3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.4.2.Các độc tố gây bệnh của vi khuẩn E.coli
Các chủng vi khuẩn E.coli gây bệnh sản sinh các loại độc tố phổ biến gồm: Độc tố đường ruột(Enterotoxin); Độc tố thần kinh (Neurotoxin). Trong đó, loại độc tố quan trọng gây bệnh tiêu chảy của lợn con là độc tố đường ruột, thuộc về các chủng E.coli thuộc nhóm Enteroxigenic E.coli là chủ yếu (Fairbrother và cs (1992) [50].
1.4.2.1. Độc tố đường ruột (Enterotoxin)
Fairbrother và cs (1992) [50] cho biết độc tố đường ruột do E.coli tạo ra (ETEC) gây tiêu chảy trầm trọng cho lợn sơ sinh từ 1 - 4 ngày tuổi.
E.coli xâm nhập vào tế bào biểu mô ruột bằng một hoặc nhiều yếu tố bám dính F4 (K88), F5 (K99), F6 (987P) và F41 rồi xâm nhập vào thành ruột. Tại đó chúng sản sinh ra độc tố đường ruột gồm hai loại:
- Độc tố chịu nhiệt (Heat Stable Toxin = ST): Độc tố này chịu được nhiệt độ 100°C trong vòng 15 phút. Độc tố ST chia thành hai nhóm STa và STb dựa trên đặc tính sinh học và khả năng hòa tan trong Methanol. STa là một protein không có tính kháng nguyên, có phân tử lượng gần 2.000 Dalton, STa kích thích sản sinh ra cGMP mức cao trong tế bào, ngăn trở hệ thống chuyển
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Na+ và Cl-, làm giảm khả năng hấp thu chất điện giải và nước ở ruột. STa thường thấy ở ETEC gây bệnh ở lợn dưới hai tuần tuổi và ít thấy ở lợn lớn.
*Cơ chế tác động gây tiêu chảy của STa: STa kích thích hệ thống men Guanylate cyclase có mặt trên các tế bào biểu mô ruột vật chủ chuyển GTP thành cGMP. cGMP hoạt hóa 86-Kpa protein kinase dẫn đến Phosphoryl hóa phosphatiglycilinositol, hình thành Diaxyglyxerol, inositol 1,4,5 triphosphate, từ đó kích hoạt men C-kinase. Ba sản phẩm trên gây tăng hàm lượng Ca++ bên trong tế bào, Ca++ ngăn cản quá trình hấp thu Na+, Cl- nước từ trong khoang ruột vào tế bào, đồng thời kích thích thải Na+, Cl- từ tế bào vào xoang ruột, hiện tượng này gây nên tiêu chảy.
STb là một protein có tính kháng nguyên yếu, có phân tử lượng gần 5.000 Dalton, STb kích thích vòng Nucleotit phân tiết dịch độc lập ở ruột, phương thức tác dụng của nó chưa được hiểu rõ. STb hoạt động ở ruột non lợn, nhưng không hoạt động ở ruột non chuột, bê và bị vô hoạt bởi Trypsin. STb tìm thấy được ở 75% các chủng vi khuẩn E.coli phân lập từ lợn con, 33% phân lập từ lợn lớn (Fairbrother và cs 1992) [50].
Vai trò của STb trong tiêu chảy chưa được biết đến, mặc dù ETEC sản sinh STb có thể kích thích gây tiêu chảy ở lợn con trong điều kiện thực nghiệm và STb làm teo lông nhung ruột lợn (Carter và cs 1995) [45].
Như vậy, STa và STb đều có vai trò quan trọng trong việc gây tiêu chảy do các chủng E.coli gây bệnh ở bê, nghé, dê, cừu, lợn con và trẻ sơ sinh.
- Độc tố không chịu nhiệt (Heat Labile Toxin = LT): Độc tố này bị vô hoạt ở nhiệt độ 60°C trong vòng 15 phút. LT là độc tố phức tạp có khối lượng phân tử cao, gồm 5 nhóm trong đó nhóm B có thể gắn với thụ thể trên bề mặt tế bào biểu mô, còn nhóm A có hoạt tính sinh học cao. Nhóm A kích thích sản
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
sinh cAMP ở mức cao trong tế bào, dẫn đến tăng tiết Cl-, Na+, HCO3- và nước vào trong ruột. Sự tiết nước quá mức sẽ dẫn đến sự mất nước nặng và rối loạn trao đổi chất, có thể dẫn đến chết gia súc.
LT cũng có hai nhóm phụ LT1 và LT2, chỉ có LT1 bị trung hòa bởi Anticholerae toxin. LT được sinh ra bởi các chủng E.coli ở lợn thuộc nhóm phụ LT1. LT2 sinh ra bởi ETEC phân lập từ lợn và người. LT là một trong những yếu tố quan trọng gây triệu chứng tiêu chảy (Faibrother và cs 1992) [50].
Cả hai loại độc tố ST và LT đều bền vững ở nhiệt độ âm, thậm chí cả ở nhiệt độ 20ºC
*Cơ chế tác động gây tiêu chảy của LT: Tiểu phần B của phân tử LT gắn lên các Receptor đặc hiệu trên bề mặt màng tế bào biểu mô nhung mao ruột non, đoạn A1 được vận chuyển vào màng tế bào. Tại đây đoạn A1 tương tác với hệ thống men Adenylate cyclase. Men này có ít nhất ba thành phần: phần thứ nhất đảm bảo chức năng chuyển ATP thành cAMP, phần thứ hai thực hiện chức năng enzyme điều khiển GTP, phần thứ ba là Receptor cho Hormone. Trong điều kiện bình thường hệ thống trên đây hoạt động khi Hormone gắn lên các receptor của hệ thống này, do vậy GTP được nối với điểm hoạt động của protein điều khiển Adenylate cyclase, làm thành tổ hợp GTP và protein điều khiển. Khi GTP chuyển thành GDP bởi men GDP-ase, hệ thống này ở trạng thái không hoạt động. Đoạn A1 của LT là một Adenylase diphosphate tranferase, chuyển ADP ribosome từ Nicotinamide dinucleotile (NDA) đến protein điều khiển. ADP-ribosome vừa được chuyển đến ức chế GTP-ase dẫn đến mất chức năng kiểm soát hệ thống trên. Hiện tượng trên làm cho hệ thống Adenylate cyclase thường xuyên hoạt động, gây tăng cAMP hơn mức bình thường dẫn đến bài xuất các ion Na+, Cl+ và nước
Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
từ tế bào vào xoang ruột gây hiện tượng tiêu chảy. (Guerant và cs 1985) (trích dẫn theo Nguyễn Thị Nội (1986) [20].
1.4.2.2. Độc tố tế bào Verotoxin
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 hai nhóm SLTI và SLTII 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 hai tác dụng: độc tố đường ruột và độc tố tế bào. SLT sản sinh ở ruột, đựơc hấp thụ vào máu, theo máu đến tác động lên những tế bào ở các bộ phận khác. Các chủng E.coli thuộc nhóm Verotoxin genic E.coli gây các chứng tiêu chảy, bại huyết, hội chứng đi tiểu ra máu, bệnh phù đầu ở lợn con (Gyles, 1992) [54].
1.4.2.3. Enteropathogenic E.coli (EPEC)
Các chủng E.coli thuộc nhóm EPEC không sản xuất các loại độc tố phổ biến như trên, tuy nhiên các chủng E.coli thuộc nhóm này có khả năng gây tổn thương đặc trưng gọi là attaching/effacing. Các chủng EPEC bám dính trên niêm mạc ruột thông qua protein bề mặt gọi là intimin (Ngeleka, 2003) [62].
1.3.2.4. Enteroaggregative E.coli (EaggEC)
Các chủng E.coli thuộc nhóm EaggEC có khả năng sản xuất độc tố EAST1, cũng là loại độc tố chịu nhiệt nhưng có trình tự chuỗi axit amin và đặc tính miễn dịch khác với độc tố STa. Độc tố EAST1 là 1 protein gồm 38 axit amin. Độc tố này cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình gây bệnh ở lợn (Ngeleka, 2003) [62].