3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3.5. Cấu trúc kháng nguyên của vi khuẩn E.coli
Dựa vào cấu trúc bề mặt và cấu trúc bên trong của tế bào vi khuẩn
E.coli, các nhà khoa học đã xác định được cấu trúc kháng nguyên của vi khuẩn E.coli gồm kháng nguyên thân O (Somatic), kháng nguyên lông H (Flagellar), kháng nguyên vỏ K (Capsular) hoặc còn gọi là kháng nguyên OMP (Outer Membrane protein) và kháng nguyên F (Fimbriae).
Cho đến nay đã xác định được ít nhất có 170 type kháng nguyên O, 70 type kháng nguyên K, 56 type kháng nguyên H và một số kháng nguyên F (Bertschinger H.U và cs (1992) [42]).
Bằng phản ứng ngưng kết, các nhà khoa học đã phát hiện được tính chất phức tạp các yếu tố kháng nguyên của vi khuẩn E.coli, bao gồm các loại kháng nguyên sau:
1.3.5.1. Kháng nguyên O (Somatic)
Theo Zinner và Peter (1983) [73] đây là thành phần chính của vi khuẩn và cũng được coi là một yếu tố độc lực của vi khuẩn. Kháng nguyên O được coi như một ngoại độc tố, có thể tìm thấy ở màng ngoài vỏ của vi khuẩn và thường xuyên được giải phóng vào môi trường nuôi cấy. Trong trạng thái chiết xuất tinh khiết, nó có bản chất là Lypopolisaccharide, bao gồm 2 nhóm sau:
- Polysaccharide có nhóm Hydro nằm ở thành ngoài vi khuẩn, mang tính đặc trưng cho kháng nguyên từng giống
- Polysaccharide không có nhóm Hydro nằm ở phía trong, không mang tính đặc trưng mà chỉ tạo sự khác biệt về khuẩn lạc (từ dạng S sang dạng R) Kháng nguyên O có những đặc tính sau: Chịu được nhiệt (không bị phá huỷ
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
khi đun nóng ở 100°C trong 2 giờ); các chất cồn, axit HCl nồng độ 1N chịu được 20 giờ. Kháng nguyên O rất độc chỉ cần 1/20 mg đã đủ giết chết chuột nhắt trắng sau 24 giờ, nhưng bị phá huỷ bởi Formol 0,5%
Kháng nguyên O được cấu trúc bởi các phân tử lớn với thành phần các phân tử gồm:
+ Protein: Làm cho phức hợp có tính kháng nguyên + Polyosit: Tạo ra tính đặc hiệu của kháng nguyên + Lypit: Kết hợp với Polyosit và là cơ sở của độc tính
Theo Medearis,1968 (trích dẫn bởi Nguyễn Thị Nội, 1986) [20] khi làm mất dần từng phân tử đường của chuỗi Polysaccharide hay thay đổi vị trí của các phân tử này sẽ dẫn đến thay đổi độc lực của vi khuẩn. Tất cả kháng nguyên O đều cư trú ở bề mặt vi khuẩn, do vậy có liên hệ trực tiếp với hệ thống miễn dịch. Kháng nguyên O khi gặp kháng huyết thanh tương ứng sẽ xảy ra phản ứng ngưng kết gọi là "Hiện tượng ngưng kết O". Thân vi khuẩn ngưng kết với nhau dưới dạng những hạt khô, rất khó tan khi lắc. O với kháng thể O tương ứng. Khi đun nóng 100 - 121°C kháng nguyên K sẽ mất tác dụng ngăn cản này.
Vai trò của kháng nguyên K còn có nhiều quan điểm khác nhau, có ý kiến cho rằng nó không có ý nghĩa về độc lực. Vì vậy, chủng E.coli có kháng nguyên K cũng giống như chủng không có kháng nguyên K (Orskov 1980) [63]. ý kiến khác cho rằng kháng nguyên K có ý nghĩa về độc lực vì nó tham gia bảo vệ vi khuẩn trước các yếu tố phòng vệ của cơ thể (Evan, 1973) [49]. Phần lớn các ý kiến đều cho rằng kháng nguyên K có 2 nhiệm vụ chính:
- Hỗ trợ phản ứng ngưng kết với kháng nguyên O, vì vậy thường được ghi cùng kháng nguyên O trong cấu trúc kháng nguyên.
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Tạo ra hàng rào bảo vệ giúp vi khuẩn chống lại tác động ngoại lai và hiện tượng thực bào.
Kháng nguyên K gồm 3 loại: L,A,B căn cứ vào đặc tính vật lý, khả năng chịu nhiệt hoặc không chịu nhiệt, khả năng thành ngưng kết tố, ức chế ngưng kết để phân loại kháng nguyên. Hiện nay, vi khuẩn E.coli có 89 kháng nguyên K trong đó: 31 loại L; 32 loại B; 26 loại A.
Kháng nguyên L: Không chịu được nhiệt, bị phân huỷ khi đun sôi 100°C trong 1 giờ, trong điều kiện đó kháng nguyên mất khả năng ngưng kết, kết tủa và không giữ được tính kháng nguyên.
Kháng nguyên B: Không chịu được nhiệt, bị phân huỷ khi đun sôi 100°C trong 1 giờ, mất tính kháng nguyên nhưng vẫn giữ được khả năng ngưng kết.
Kháng nguyên A: Kháng nguyên chịu nhiệt, không bị phân huỷ ở 100°C trong 2 giờ 30 phút, tính kháng nguyên và khả năng gây ngưng kết, kết hợp đều giữa kháng nguyên.
Kháng nguyên K và yếu tố bám dính là yếu tố quyết định quá trình sinh bệnh của vi khuẩn sống ở đường tiêu hoá. Để thực hiện chức năng này, mỗi loại vi khuẩn đều sản sinh ra một yếu tố đặc trưng, yếu tố này có cấu trúc đặc biệt phù hợp với cấu trúc của từng điểm tiếp nhận ở trên tế bào nhung mao ruột.
Như vậy, kháng nguyên K với bản chất là Polysaccharide có nhiệm vụ nhất định trong khả năng gây bệnh không chỉ với vi khuẩn E.coli mà cả với các vi khuẩn đường ruột khác khi xâm nhập vào hệ thống tiêu hoá.
1.3.5.2. 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 nước ở một mức độ nhất định, những chất này bao xung quanh bên ngoài vách vi khuẩn giúp vi khuẩn chống lại tác động của môi trường ngoại
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
cảnh, có thể quan sát được ở trạng thái ướt, dễ bị mất đi khi thay đổi điều kiện phát triển gọi là giáp mô (Capsule) (Nguyễn Như Thanh và cs 1997) [34].
Chất nhầy giáp mô phần lớn không có tính định hình vì khuếch tán, thường được cấu trúc bởi hợp chất Polysaccharide nhưng cấu trúc của Polysaccharide này lại phụ thuộc vào từng họ vi khuẩn khác nhau thì cấu trúc khác nhau, do đó mà tính 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, vì vậy chủ yếu đi sâu tìm hiểu kháng nguyên K88
(kháng nguyên Fimbriae) (Nguyễn Thị Nội, 1986) [20].
1.3.5.3. Kháng nguyên Fimbriae (kháng nguyên pili)
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 một chiếc áo lông bao bọc xung quanh vi khuẩn. pili vi khuẩn đường ruột khác lông ở chỗ nó cứng hơn, không lượn sóng và không liên quan đến chuyển động. Trước đây, kháng nguyên bám dính được kí 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 ỉa chảy bao gồm F4, F5, F6, F18 và F41. Riêng đối với giống E. coli phân lập từ lợn thì kháng nguyên Fimbriae F4 đóng vai trò quan trọng nhất trong việc bám dính (Orskov, 1980) [63].
* Kháng nguyên F4 (K88)
F5 trước kia được cho là kháng nguyên bám dính của E.coli chỉ gây bệnh ở bê, nghé và cừu. Tuy nhiên hiện nay chúng cũng được tìm thấy với tỷ lệ thấp ở các chủng ETEC phân lập từ lợn tiêu chảy (Lindhl và cs 1990) [60]. Sự sản sinh của F5 phụ thuộc vào nhiều yếu tố của vi khuẩn như: Tốc độ sinh
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
trưởng, pha sinh trưởng, nhiệt độ và alanine trong môi trường, các gen mã hoá cho sự tổng hợp F5 nằm trên DNA của plasmid (Isaacson, 1983) [55].
* Kháng nguyên F6 (987P)
Giống như F4, F5, kháng nguyên F6 thường có mặt ở các nhóm có kháng nguyên O9, O20, O101, O149. Vật liệu di truyền mã hoá quá trình tổng hợp kháng nguyên pili F6 cũng nằm ngoài nhiễm sắc thể, trên plasmid của tế bào vi khuẩn (Orskov, 1980) [63].
* Kháng nguyên F41
Những nghiên cứu đầu tiên về kháng nguyên F5 cho rằng, đây chỉ là kháng nguyên gồm 1 đơn vị, nhưng gần đây khi điện phân thấy rằng F5 có 2 đơn vị nhỏ, 1 đi về cực dương và 1 đi về cực âm. Đơn vị đi về cực dương được cho là 1 Fimbriae riêng biệt đặt tên là F41. Khối lượng phân tử của F41 là 30,5 KDa (Jacobs và cs 1985) [56], (Raybould và cs1987) [66].
Cox và cs (1993) [47] 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 (với số lượng thấp) của 23 lợn trong số 30 lợn 4 đến 5 tuần tuổi được kiểm tra. Tại đó tác giả cho thấy rằng, những lợn lớn tuổi hơn có sức đề kháng với sự bám dính của các chủng
E.coli có F41 do các receptor tương ứng với F41 bị giảm đi.
* Kháng nguyên F18
Kháng nguyên F18 đã được Rippinger và cs (1995) (dẫn theo Đỗ Ngọc Thuý, 2004) [72] mô tả là có quan hệ với các chủng E.coli phân lập từ bệnh tiêu chảy ở lợn con trước cai sữa và bệnh phù đầu. Dựa vào đặc điểm hình thái, huyết thanh học và đặc điểm kháng nguyên, người ta đã chia F18 thành 2 loại là F18ab và F18ac. F18ab thường thấy trong bệnh phù đầu, trong khi đó F18ac phân lập được từ lợn con tiêu chảy trước cai sữa.