Khả năng gây bệnh của vi khuẩn đường ruột tạo ra hội chứng ỉa chảy, viêm ruột, chảy máu đường ruột đã trở thành mối lo về sức khoẻ không chỉ ở con người mà cả ở gia súc trên toàn thế giới. Trong đó vai trò gây bệnh của vi khuẩn E. coli rất lớn, nó có khả năng gây bệnh cho tất cả các loại động vật máu nóng.
Vi khuẩn E. coli tồn tại bình thường trong ống đường tiêu hoá của gia súc, gia cầm. Dưới ảnh hưởng của một số yếu tố nhất định, các chủng vi khuẩn E. coli có độc lực gây bệnh liên quan đến tình trạng ỉa chảy và nhiễm trùng huyết ở gia súc non hoặc bệnh hô hấp của gia cầm. Các chủng khác không gây ỉa chảy có thể trở thành căn bệnh cơ hội khi điều kiện cho phép, chúng thường tấn công vào bầu vú, tử cung và đường tiết niệu.
Vi khuẩn E. coli có thể gây bệnh được là do nhiều yếu tố như: khả năng bám dính, khả năng xâm nhập, các loại kháng nguyên, yếu tố dung huyết, yếu tố kháng khuẩn, khả năng kháng kháng sinh và độc tố. Nhưng quan trọng nhất là 2 yếu tố độc lực chính: kháng nguyên bám dính (fimbriae) và độc tố đường ruột:
- Kháng nguyên bám dính cho phép vi khuẩn bám dính trên tế bào biểu mô lông ruột non để từ đó gây nên những biến đổi bệnh lý kèm theo. Khả năng bám dính của vi khuẩn vào tế bào biểu mô ruột của vật chủ hoặc lớp màng nhầy của tế bào đóng vai trò quan trọng trong quá trình gây bệnh của vi khuẩn. Theo Sojka (1965) [81], đa số các chủng vi khuẩn E. coli phân lập được từ gia súc non bị tiêu chảy đều có một kháng nguyên bề mặt gọi là Pili. Kháng nguyên này quyết định độc lực chủ yếu vì nó làm cho vi khuẩn E. coli
liên quan đến khả năng bám dính của chúng vào tế bào biểu mô của ruột để tránh sự đào thải khỏi ruột non do nhu động ruột.
- Độc tố đường ruột (Enterotoxin) do vi khuẩn sản sinh ra gắn vào receptor trên tế bào ruột non của vật chủ gây nên những biến đổi chức năng sinh lý màng tế bào, dẫn đến việc tăng cường bài xuất nước và các chất điện giải ra khỏi màng tế bào, cuối cùng gây chết gia súc do mất nước, rối loạn trao đổi điện giải và trúng độc toan (Acres,1985) [35].
Theo Gyles (1992) [58], đặc tính gây bệnh của vi khuẩn E. coli được thể hiện qua các giai đoạn sau:
- Xâm nhập vào ruột non với số lượng vừa đủ gây bệnh.
- Tăng nhanh số lượng bám dính trên tế bào biểu mô nhung mao ruột non. - Sản sinh độc tố đường ruột tác động trên màng tế bào ruột non của vật chủ dẫn đến quá trình của bệnh lý.
* Có thể tóm tắt các giai đoạn gây bệnh của vi khuẩn E. coli như sau: - Giai đoạn 1: vi khuẩn xâm nhập vào đường tiêu hoá.
Vi khuẩn vượt qua hàng rào bảo vệ ở bề mặt tế bào biểu mô đường ruột. Để xâm nhập, vi khuẩn phải tạo ra độc tố chống lại tế bào thực bào, từ đó mới có thể tồn tại được và sản sinh phát triển trong tế bào niêm mạc ruột vật chủ.
Vi khuẩn E. coli xâm nhập vào tế bào vật chủ theo đường tiêu hoá là chính. Ở phần ruột già, các thành phần bề mặt tế bào vi khuẩn, đặc biệt là yếu tố bám dính ( Fimbriae) giúp cho vi khuẩn bám vào receptor của tế bào biểu mô ruột, khởi đầu của một quá trình bệnh lý.
Tuy nhiên, các yếu tố đề kháng không đặc hiệu của chủ thể vật chủ như: dịch vị dạ dày, khả năng nhu động của ruột non, dịch nhày, lyzozim và hệ vi khuẩn có ích trong đường ruột làm giảm khả năng kết dính của vi khuẩn
E. coli với tế bào biểu mô ruột bằng cách che phủ các receptor đặc hiệu đối với vi khuẩn E. coli.
- Giai đoạn 2: vi khuẩn tấn công vào tế bào biểu mô ruột.
Sau khi bám vào receptor đặc hiệu, vi khuẩn E. coli gây nên những biến đổi bề mặt tế bào biểu mô lông nhung, đặc biệt là vùng kết tràng, sau đó vi khuẩn xâm nhập vào bên trong tế bào biểu mô nhung mao ruột. Vi khuẩn có khả năng nhân lên trong tế bào rồi lan sang các tế bào bên cạnh. Hoạt động của tế bào thực bào và khả năng vi khuẩn sống sót nhân lên trong tế bào thực bào là yếu tố quyết định trong quá trình sinh bệnh. Khi vi khuẩn cư trú bên trong tế bào, nó có thể tránh được tác động của kháng sinh, kháng thể và bổ thể. Để sống sót, vi khuẩn E. coli phải chống lại một loạt các yếu tố bất lợi bên trong tế bào thực bào như hoá chất trung gian, oxy hoạt động, pH thấp, lượng sắt hạn chế. Nhờ vào quá trình hoạt động của phagosome và ligosome, chúng làm biến đổi nhung mao ruột, thoái hoá, hoại tử tế bào nhung mao, tế bào ruột. Hơn thế, vi khuẩn còn phá huỷ tế bào tiểu cầu gây lắng đọng fibrin dẫn đến tổn thương thành mạch, đồng thời vi khuẩn tập trung vào mảng payer thành ruột gây biến đổi bệnh lý tại đây.
- Giai đoạn 3: giai đoạn kích thích bài xuất dịch thể.
Phản ứng viêm đối với quá trình xâm nhập tế bào ruột do vi khuẩn gây ra là một yếu quan trọng kích thích gây bài xuất dịch thể. Prostaglandin được giải phóng trong quá trình viêm đã hoạt hoá Adenylatecyclase. Enzym này xúc tác chuyển hoá ATP thành AMP vòng. AMP vòng nội bào tăng dần, dẫn đến quá trình bài xuất Na +, Cl- và nước ra khỏi tế bào khoang ruột. Nước tập trung vào ruột làm ruột căng lên, cộng với khí do vi khuẩn E. coli trong ruột lên men tạo ra cũng làm ruột căng lên, sức căng của ruột và quá trình viêm ruột kích thích vào hệ thần kinh thực vật ở ruột tạo nên những cơn nhu động ruột mạnh đẩy nước và phân ra ngoài. Từ tế bào niêm mạc ruột, vi khuẩn E.coli vào hệ thống hạch ruột qua hệ bạch huyết vào hệ tuần hoàn dẫn đến nhiễm trùng huyết. Trong máu vi khuẩn E. coli tiếp tục nhân lên sản sinh yếu tố dung
huyết, phá vỡ hồng cầu gây thiếu máu, tăng tính thấm thành mạch, nước từ trong mao quản thẩm xuất ra tích tụ trong các mô bào gây phù. Theo máu, vi khuẩn đến cơ quan nội tạng, trong các cơ quan nội tạng vi khuẩn sản sinh độc tố tế bào phá huỷ tế bào tổ chức, tăng tính thấm thành mạch, sản sinh độc tố thần kinh phá huỷ tế bào thần kinh. Tuỳ theo mức độ sản sinh các yếu tố gây bệnh, vi khuẩn gây các thể bệnh, trạng thái bệnh và mức độ bệnh khác nhau. Song song với quá trình trên, các chất hoạt động thành mạch do phản ứng viêm tạo ra cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình kích thích và bài xuất dịch thể từ tế bào vào ruột theo cơ chế trên. Hậu quả dẫn dến bê, nghé bị ỉa chảy.