3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.2.3. Đặc tính gây bệnh của vi khuẩn E.coli
* Cơ chế gây bệnh của vi khuẩn E. coli:
Để có thể gây bệnh, trước hết vi khuẩn E. coli phải bám dính vào tế bào nhung mao ruột bằng các yếu tố bám dính như kháng nguyên F. Sau đó, nhờ các yếu tố xâm nhập (Invasion), vi khuẩn sẽ xâm nhập vào tế bào biểu mô của thành ruột. Ở đó, vi khuẩn phát triển, nhân lên, phá huỷ lớp tế bào biểu mô, gây viêm ruột, đồng thời sản sinh độc tố đường ruột Enterotoxin. Độc tố đường ruột tác động vào quá trình trao đổi muối, nước, làm rối loạn chu trình này. Nước từ cơ thể tập trung vào lòng ruột làm căng ruột, cùng với khí do lên men ở ruột gây nên một tác dụng cơ học, làm nhu động ruột tăng, đẩy nước và chất chứa ra ngoài, gây nên hiện tượng tiêu chảy. Sau khi đã phát triển ở thành ruột, vi khuẩn vào hệ lâm ba, đến hệ tuần hoàn, gây nhiễm trùng máu. Trong máu, vi khuẩn chống lại hiện tượng thực bào, gây dung huyết, làm cho cơ thể thiếu máu. Từ hệ tuần hoàn, vi khuẩn đến các tổ chức cơ quan. Ở đây, vi khuẩn lại phát triển nhân lên lần thứ hai, phá huỷ tế bào tổ chức, gây viêm và sản sinh độc tố gồm Enterotoxin và Verotoxin, phá huỷ tế bào tổ chức, gây tụ huyết và xuất huyết (Dho-Moulin and Fairbrother, 1999) [73].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
* Các yếu tố gây bệnh của vi khuẩn E. coli:
Các yếu tố gây bệnh của E. coli bao gồm khả năng kháng khuẩn, yếu tố bám dính, khả năng xâm nhập, yếu tố gây dung huyết và khả năng sản xuất độc tố. Các chủng vi khuẩn E. coli không có các yếu tố trên thì không có khả năng gây bệnh.
Dựa vào các yếu tố gây bệnh nói trên, người ta đã phân loại vi khuẩn
E. coli thành các loại sau: Enterotoxigenic E. coli (ETEC), Enteropathgenic
E. coli (EPEC), Adherence Eteropathogenic E. coli (AEEC) và Verotoxingenic
E. coli (VTEC) (Lê Văn Tạo, 1997) [48].
Yếu tố kháng khuẩn:
Nhiều chủng vi khuẩn E. coli có khả năng sản sinh ra chất kháng khuẩn có tác dụng ức chế hoặc tiêu diệt các loại vi khuẩn khác, gọi là ColicinV. Vì vậy, yếu tố này cũng được coi là một trong các yếu tố độc lực của vi khuẩn E. coli gây bệnh (Smith H. W và cs, 1967) [97].
Yếu tố bám dính:
Khả năng bám dính của vi khuẩn là yếu tố gây bệnh vô cùng quan trọng để thực hiện bước đầu tiên của quá trình gây bệnh đường ruột, đó là một quá trình liên kết vững chắc giữa bề mặt tế bào vi khuẩn và tế bào vật chủ (Jones và cs, 1977) [84].
Để gây bệnh, các chủng ETEC phải bám dính lên trên tế bào biểu mô của ruột non. Hầu hết các chủng ETEC đều có mang một hoặc nhiều các yếu tố bám dính như: F4 (K88), F5 (K99), F6 (987P), F17, F18, F41, F42 và F165.
Ở nhiều vi khuẩn Gram âm nói chung và vi khuẩn E. coli nói riêng, ngoài lông ra còn có những bộ phận khác hình sợi gọi là pili. Pili hay fimbriae có bản chất là protein bao phủ trên toàn bộ bề mặt tế bào vi khuẩn. Dưới kính hiển vi điện tử, chúng có hình ảnh giống 1 chiếc áo lông bao bọc xung quanh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vi khuẩn. Pili vi khuẩn đường ruột khác lông ở chỗ nó cứng hơn, không lượn sóng và không liên quan đến chuyển động của vi khuẩn. Trước đây, kháng nguyên bám dính được ký hiệu là K (K88, K99), nay đổi là F (K88 = F4; K99 = F5, 987P = F6). Một số kháng nguyên bám dính chính thường gặp ở các chủng E. coli phân lập từ gia súc bị tiêu chảy bao gồm F4, F5, F6, F18 và F41. Mỗi loại kháng nguyên bám dính có các cấu trúc quyết định kháng nguyên tương xứng, phù hợp với cấu trúc điểm tiếp nhận trên bề mặt tế bào biểu mô nhung mao ruột non của từng loài động vật hoặc từng lứa tuổi.
Về khả năng bám dính, theo Lê Văn Tạo (2006) [50] với các yếu tố gây bệnh có được, trước hết, vi khuẩn bám dính vào tế bào nhung mao ruột non bằng kháng nguyên bám dính F4 (K88). Sau đó, vi khuẩn xâm nhập và cư trú ở thành ruột non, phát triển nhân lên, sản sinh ra độc tố đường ruột.
Đỗ Ngọc Thúy và cs (2008) [61] cho biết một số yếu tố gây bệnh cơ bản của các chủng vi khuẩn E. coli phân lập từ lợn con bị tiêu chảy (1 - 45 ngày) nuôi tại Hưng Yên đã được khảo sát bằng các phản ứng multiplex PCR. Kết quả cho thấy 3 loại độc tố là STa, STb, LT và 2 loại yếu tố bám dính là F4 và F18 đã được phát hiện trong số 46 chủng vi khuẩn E. coli phân lập được từ các lợn trước và sau cai sữa bị tiêu chảy.
Yếu tố xâm nhập của vi khuẩn E. coli:
Sau khi bám dính, vi khuẩn sẽ thực hiện quá trình xâm nhập vào sâu bên trong các lớp tế bào. Tại đây, vi khuẩn E. coli nhân lên với tốc độ lớn đồng thời sản sinh ra độc tố đường ruột, gây phản ứng niêm mạc và đầu độc cơ thể.
Theo Giannella và cs (1976) [79] khả năng xâm nhập của vi khuẩn là một khái niệm dùng để chỉ quá trình mà nhờ đó vi khuẩn đường ruột qua được hàng rào bảo vệ của lớp mucosa trên bề mặt niêm mạc để xâm nhập vào
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
tế bào biểu mô (Epithel), 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 được hàng rào bảo vệ của lớp mucosa hoặc khi qua được lớp hàng rào này sẽ bị bắt bởi tế bào đại thực bào của tổ chức hạ niêm mạc.
Độc tố của vi khuẩn E. coli:
Vi khuẩn E. coli sản sinh nhiều loại độc tố: Enterotoxin, Verotoxin, Neurotoxin. Mỗi loại độc tố gắn với một thể bệnh mà chúng gây ra.
- Nhóm độc tố đường ruột (Enterotoxin): gồm 2 loại:
+ Độc tố chịu nhiệt (Heat Stable Toxin – ST): độc tố này chịu được nhiệt độ 1000C trong vòng 15 phút. Độc tố ST chia thành 2 nhóm STa và STb dựa trên đặc tính sinh học và khả năng hoà tan trong methanol. Sta kích thích sản sinh cGMP mức cao trong tế bào, ngăn trở hệ thống chuyển Na+
và Cl-; làm giảm khả năng hấp thu chất điện giải và nước ruột. STb kích thích vòng nucleotid phân tiết dịch độc lập ở ruột, nhưng phương thức tác dụng của STb vẫn chưa được hiểu rõ.
+ Độc tố không chịu nhiệt (Heat Labile Toxin – LT): độc tố này bị vô hoạt ở nhiệt độ 600C trong vòng 15 phút. LT cũng có hai nhóm phụ LT1 và LT2, nhưng chỉ có LT1 bị trung hoà bởi Anticholerae toxin. LT là một trong những yếu tố quan trọng gây triệu chứng tiêu chảy (Fairbrother và cs, 1992) [76]. Cả hai loại độc tố ST và LT đều bền vững ở nhiệt độ âm, thậm chí cả ở nhiệt độ (-200
C).
Theo Smith và cs, 1963 [96] cho biết cả hai loại độc tố ST và LT đều có vai trò quan trọng trong quá trình gây bệnh tiêu chảy ở thỏ.
- Nhóm độc tố tế bào (Shiga/ Verotoxin):
Theo Clarke và cs (1988) [70]: độc tố tế bào có dạng ức chế tổng hợp protein của tế bào Hela và làm teo tế bào; có dạng dung giải các không bào
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nội bào, làm chết tế bào Vera, tế bào Hela và tế bào CHO (Chinese Hansten Ovary Cell).
Theo Gyles G. L. (1992) [81] đầu tiên người ta nhận thấy E. coli chủng O157: H7 (gây bệnh cho người) sản sinh một loại độc tố gọi là Verotoxin, sau này Verotoxin được gọi là Shiga-like toxin (SLT) do chúng giống như độc tố Shiga cả về cấu trúc không gian, trình tự axit amin và phương thức tác động. Cả 2 nhóm SLT1 và SLT2 đều có cấu trúc A - B protein, trong đó tiểu phần A ức chế quá trình sinh tổng hợp protein của tế bào. Nhóm SLT có 2 tác dụng: độc tố đường ruột và độc tố tế bào, SLT sản sinh ở ruột, được hấp thụ vào máu, theo máu đến tác động lên những tế bào ở các bộ phận khác.
Ảnh hưởng gây bệnh ở tế bào của độc tố Vero rất khác so với ảnh hưởng của độc tố đường ruột không chịu nhiệt cổ điển ở nhóm vi khuẩn E. coli
gây bệnh đường ruột (ETEC). Độc tố Vero (VTs) hay Shiga (SLTs) là thuật ngữ được sử dụng trước đây. Gần đây, các nhà khoa học đã đề nghị sử dụng tên độc tố Shiga (Stx) cho tất cả những độc tố tế bào này. Stx sản sinh bởi E. coli
bao gồm 2 nhóm: Stx1 và Stx2.
Vai trò gây bệnh của các loại kháng nguyên:
Theo ý kiến của nhiều tác giả, mặc dù các vi khuẩn E. coli có nhiều loại kháng nguyên, trong đó, có loại tạo miễn dịch phòng vệ cho vật chủ, có loại không tạo miễn dịch phòng vệ cho vật chủ nhưng đều tham gia vào quá trình gây bệnh bằng cách tạo điều kiện cho vi khuẩn xâm nhập vào tế bào vật chủ và tham gia vào quá trình kháng lại các yếu tố phòng vệ tự nhiên của vật chủ. Các kháng nguyên tham gia quá trình trên phải kể đến là kháng nguyên O, kháng nguyên K, kháng nguyên F.
Yếu tố dung huyết (Hly):
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đó là do các chủng E. coli có khả năng sản sinh ra men Haemolyzin để phá hủy hồng cầu của vật chủ, giải phóng Fe+++
dùng cho quá trình phát triển của vi khuẩn. Có 4 kiểu dung huyết của vi khuẩn E. coli là: -haemolysin, -haemolysin,
-haaemolysin, -haemolysin, nhưng quan trọng nhất là kiểu -haemolysin và
-haemolysin (Smith H. W. , 1963) [96], Ketyle và cs, 1975) [86].
Vũ Bình Minh và cs (1999) [28] khi phân lập vi khuẩn E. coli và
Salmonella ở lợn mắc tiêu chảy đã kết luận với 70 mẫu bệnh phẩm lợn mắc bệnh tiêu chảy lứa tuổi từ 35 ngày đến 4 tháng tuổi nuôi tại các địa điểm khác nhau vùng lân cận Hà Nội, đã phân lập được 60 chủng E. coli (chiếm 85,71%), trong đó có 42 chủng E. coli gây dung huyết (chiếm 70%) và 56 chủng Salmonella (chiếm 80%).
1.2.4. Khả năng kháng kháng sinh của vi khuẩn E. coli
Để trị bệnh đường ruột, người ta sử dụng nhiều loại kháng sinh. Kháng sinh còn được trộn vào thức ăn với tỷ lệ thấp để phòng bệnh và kích thích tăng trọng. Vì vậy, khả năng kháng kháng sinh của vi khuẩn đường ruột nói chung và vi khuẩn E. coli nói riêng đang ngày một tăng, làm cho hiệu quả điều trị giảm, thậm chí nhiều loại kháng sinh còn bị vô hiệu hoá hoàn toàn.
Theo Smith và cs (1967) [97] để tạo thuận lợi cho quá trình phát triển của mình trong quá trình tồn tại và phát triển và trở thành vi khuẩn chiếm ưu thế trong đường ruột Vi khuẩn E. coli thường sản sinh ra một loại chất kháng khuẩn có khả năng hạn chế hoặc tiêu diệt các loại vi khuẩn khác gọi là ColV (Colicin V).
Sở dĩ khả năng kháng kháng sinh của vi khuẩn nói chung và E. coli nói riêng tăng nhanh, lan rộng vì gen sản sinh yếu tố kháng kháng sinh nằm trong plasmid R (Resistance). Plasmid này có thể di truyền dọc và di truyền ngang cho tất cả quần thể vi khuẩn thích hợp (Falkow, 1975 [77], Falkow và cs, 1987 [78]).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Plasmid đã được tìm thấy không chỉ ở vi khuẩn E. coli gây bệnh mà còn tìm thấy ở các loại vi khuẩn đường ruột gây bệnh khác. Nhiều tác giả cho rằng ColV là một kháng sinh có hiệu quả, có thể tác dụng với tất cả các loại vi khuẩn đường ruột, trừ vi khuẩn sinh ra nó và hy vọng trong thời gian tới ColV được sử dụng rộng rãi như một loại kháng sinh để ức chế hay tiêu diệt các loại vi khuẩn đường ruột khác (Virginial và cs, 1991) [98].
Phạm Khắc Hiếu và cs (1999) [17] đã tìm thấy chủng E. coli kháng lại 11 loại kháng sinh, đồng thời chứng minh khả năng di truyền tính kháng thuốc giữa E. coli và Salmonella qua plasmid.
Bùi Xuân Đồng (2002) [11] đã tiến hành thử kháng sinh đồ với các chủng E. coli phân lập được từ Hải Phòng cho kết quả mẫn cảm với các loại kháng sinh Chloramphenicol, Norflxacin, Ampicilin, còn với các chủng
E. coli tại tỉnh Tiền Giang thì Nguyễn Trung Trực (2004) [62] cho rằng chúng vẫn mẫn cảm mạnh với Norfloxacin và Colistin.
Sử dụng phương pháp kháng sinh đồ, (Nguyễn Quang Tuyên và cs, 2009) [66] đã tìm ra 10 chủng E. coli gây bệnh tiêu chảy trên thỏ kháng lại kháng sinh , 3 chủng mẫn cảm yếu và 2 chủng mẫn cảm trung bình.
Võ Thị Trà An và cs (2010) [1] kiểm tra khả năng mẫn cảm với kháng sinh của 100 gốc vi khuẩn E. coli phân lập từ phân lợn, bò trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận. Mức độ mẫn cảm của E. coli giảm dần với các kháng sinh: Ceftazidime (93%), Amoxicillin/clavulanic acid (73%), nofloxacin (66%), gentamycin (40%), chloramphenicol (34%), kanamycin (33%), Trimethroprim/ Sulfamethoxazol (29%), cephalexin (25%), Ampicilin (21%), Tetracyclin (20%), colistin (7%).
Như vậy, có thể thấy ở các thời điểm và địa điểm khác nhau, tính kháng kháng sinh của vi khuẩn E. coli gây bệnh cũng khác nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC VỀ VAI
TRÒ CỦA VI KHUẨN E. COLI TRONG HỘI CHỨNG TIÊU CHẢY
1.3.1. Những nghiên cứu trong nƣớc
Bệnh tiêu chảy có ở hầu hết các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, gây thiệt hại đáng kể cho ngành chăn nuôi. Trong chăn nuôi thỏ, bệnh xảy ra ở mọi lứa tuổi.
Hiện nay, các công trình nghiên cứu về hội chứng tiêu chảy ở thỏ trong nước còn rất hạn chế. Tuy nhiên, đã có rất nhiều các nhà khoa học trong nước quan tâm, tập trung nghiên cứu về vi khuẩn E. coli và vai trò gây bệnh của nó.
Đào Trọng Đạt và cs (1986) [8] cho rằng trong các vi khuẩn đường ruột loài Escherichia là loài phổ biến nhất, chúng xuất hiện sinh sống trong động vật chỉ vài giờ sau khi sinh và tồn tại cho tới khi con vật chết. Vi khuẩn E. coli
sinh sống bình thường trong đường ruột của người và động vật. Khi các điều kiện nuôi dưỡng khẩu phần thức ăn, vệ sinh thú y kém, sức chống đỡ bệnh tật của con vật yếu, thì vi khuẩn E. coli trở nên cường độc và có khả năng gây bệnh. Tỷ lệ chết do E. coli khá cao. Thậm chí có khi tỷ lệ đó còn lên đến 100%. Để xác định vai trò của một E. coli gây ra bệnh nào đó, cần kiểm tra độc lực và các yếu tố gây bệnh mà chủng E. coli đó có được. Do vậy, kết quả những nghiên cứu về độc lực, yếu tố gây bệnh của E. coli chính là đánh giá khả năng gây bệnh của nó. Cù Hữu Phú và cs (2004) [35] cho biết vi khuẩn E. coli
là nguyên nhân chính gây bệnh tiêu chảy ở lợn con theo mẹ; các chủng E. coli
có thể mang tổ hợp các yếu tố gây bệnh như: LT + STa + STb + K88 + Hly (29.29%); LT + Sta + Stb + Hly (8.33%).
Tác giả Trương Quang (2005) [40] khi nghiên cứu về vai trò gây bệnh của vi khuẩn E. coli trong hội chứng tiêu chảy ở lợn từ 1- 60 ngày tuổi tại Hà Nội và vùng phụ cận đã khẳng định tỷ lệ chủng E. coli có độc lực mạnh và
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
các yếu tố gây bệnh của lợn bị tiêu chảy cao hơn rất nhiều so với lợn không bị tiêu chảy. Yếu tố bám dính, khả năng dung huyết, độc tố chịu nhiệt, độc tố không chịu nhiệt, độc lực mạnh của các chủng phân lập từ lợn bị tiêu chảy và không bị tiêu chảy lần lượt là: 93,33%- 33,33%; 53,33%- 25,92%; 90,00%- 14,81%; 90,00%- 11,11%; 90,00%- 0%.
Vũ Khắc Hùng và cs (2007) [18] đã tiến hành xác định tỷ lệ nhiễm và phân tích các yếu tố độc lực của vi khuẩn E. coli phân lập từ trâu, bò khoẻ mạnh ở các tỉnh miền Trung. Từ 237 mẫu phân trâu và 126 mẫu phân bò khoẻ mạnh đã xác định được tỷ lệ nhiễm E. coli thuộc nhóm STEC là 27% ở trâu và 23% ở bò. Trong số 93 chủng STEC phân lập được có 17 chủng mang gen STx1, 55 chủng mang cả STx1 và STx2, 21 chủng mang gen STx2.