Cấu trúc kháng nguyên của E.coli rất phức tạp, Theo Bertschinger.H.U (1992) [60]; Quinn.P.J (1994) [90], cấu trúc này bao gồm: Kháng nguyên O (Somatic) hay thành tế bào, có bản chất lipopolysaccharid; Kháng nguyên K (Capsular hay Microcasular), bản chất là polysaccharid; Kháng nguyên lông H(Flagellar) và yếu tố bám dính F (Fimbriae), là protein.
Cho đến nay, đã xác định đƣợc có ít nhất 170 serotype kháng nguyên O, 70 serotype kháng nguyên K, 56 serotype kháng nguyên H và sự phát triển một cách nhanh chóng số lƣợng các kháng nguyên F đã chính thức đƣợc ghi nhận (Bertschinger.H.U, 1992 [60]).
* Kháng nguyên O (kháng nguyên thân):
Đây là thành phần chính của thân vi khuẩn và cũng đƣợc coi là một yếu tố độc lực của vi khuẩn. Theo Zinner và Petter (1983) [102]: kháng nguyên O đƣợc coi nhƣ một nội độc tố có thể tìm thấy ở màng ngoài vỏ bọc vi khuẩn và thƣờng xuyên đƣợc giải phóng vào môi trƣờng nuôi cấy. Trong trạng thái chiết suất tinh khiết, nó có bản chất là Lypopolysaccharide bao gồm 2 nhóm sau:
- Polysaccharide có nhóm Hydro thành phần chủ yếu là Lipit nằm ở phần ngoài vi khuẩn mang đặc trƣng cho kháng nguyên từng giống. Phần Lipit của màng quyết định độc lực của vi khuẩn, nếu tỷ lệ Lipit của màng càng cao thì độc lực của vi khuẩn càng mạnh.
- Polysaccharide không có nhóm Hydro nằm ở phía trong, không mang tính đặc trƣng mà chỉ tạo sự khác biệt về khuẩn lạc (từ dạng S sang dạng R).
Kháng nguyên O có những đặc tính sau: chịu đƣợc nhiệt (ở 100°C trong 2 giờ không bị phá huỷ). Các chất nhƣ: cồn, axit HCl 1M chịu đƣợc trong 20 giờ, phá huỷ bởi Focmon 0,5%.
Kháng nguyên O đƣợc cấu tạo bởi các phân tử lớn với thành phần các phân tử gồm có:
Protein: làm phức hợp có tính kháng nguyên. Polyosit: tạo ra tính dặc hiệu của kháng nguyên.
Theo Mendearis (1986) [85]: khi làm mất dần từng phân tử đƣờng của chuỗi Polysaccharide hoặc thay đổi vị trí của các phân tử này sẽ dẫn đến thay đổi độc lực của vi khuẩn.
Vi khuẩn E.coli có khoảng gần 170 Serotype kháng nguyên O đƣợc xếp từ 01 đến 0170. Hiện nay dựa vào cấu trúc kháng nguyên O để thử khả năng miễn dịch và làm các phản ứng kết hợp kháng nguyên, kháng thể gọi là (hiện tƣợng ngƣng kết O) để định Type chủng E.coli (Bertschinger H.U và cộng sự, 1992 [60]).
* Kháng nguyên H (kháng nguyên lông):
Kháng nguyên H đƣợc cấu tạo bởi thành phần lông của vi khuẩn có bản chất là Protein nhƣ chất Myosin của cơ. Nó kém bền vững hơn kháng nguyên O, kháng nguyên H không giữ vai trò độc lực và không có ý nghĩa trong việc đáp ứng miễn dịch.
Kháng nguyên H mang những đặc tính sau: + Bị phá huỷ ở 600C trong một giờ.
+ Bị cồn và các enzym phân giải Protein phá huỷ.
+ Kháng nguyên H vẫn tồn tại khi sử dụng Formol 0,5% xử lý.
+ Kháng nguyên H khi gặp kháng thể tƣơng ứng sẽ xảy ra hiện tƣợng ngƣng kết H, trong đó các vi khuẩn đƣợc ngƣng kết lại với nhau nhờ lông dính. Các kháng thể kháng H cố định trên lông và là cầu nối với các lông bên cạnh. Kết quả tạo nên những hạt ngƣng kết giống nhƣ những cục bông nhỏ, các hạt ngƣng kết rất dễ tan khi lắc vì lông rất nhỏ và dài dễ đứt, các vi khuẩn di động khi tiếp xúc với kháng nguyên H sẽ trở thành không di động.
Kháng nguyên H của vi khuẩn E.coli không có vai trò bám dính, không có tính độc và cũng không có ý nghĩa trong đáp ứng miễn dịch phòng vệ nên ít đƣợc quan tâm nghiên cứu, nhƣng có ý nghĩa rất lớn trong xác định giống, loài của vi khuẩn (Orskov, 1980 [89]).
Weinstein và cộng sự (1984) [99] chứng minh bằng cách sử dụng những giống E.coli có lông và không lông có cùng bản chất là kháng nguyên O gây cảm nhiễm cho chuột bằng đƣờng miệng với lƣợng vi khuẩn bằng nhau. Kết quả cho thấy khả năng gây bệnh cho chuột là hoàn toàn giống nhau.
Kháng nguyên K còn gọi là kháng nguyên bề mặt, chúng bao quanh tế bào vi khuẩn và có bản chất là Polysaccharide. Vai trò của chúng chƣa đƣợc thống nhất lắm, có ngƣời cho rằng nó không có ý nghĩa về độc lực. Vì vậy chủng E.coli có kháng nguyên K cũng giống nhƣ chủng E.coli không có kháng nguyên K (Orskov, 1980 [89]). Cũng có ý nghĩa khác cho rằng: kháng nguyên K cũng có ý nghĩa về mặt độc lực vì nó tham gia bảo vệ vi khuẩn trƣớc các yếu tố của cơ thể (Evan, 1973 [70]).
Kháng nguyên K có 2 nhiệm vụ chính là:
- Hỗ trợ phản ứng ngƣng kết với kháng nguyên 0.
- Tạo ra hàng rào bảo vệ giúp vi khuẩn chống lại các tác động ngoại lai và hiện tƣợng thực bào.
Kháng nguyên K với bản chất là Polysacharide dù ít hay nhiều đều có nhiệm vụ nhất định trong khả năng gây bệnh, không chỉ với vi khuẩn E.coli mà cả các vi khuẩn dƣờng ruột khác khi xâm nhập vào hệ thống tiêu hoá.
* Kháng nguyên giáp mô (kháng nguyên vỏ bọc)
Một số vi khuẩn trong quá trình phát triển tiết ra một chất nhầy có khả năng tan vào nƣớc ở một vai trò nhất định, những chất này bao xung quanh bên ngoài vách vi khuẩn chống lại tác động của môi trƣờng ngoại cảnh, có thể quan sát đƣợc ở trạng thái ƣớt, dễ bị mất đi khi bị thay đổi điều kiện phát triển gọi là giáp mô (Capsule).
Chất nhầy giáp mô phần lớn không có tính định hình vì khuếch tán, thƣờng đƣợc cấu trúc bởi hợp chất Polysaccharide nhƣng cấu trúc của Polysaccharide này lại phụ thuộc vào từng họ vi khuẩn khác nhau thì cấu trúc khác nhau. Do đó mà tình kháng nguyên của từng loại vi khuẩn khác nhau. Tuy nhiên, ở vi khuẩn E.coli nói riêng kháng nguyên giáp mô không đóng vai trò quan trọng.
* Kháng nguyên Fimbriae (kháng nguyên Pili)
Ngoài lông ra ở nhiều vi khuẩn gram âm nói chung và vi khuẩn
E.coli nói riêng còn có những bộ phận khác hình sợi gọi là Pili. Pili vi khuẩn có bản chất là Protein bao phủ trên toàn bộ bề mặt tế bào vi khuẩn. Dƣới kính hiển vi điện tử, chúng có hình ảnh giống một chiếc áo lông
nó cứng hơn, không lƣợn sóng và không liên quan đ ến chuyển động. Trƣớc đây ký hiệu là K (K88, K99), nay đổi là F nhƣ: F4 = K88, F5 = K99, F41,… (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Kháng nguyên F4 (K88):
Kháng nguyên F4 có khả năng gây dung huyết hồng cầu, đây là một yếu tố độc lực đối với lợn mà không có khả năng gây b ệnh đối với các gia súc khác. Kháng nguyên F4 đƣợc sản sinh ở nhiệt độ 370
C, trong khi ở nhiệt độ phòng (20o
C) thì vi khuẩn không có khả năng tạo kháng nguyên này. Thông tin di truyền mã hóa cho tổng hợp kháng nguyên nằm ngoài nhiễm sắc thể, trên plasmid (Gyles. G.L, 1992 [73]).
- Kháng nguyên F5 (K99):
F5 là kháng nguyên bám dính c ủa E.coli và gây b ệnh ở bê, nghé và cừu. sự sản sinh c ủa F5 phụ thuộc vào nhiều yếu tố của vi khuẩn nhƣ: tốc độ sinh trƣởng, pha sinh trƣởng, nhiệt độ và alanine trong môi trƣờng, các gen mã hóa cho s ự tổng hợp F5 nằm trên AND của plasmid (Isaacson. R.E, 1983 [74]).
- Kháng nguyên F6 (987P):
Giống nhƣ F4, F5, kháng nguyên F6 thƣờng có mặt ở các nhóm có kháng nguyên O9, O20, O101, O149. Vật liệu di truyền mã hóa quá trình tổng hợp kháng nguyên pili F6 cũng nằm ngoài nhiễm sắc thể, trên plasmid của tế bào vi khuẩn (Orskov và cộng sự 1980 [89]).
- Kháng nguyên F41:
Cox và cộng sự (1993) [62] đã nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về khả năng mẫn cảm và sức đề kháng của lợn đối với vi khuẩn E.coli có F41. Kết quả cho thấy các chủng có F41 bám vào lông nhung của 23 lợn trong số 30 lợn đƣợc kiểm tra. Tác giả cho rằng, những lợn lớn tuổi hơn có sức đề kháng với sự bám dính của các chủng E.coli có F41 do các receptor tƣơng ứng với F41 bị giảm đi.
1.2.6. Các yếu tố gây bệnh của vi khuẩn E.coli
Theo Kazunori (1987) [79]; Berstchinger H.U (1992) [60]: Bệnh viêm ruột tiêu chảy do E.coli gây ra chịu tác động bởi nhiều yếu tố khác nhau, chúng
thay đổi từ dạng cộng sinh thƣờng trực trở thành cƣờng độc và gây bệnh. Tức là giúp E.coli tiếp thu đƣợc nhiều yếu tố gây bệnh khác nhau, trong đó có yếu tố là độc tố và cũng có cả các yếu tố không phải độc tố. Nhờ có đƣợc các yếu tố này mà chủng vi khuẩn E.coli có khả năng gây bệnh và trở thành tác nhân gây tiêu chảy, một bệnh nhiễm trùng đƣờng tiêu hóa của gia súc và gia cầm, cho nên ngƣời ta đã căn cứ vào các yếu tố gây bệnh để chia chúng vào các nhóm:Enterotoxigenic(ETEC),Enteropathogenic(EPEC),Enteroinvasive(EIEC) ,Enterohemorrhagic(EHEC) và Attaching and Effacing E.coli(AEEC).
1.2.6.1. Các yếu tố không phải là độc tố
* Khả năng bám dính của vi khuẩn E.coli(adhesion)
Khả năng bám dính của vi khuẩn E.coli là yếu tố gây bệnh vô cùng quan trọng để thực bƣớc đầu tiên của quá trình gây bệnh do vi khuẩn đƣờng ruột. Đó là một quá trình liên kết vững chắc, thuận nghịch giữa bề mặt vi khuẩn với tế bào vật chủ (Jones và cộng sự, 1977 [78]). Hiện tƣợng bám dính của vi khuẩn lên bề mặt tế bào, vừa mang tính lý, hoá học lại vừa mang tính sinh vật học và đƣợc thực hiện theo 3 bƣớc sau:
- Bƣớc 1: vi khuẩn liên kết từng phần lên bề mặt tế bào, thực hiện quá trình này đòi hỏi vi khuẩn phải có khả năng di động (Jones và cộng sự, 1983 [77]).
- Bƣớc 2: là quá trình hấp thụ, nó phụ thuộc vào đặc tính bề mặt của vi khuẩn và tế bào mà vi khuẩn bám dính và thực hiện theo hƣớng thuận nghịch dƣới sự tác động của những lực tƣơng hỗ khác nhau (Freter và cộng sự, 1981 [70]). Việc chuyển động thẳng tiến của vi khuẩn cũng có thể giúp vi khuẩn cố định và bám chắc trên bề mặt tế bào tham gia vào sự hấp thụ của quá trình bám dính (Uhllman J.I, 1982 [99]).
- Bƣớc 3: Là quá trình tác động tƣơng tác giữa yếu tố bám dính của vi khuẩn với các điểm tiếp nhận trên bề mặt tế bào.
Khởi đầu của quá trình gây bệnh là tác động bám dính (cố định) E.coli lên điểm tiếp nhận tƣơng ứng của tế bào lông nhung niêm mạc ruột, sau đó xâm nhập, phát triển và gây bệnh bằng Enterotoxin. Về mặt bệnh tích vi thể, E.coli
Về mặt hình thái, các pili mang yếu tố bám dính thƣờng thẳng, dạng ống hay xoắn gần nhƣ là những lông phụ, có bản chất là protein. Nghiên cứu siêu sâu cấu trúc phan tử thấy chúng đƣợc cố định ở bên ngoài màng tế bào vi khuẩn và hầu hết đƣợc di truyền qua plasmid (Smith.H.W, 1989 [97]; Nagy.B, Fekete.Pzs, 1999 [87]).
Các yếu tố bám dính có trọng lƣợng phân tử khác nhau, dao động từ 15- 25 kDa, với vị trí bám dính đƣợc cố định tại một điểm trong cấu trúc của chúng. Khả năng ngƣng kết với hồng cầu một số loài vật của các yếu tố bám dính khác nhau đã đƣợc khẳng định rất dễ dàng và thƣờng đƣợc phân loại bởi sự có mặt của đƣờng D-Mannose 0,5%, là MSHA: Yếu tố bám dính mẫn cảm với đƣờng Mannose hoặc MRHA: Yếu tố bám dính kháng đƣờng Mannose, không tham gia gây ngƣng kết hồng cầu.
Nhờ có yếu tố bám dính, E.coli cố định đƣợc vào các tế bào biểu mô của niêm mạc ruột mà không bị rửa trôi bởi nhu động và đẩy ra ngoài theo phân.
* Khả năng xâm nhập của vi khuẩn E.coli (invasion)
Khả năng xâm nhập của vi khuẩn đƣờng ruột nói chung và của vi khuẩn
E.coli nói riêng là một khái niệm để chỉ quá trình chƣa đƣợc xác định rõ mà nhờ đó vi khuẩn qua đƣợc hàng rào bảo vệ của lớp Mucosa trên bề mặt niêm mạc để xâm nhập vào tế bào Ephitel, đồng thời sản sinh và phát triển trong lớp tế bào này. Trong khi đó, những vi khuẩn khác không có khả năng xâm nhập, không thể qua lại đƣợc hàng rào bảo vệ của lớp Mucosa hoặc khi qua đƣợc lớp hàng rào này sẽ bị tế bào đại thực bào tiêu diệt (Guerrant, 1975 [72]).
Theo Fairbrother.J.M (1992) [69]: Xâm nhập là khái niệm dùng để chỉ quá trình vi khuẩn E.coli vƣợt qua hàng rào bảo vệ trên bề mặt niêm mạc ruột non vào tế bào biểu mô, để sinh sản và phát triển trong lớp tế bào này, tránh đƣợc các yếu tố phòng vệ không đặc hiệu của niêm mạc ruột. Quá trình này thực sự chƣa đƣợc xác định rõ ràng. Khi quan sát dƣới kính hiển vi điện tử, vi khuẩn thƣờng khu trú hầu nhƣ một nửa chiều rộng ở phía ngoài của lông nhung, có thể thấy đƣợc Fimbriae giữa vi khuẩn và lông nhung, đồng thời cũng phát hiện thấy xuất huyết trong ruột, số lƣợng các bạch cầu trung tính và đại thực bào tăng, một số đầu lông nhung bị teo.
Giống nhƣ Shigella spp về cơ chế xâm nhập, chủng E.coli gây bệnh có thể xuyên qua lớp màng tế bào biểu mô niêm mạc ruột, dung giải thể thực bào. Sự xâm nhập của các chủng EIEC tập chung chủ yếu ở đoạn kết tràng nhƣng thƣờng không sâu (Smith.H.W, và cộng sự, 1976 [96]). Trong tế bào bị xâm nhập vi khuẩn phát triển, nhân lên, di chuyển rải rác trong tế bào chất, sản sinh ra một hay vài loại Enterotoxin làm phân rã cấu trúc tế bào gây phản ứng viêm sốc nhiễm khuẩn và sau cùng là tiêu chảy nặng
Song song với cơ chế xâm nhập của các chủng E.coli gây bệnh ở gia súc và ngƣời thì các chủng E.coli gây bệnh ở gia cầm còn phải phụ thuộc vào các yếu tố ngoại cảnh khác để xâm nhập và gây bệnh. Đặc biệt là nó xâm nhập vào các tổ chức cơ quan của cơ thể khi các cơ quan tổ chức này bị viêm và hoại tử dẫn đến lớp niêm mạc bảo vệ cơ quan tổ chức của gia cầm bị viêm không còn khả năng bảo vệ, từ đó E.coli xâm nhập dễ dàng vào tổ chức gây bệnh ở đó.
* Khả năng dung huyết (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vi khuẩn đƣờng ruột phát triển ở trong tổ chức, cơ quan. Hàm lƣợng sắt đảm bảo cho sự phát triển của vi khuẩn phụ thuộc vào chất Ciderofordo vi khuẩn sản sinh ra. Chất này có khả năng phân huỷ sắt liên kết trong tổ chức của vật chủ, mà chủ yếu dung giải hồng cầu giải phóng sắt trong nhân HEM để cung cấp cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn.
Smith.H.W (1963) [94]: đã phát hiện ra Hly plasmid di truyền khả năng sản sinh Haemolysin gây dung huyết. Vì vậy việc sản sinh ra men Haemolysin của vi khuẩn có thể coi là một yếu tố độc lực của vi khuẩn.
Ketyl.I và cộng sự (1975) [80] cho rằng: khả năng dung huyết là yếu tố độc lực quan trọng của vi khuẩn E.coli gây bệnh đƣờng tiết niệu và các chủng E.coli phân lập từ các cơ quan ngoài ruột thƣờng có độc lực cao hơn
E.coli phân lập từ ruột (49% so với 8 – 18%). Có 4 kiểu dung huyết của
E.coli nhƣng quan trọng nhất là kiểu -haemolysin và -haemolysin trong đó kiểu gắn với tế bào vi khuẩn do vậy mà không có tác dụng độc.
Smith H.W và cộng sự (1967) [95]: Kiểu là kiểu 1 Protein thẩm thấu qua lọc, không đƣợc gắn với tế bào vi khuẩn, đƣợc giải phóng vào môi trƣờng nuôi cấy ở pha Logarit của chu trình phát triển của vi khuẩn và
Theo Smith H.W và cộng sự (1963) [94]: các Serotype E.coli gây bệnh thƣờng có khả năng s ản sinh ra men Heamolysin. Vì vậy, khả năng tạo ra men Heamolysin cũng là yếu tố độc lực của vi khuẩn.
* ColicinV(colV) - Yếu tố kháng khuẩn của E.coli
Trong quá trình phát triển, E.coli thƣờng sản sinh ra yếu tố cạnh tranh đƣợc gọi là ColicinV, một chất kháng khuẩn có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các vi khuẩn khác. Khi tồn tại cộng sinh với nhiều loại vi khuẩn khác nhau,
E.coli nhờ ColicinV kháng lại các vi khuẩn có lợi làm cho mình trở thành vi khuẩn chiếm ƣu thế trong đƣờng ruột để gây nên loạn khuẩn. Khả năng sản sinh CilicinV của E.coli đƣợc di truyền bởi ColV plasmid (Smith H.W, Huggis M.B, 1976 [96]).
ColicinV có thể đƣợc coi nhƣ là một Bacteriocin, song tất chất này chỉ có tác dụng độc đối với các vi khuẩn trong họ Enterobacteriaceae. Khoảng 40% số chủng E.coli ở ngƣời và động vật có đặc tính sản sinh ColicinV, chúng đƣợc