Mặc dù E. coli có nhiều serotype khác nhau nhƣng phần lớn chúng đều là những vi khuẩn vô hại. Khi cơ thể bị nhiễm vi khuẩn với số lƣợng nhiều kèm theo khả năng sinh độc tố thì lúc đó ngộ độc mới xảy ra.
28
- Ngoại độc tố: Phá huỷ thành niêm mạc, hấp thu qua đƣờng bạch huyết gây hoại tử và gây nhiễm độc thần kinh.
- Nội độc tố: phá huỷ thành mạch máu, làm tăng huyết áp, gây ngộ độc thần kinh và biểu hiện nhiều triệu chứng khác
Dựa vào các đặc điểm sinh học, khả năng và cách thức gây bệnh, E. coli đƣợc chia thành 5 nhóm:
Enteropathogenic E. coli (EPEC)
Từ nhiều năm nay EPEC đƣợc xác định dựa vào nhóm huyết thanh O1 và type huyết thanh O: H. Loại E. coli này không sản xuất độc tố ruột mặc dù vẫn gây tiêu chảy. Khả năng gây bệnh của EPEC liên quan tới đặc tính “bám dính và loại bỏ “ của vi khuẩn. Quá trình phát triển của bệnh diễn ra theo 3 giai đoạn nhƣ sau: Bám dính tại chỗ, truyền tín hiệu, và bám dính chặt [26]. Ba giai đoạn này liên quan tới vai trò của các yếu tố sau: plasmid EAF (EPEC adherence factor) có trọng lƣợng khoảng 60 kDa. Khi bám vào tế bào biểu mô nó sẽ tạo nên một đƣờng truyền tín hiệu khác trong tế bào. Gen chịu trách nhiệm cho hoạt động truyền tín hiệu đƣợc mã hoá tại LEE, LEE tại tiếp tục mã hoá cho hệ thống tiết typ III, các protein tiết và intimin [101]. Các protein tiết gồm có: esp A, esp B, esp D và các gen mã hoá cho hệ thống tiết typ III là sep và esc
[68]. Sự bám dính chặt của EPEC vào tế bào biểu mô vật chủ thông qua intimin - protein ở màng ngoài tế bào vi khuẩn có trọng lƣợng khoảng 94 - 97 kDa đƣợc mã hoá bởi gen eae. Gen này có mặt ở EPEC và EHEC nhƣng không có ở ETEC, E. coli bình thƣờng ở ruột và các vi khuẩn khác [26].
Enterotoxigenic E. coli(ETEC)
ETEC là nguyên nhân gây tiêu chảy hàng đầu ở trẻ em trong các nƣớc đang phát triển cũng nhƣ là nguyên nhân phổ biến nhất của tiêu chảy du lịch. ETEC xâm nhập vào bề mặt ruột non và gây tiêu chảy bằng các độc tố ruột và yếu tố bám dính. Chúng
29
có thể tiết ra một trong 2 loại độc tố là LT (Heat -labile toxin ) và ST (Heat – stabile toxin) hoặc cả 2 loại độc tố.
LT là phân tử oligomer đựơc mã hoá bởi gen elt và etx. LT có cấu trúc gồm 2 tiểu phần A và B. Trong đó 5 tiểu phần B bao quanh tiểu phần A thông qua các cầu nối disunfua (S-S).
ST là phân tử monomer chứa nhiều vị trí cystein của cầu nối disulfua (S-S). Độc tố ST gồm 2 loại: Sta và STb. Thụ thể bám của Sta là enzym ở màng tế bào: guanylate cyclase C (GC-C). GC-C nằm ở đỉnh của tế bào biểu mô ruột, kích thích hoạt hoá sản sinh ra nhiều loại enzym trong tế bào, chuyển hoá AMP thành AMP vòng. Lƣợng AMP vòng tăng đột ngột dẫn đến tăng tiết Cl- trong tế bào và giảm hấp thụ NaCl của nhung mao ruột, nƣớc từ tế bào chảy vào lòng ruột dẫn đến tiêu chảy cấp tính[17].
Enterohemorrhagic E. coli(EHEC)
EHEC gây bệnh thông qua 2 cơ chế:
- Gây tổn thƣơng mô học: Sự bám của EHEC vào niêm mạc ruột làm thoái hoá nặng các vi nhung mao. Các yếu tố độc lực trong cơ chế này là một plasmid có trọng lƣợng phân tử 60 MDa, intimin - một protein màng ngoài có trọng lƣợng phân tử 97 kDa, và một cụm gen độc lập eae, EspA, EspB, EspD, Sep, esc nằm trên nhiễm sắc thể.
- Cơ chế sinh độc tố tuột: EHEC tiết ra độc tố gọi là verotoxin kí hiệu là Stx - một loại protein mang tính KN mạnh với gen mã hoá nằm trên nhiễm sắc thể. Stx gồm Stx1 và Stx2. Chúng tạo nên độc tố đồng dạng với độc tố của vi khuẩn lị Shigella [82].
Stx 1 và Stx2 đều có 2 tiểu phần A và B. Tiểu phần A mang tính chất của một enzym, tiểu phần B có chức năng gắn với một thụ thể đặc hiệu glycolipid kí hiệu là Gb3. Các Gb3 thƣờng thấy ở các tế bào biểu mô thuộc lớp tế bào biểu mô thận, tế bào biểu mô ruột. Stx với hoạt tính enzym xâm nhập vào tế bào chất, ức chế quá trình tổng hợp protein tại bào tƣơng và gây chết tế bào này. Stx chỉ phá huỷ chọn lọc trên các tế bào nang mang chức năng hấp thụ và bảo tồn các tế bào vùng kẽ. Quá trình này kết hợp với
30
quá trình tổn thƣơng mô học làm tăng tiết nƣớc vào lòng ruột dẫn đến tiêu chảy phân nƣớc.
Enteroinvasive E. coli (EIEC)
EIEC xâm nhập vào tế bào biểu mô của đại tràng, tiết ra một hoặc nhiều độc tố ruột và gây tiêu chảy. Các gen cần thiết cho sự xâm nhập nằm tại plasmid kí hiệu là
pInv có trọng lƣợng phân tử là 140 kDa, gen chủ yếu là gen mã hoá cho hệ thống tiết typ III. Bộ máy này cần thiết cho sự tiết các protein đóng vai trò trong khả năng gây bệnh của E. coli. Đó là các gen tổng hợp các protein tiết IpaA, IpaD, các protein xâm nhập IpaC, Ipa B, Ipa D, Ipa H [102]. Gen sản xuất độc tố là sen nằm ở plasmid. Nó mã hoá cho một protein độc tố có trọng lƣợng là 63 kDa .
Enteroaggregative E. coli (EAEC)
Đặc tính của EAEC là tiết chất nhầy vào niêm mạc ruột, vi khuẩn bao quanh chất nhầy tạo thành một lớp màng mỏng, nhầy, tại đây chúng phá huỷ tế bào nhờ độc tố ở niêm mạc ruột [27,61]. Các nghiên cứu hiện nay chƣa có bằng chứng rõ ràng về vấn đề này.