Luận văn Ứng dụng kỹ thuật multiplex – pcr để phát hiện một số gen độc lực của nhóm escherichia coli sản sinh độc tố shiga (stec) phân lập được từ phân bò, heo

Phần 1. MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Escherichia coli (E. coli) là một trong những vi khuẩn phổ biến trong đường tiêu hóa của người và động vật máu nóng. Hầu hết các dòng E. coli tồn tại một cách tự nhiên và không gây hại trong đường tiêu hóa. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, nhất là khi sinh lý cơ thể thay đổi, stress, loạn khuẩn xảy ra, …thì một số dòng E. coli độc có thể gây bệnh trên người và một số loài động vật. Dựa vào đặc điểm gây bệnh, người ta chia E. coli thành nhiều nhóm. Mỗi nhóm đều có những yếu tố độc lực khác nhau và được quy định bởi những gen độc lực khác nhau. Một số gen độc lực quan trọng của E. coli như: gen ehxA, stx1, stx2, và uid của nhóm STEC (Shiga toxigenic E. coli); gen eae của nhóm STEC và EPEC (Enteropathogenic E. coli); … Nhìn chung, E. coli có thể được phân lập dễ dàng ở khắp nơi trong môi trường ô nhiễm phân. Ngoài ra, E. coli còn có thể phân lập được từ những vùng nước ấm, không bị ô nhiễm hữu cơ; vi sinh vật này có thể tồn tại và phát triển rất lâu trong môi trường. Với sự phân bố rộng rãi như vậy, E. coli dễ dàng vấy nhiễm vào nguyên liệu thức ăn hay nguồn nước nếu quy trình sản xuất không đảm bảo vệ sinh nghiêm ngặt. Từ đó, có thể gây nên các bệnh rối loạn đường tiêu hóa, và nhiễm trùng đường tiết niệu, có trường hợp gây tử vong cho người và gia súc. Do vậy, việc xác định các gen độc lực của E. coli trong phân gia súc bình thường hoặc tiêu chảy là cần thiết, góp phần trong việc chẩn đoán bệnh trên động vật và đánh giá nguy cơ truyền lây sang người qua con đường thực phẩm. Từ đó, có những biện pháp phòng ngừa hữu hiệu nhằm bảo vệ sức khỏe cho con người và vật nuôi. Những tiến bộ của công nghệ sinh học hiện nay với phương pháp PCR sẽ giúp chúng ta chẩn đoán chính xác, hiệu quả trong thời gian ngắn hơn so với phương pháp truyền thống (nuôi cấy, phân lập, …). Vì vậy, đề tài tiến hành sử dụng kỹ thuật multiplex – PCR để phát hiện đồng thời các gen độc: stx1, stx2, eae, ehxA, và uid của E. coli phân lập được từ phân bò, heo tiêu chảy và thịt bò. Hy vọng trong tương lai, đề tài sẽ được ứng dụng vào thực tiễn chẩn đoán và tầm soát bệnh cho gia súc cũng như cho con người qua con đường thực phẩm. 1.2. Mục tiêu – yêu cầu 1.2.1. Mục tiêu - Phát hiện gen độc lực stx1, stx2, eae, ehxA và uid của E. coli, đặc biệt là nhóm STEC. 1.2.2. Yêu cầu - Phân lập được E. coli từ phân, thịt trên một số loại môi trường chọn lọc (MAC, SMAC, CT - SMAC). - Ứng dụng kỹ thuật multiplex – PCR phát hiện một số gen độc lực của E. coli phân lập được. Phần 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Vi khuẩn E. coli Vi khuẩn E. coli sống bình thường trong ruột người và động vật, nhiều nhất trong ruột già. Vi khuẩn theo phân ra môi trường bên ngoài gây ô nhiễm cho nước, đất, không khí, dụng cụ giết mổ, các nguyên liệu sử dụng trong chế biến thực phẩm, … 2.1.1. Đặc điểm sinh học Phân loại: vi khuẩn E. coli thuộc họ Enterobacteriaceae, giống Escherichia. Hình thái: là trực khuẩn, gram âm, di động, không bào tử, giáp mô, có lông tơ xung quanh. Kích thước: khoảng 0,5 (m ( 2 – 3 (m. Đặc tính nuôi cấy: vi khuẩn hiếu khí hoặc yếm khí tùy nghi. Có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 15 - 400C nhưng nhiệt độ thích hợp nhất là 370C, pH từ 6,4 – 7,4. Mọc tốt trên môi trường thạch dinh dưỡng, sau 24 giờ hình thành những khuẩn lạc tròn, ướt, trắng đục, khoảng 2 – 3 mm. Đặc tính sinh hóa: E. coli lên men nhiều loại đường, sinh hơi, khử nitrate thành nitrite. Để phân biệt E. coli với vi khuẩn đường ruột khác, người ta thường sử dụng thử nghiệm IMViC. E. coli cho kết quả IMViC là: + + - - hay - + - - (FAO, 1992). 2.1.2. Yếu tố kháng nguyên Vi khuẩn đường ruột E. coli có cấu trúc kháng nguyên phức tạp. Dựa vào tính chất kháng nguyên, người ta phân chia các vi khuẩn cùng loại thành các tuýp huyết thanh (serotype) khác nhau (Bộ môn vi sinh, Khoa Y, Đại học Y Dược Tp. Hồ Chí Minh, 1996): Kháng nguyên thân O (somatic antigen) là kháng nguyên của vách tế bào, cấu tạo bởi lipopolysaccharide, có trên 150 loại khác nhau. Đặc tính của kháng nguyên O là: Chịu được nhiệt, không bị hủy khi đun nóng 100oC trong 2 giờ. Kháng cồn, không bị hủy khi tiếp xúc với cồn 50%. Bị hủy bởi formol 5%. Rất độc, chỉ cần 0,05 mg đủ để giết chuột nhắt sau 24 giờ. Khi kháng nguyên O gặp kháng huyết thanh tương ứng sẽ xảy ra phản ứng ngưng kết O. Kháng nguyên O giữ vai trò nhất định đối với khả năng gây bệnh của dòng vi khuẩn và có tính chất chuyên biệt cho từng loài vật chủ. Kháng nguyên lông H (flagellar antigen): có trên 50 loại khác nhau, cấu tạo bởi protein và có tính chất không chịu nhiệt, bị hủy bởi cồn 50% và các proteinase, không bị hủy bởi formol 5%. Khi kháng nguyên H gặp kháng thể tương ứng sẽ xảy ra hiện tượng ngưng kết H. Kháng nguyên giáp mô K (capsular antigen): có hơn 100 loại khác nhau và nằm ngoài kháng nguyên O. Kháng nguyên K là polysaccharide hay là protein. Nếu kháng nguyên K che phủ hoàn toàn thân vi khuẩn thì sẽ ngăn cản phản ứng ngưng kết O. Kháng nguyên giáp mô K (capsular antigen) giúp E. coli bám vào tế bào biểu mô trước khi xâm lấn đường tiêu hóa hay đường tiết niệu. Kháng nguyên tiêm mao F (fimbrial antigen): có dạng hình sợi, dài khoảng 4 (m, thẳng hay xoắn, đường kính 2,1 – 7 nm, giúp vi khuẩn bám vào tế bào niêm mạc ruột nên rất quan trọng trong khả năng gây bệnh của vi khuẩn . Hiện nay có hơn 700 tuýp huyết thanh của E. coli từ sự tổ hợp các nhóm kháng nguyên O, H, K, F. Dựa vào đó, người ta có thể định danh vi khuẩn. 2.1.3. Phân loại E. coli Để phân loại E. coli gây bệnh, người ta dựa vào đặc điểm sinh bệnh như: gen độc lực mã hóa các protein gây bệnh cho vật chủ, sự tác động khác nhau lên màng nhầy ruột, hội chứng lâm sàng và sự khác nhau về mặt dịch tễ của bệnh. Có 5 nhóm E. coli gây bệnh (Keskimaki, 2001): (1) E. coli sinh độc tố Shiga (STEC- Shiga toxigenic E. coli hay VTEC- Verotoxigenic E. coli và EHEC Enterohemorrhagic E. coli ). (2) E. coli gây bệnh đường ruột (EPEC- Enteropathogenic E. coli). (3) E. coli sinh độc tố đường ruột (ETEC- Enterotoxigenic E. coli). (4) E. coli bám dính kết tập ở ruột (EAEC hay EaggEC- Enteroaggregative E. coli). (5) E. coli tấn công hay xâm lấn đường ruột (EIEC- Enteroinvasive E. coli). 2.2. Shiga toxigenic E. coli (STEC) Nhóm STEC được kết tội là liên quan đến nhiều đợt dịch bệnh viêm dạ dày, đã và đang đe dọa sức khỏe cộng đồng. Vào những năm đầu thập niên 1980, các dòng STEC gây ra những đợt dịch liên quan đến hội chứng viêm kết tràng xuất huyết (HC) và hội chứng huyết niệu (HUS). HUS biểu hiện ba triệu chứng điển hình là suy thận cấp, giảm tiểu cầu và thiếu máu tan huyết do tổn thương mao mạch. Bao gồm nhiều serotype khác nhau như O26, O111, O113, O124, O145, O157, … (Bộ môn vi sinh, Khoa Y, Đại học Y Dược Tp. Hồ Chí Minh, 1996). Hiện nay, người ta công nhận các dòng STEC gây bệnh nghiêm trọng cho con người, đặc biệt O157:H7 là serotype chính của STEC gây nhiều ổ dịch lớn trên khắp thế giới (Smith và ctv, 1988). 2.2.1. Thuật ngữ Những hướng khác nhau trong nghiên cứu đã đưa ra những thuật ngữ khác nhau để gọi tên cho nhóm E. coli này. Thuật ngữ Verotoxigenic E. coli hay Verocytotoxigenic E. coli (VTEC) được Konowalchuk và ctv (1977) đặt cho nhóm này khi phát hiện việc sản xuất độc tố gây độc dòng tế bào Vero (ở thận khỉ mặt xanh châu Phi). Thuật ngữ Enterohemorrhagic E. coli ( EHEC) chỉ những dòng E. coli gây HC và HUS (Nataro và Kaper, 1998). Và thuật ngữ Shiga toxin-producing E. coli (STEC) chỉ những serotype E. coli sản sinh độc tố gây độc tế bào giống như độc tố của vi khuẩn Shigella (Calderwood và ctv, 1996). STEC và VTEC là hai thuật ngữ tương đương nhau, và cả hai đều đề cập đến E. coli sản sinh một hay nhiều độc tố gây độc tế bào. Tuy nhiên, không phải chỉ có gen sản sinh độc tố là có thể gây bệnh nếu không có các yếu tố độc lực khác. Những dòng E. coli mang gen sản sinh độc tố cũng hiện diện trong ruột gia súc khỏe mạnh với số lượng rất ít, nhưng những dòng này thiếu một hay vài yếu tố độc lực khác của STEC (Beutin và ctv, 1995). Do đó, không phải tất cả STEC đều có khả năng gây bệnh (Nataro và Kaper, 1998). 2.2.2. Các yếu tố liên quan đến đặc tính gây bệnh của STEC 2.2.2.1. Độc tố Shiga (Stx) Shigella dysenteriae do Kiyoshi Shiga phát hiện năm 1897, sản sinh độc tố thường được gọi là Shiga. Và sau này người ta phát hiện ở STEC cũng sản xuất độc tố tác động tương tự như Shiga (Shiga-like toxin) (Nataro và Kaper, 1998). Stx là một ngoại độc tố không bền với nhiệt, tác động lên ruột lẫn hệ thần kinh trung ương. Ở ruột, E. coli gây tiêu chảy, đồng thời ức chế hấp thu đường và các axit amin ở ruột non. Ở hệ thần kinh, nó gây biểu hiện lâm sàng trầm trọng có thể tử vong (Bộ môn vi sinh, Khoa Y, Đại học Y Dược Tp. Hồ Chí Minh, 1996). Trong số hơn 200 serotype E. coli có thể sản sinh độc tố Stx thì có hơn 50 serotype gây HC hay HUS ở người (Nataro và Kaper, 1998). Cấu trúc và tổ chức các gen stx: họ độc tố Stx ở STEC gồm hai nhóm chính không phản ứng chéo với nhau là Stx1 và Stx2. Trong khi Stx1 có tính bảo tồn cao thì Stx2 rất thay đổi về trình tự, tạo ra nhiều biến chủng như Stx2c, Stx2hp, Stx2e ... Một dòng STEC có thể sản sinh Stx1 hay Stx2, hoặc cả Stx1 lẫn Stx2, và thậm chí nhiều dạng của Stx2. Những nghiên cứu đầu thập niên 80 đã xác định Stx1 và Stx2 được mã hóa trên thực khuẩn thể và thực khuẩn thể này chèn vào nhiễm sắc thể của E. coli (O’Brien và ctv, 1984). Bảng 2.1 Danh pháp các thành viên trong họ Stx Tên gọi trước đây  Tên gọi hiện nay    Gen  Protein   Shiga toxin (Stx)  stx  Stx   Shiga like toxin I (SLT_I) hay Verotoxin 1 (VT1)  stx1  Stx1   SLT_II hay VT2  stx2  Stx2   STL_II c hay VT2c  stx2c  Stx2c   STL_II e hay VT2e  stx2e  Stx2e   (Nguồn: Calderwood và ctv, 1996) Tất cả độc tố Stx đều gồm hai thành phần cấu tạo (Paton và Paton, 1998): - Tiểu đơn vị A , 32 kDa, gồm peptide A1 28 kDa và peptide A2 4 kDa nối với nhau bằng cầu nối disulfit. Peptide A1 có hoạt tính enzyme và peptide A2 có nhiệm vụ gắn kết tiểu đơn vị A vào những tiểu đơn vị B. - Năm tiểu đơn vị B, có trọng lượng phân tử là 7,7 kDa. Các tiểu đơn vị B giúp độc tố kết hợp với thụ thể đặc hiệu của nó. Vai trò của Stx trong sinh bệnh: Để gây bệnh, trước tiên Stx phải được tiếp nhận bởi các thụ thể đặc hiệu. Các nghiên cứu cho thấy rằng Stx có tính chất gây độc trực tiếp lên tế bào ruột do chúng nhắm đến thụ thể Gb3 (globotriaosylceramide), dạng thụ thể glycolipid, trên nhung mao của tế bào biểu mô ruột ở động vật (Stx2e có thụ thể là Gb4). Gb3 hoặc Gb4 còn tìm thấy ở tế bào nội mô thận, tế bào Vero, tế bào Hela... Nhờ tính đặc hiệu của tương tác này và sự phân bố của các thụ thể thay đổi theo loại tế bào đã ảnh hưởng chính đến cách sinh bệnh (Lingwood, 1996). Sau khi làm hư hại các tế bào biểu mô, Stx xuyên qua hàng rào biểu mô, xâm nhập vào dòng máu và tiến đến các mô đích khác nhau có chứa thụ thể glycolipid, gây tổn thương tế bào nội mạch, tế bào thận … Cụ thể là những tiểu đơn vị B sẽ giúp độc tố kết hợp với các thụ thể đặc hiệu này. Sau khi được chuyển vào bên trong tế bào, tiểu đơn vị A đến tế bào chất và tác động lên tiểu phần 60S của ribosome, rồi cắt một gốc adenin khỏi rRNA 28S của ribosome, do đó gây trở ngại cho sự tổng hợp protein. Vì không tổng hợp được protein, những tế bào bị Stx tác động sẽ chết. Hậu quả là gây tiêu chảy, viêm kết tràng xuất huyết (HC) và hội chứng huyết niệu (HUS). Trong khi đó, hậu quả do Stx2e là hiện tượng phù thủng ở heo sau cai sữa (trích dẫn của Lê Thị Mai Khanh, 2004). Ảnh hưởng của các loại Stx trong sinh bệnh: Các nghiên cứu dịch tễ đã chỉ ra rằng những dòng STEC chỉ sản sinh Stx2 thì gây bệnh trầm trọng hơn so với những dòng STEC chỉ sản sinh Stx1, bệnh càng nặng hơn nếu dòng STEC sản sinh cả Stx1 lẫn Stx2, chẳng hạn như HUS (Paton và Paton, 1998). 2.2.2.2. Enterohemolysin (haemolysin) Enterohemolysin tồn tại ở nhiều dạng ((, ( và …) trong các E. coli xâm lấn hay sinh độc tố đường ruột (Manil và Daube, 2005). Độc tố này được tìm thấy ở hầu hết các dòng O157:H7 và các dòng STEC không phải O157:H7. Enterohemolysin thuộc nhóm độc tố RTX (Repeats in toxin), gây dung giải tế bào tạo thành lỗ như chân lông (RTX family of pore-forming cytolysin) (Paton và Paton, 1998). Và RTX hiện diện trong E. coli gây bệnh đường huyết niệu (uropathogenic E. coli), Pasteurella haemolytica và các tác nhân khác gây bệnh cho người, động vật (Bauer và Welch, 1996). Haemolysin do gen ehxA nằm trên plasmid 60 MDa pO157 mã hóa. Gen ehxA có 60% tương đồng với hlyA; hlyA cũng là gen cấu trúc mã hóa haemolysin ở E. coli gây bệnh đường huyết niệu và cho kiểu dung huyết (-haemolysin ((-Hly). Ngoài ra, gen cấu trúc ehxA có nhiều biến thể, được chia thành hai nhóm: nhóm 1 gồm nhiều loại EHEC phổ biến như O157:H7, O26, O111; trong khi đó, nhóm 2 gồm nhiều serotype khác còn lại cũng có tính chất gây bệnh. Gần đây, các nghiên cứu về di truyền học đã chỉ ra rằng gen ehxA của những dòng STEC có trình tự giống nhau trên 98%, nhưng vẫn có sự khác nhau lớn ở một số đoạn trình tự chuyên biệt (Feng và Monday, 2000). Beutin và ctv (1989) đã khảo sát và khẳng định rằng đa số các dòng STEC đều cho kiểu dung huyết alpha ((-Hly). Các dòng sản sinh độc tố này thì không gây dung huyết trên thạch máu nhưng tạo thành vòng dung huyết nhỏ, mờ trên thạch máu cừu (có bổ sung Ca2+) sau khi ủ qua đêm. Hiện tại, phương thức tham gia gây bệnh của enterohaemolysin vẫn chưa được biết rõ. Chính sự dung huyết trở thành nguồn cung cấp Fe kích thích sự phát triển STEC trong ống tiêu hoá (Law và Kelly, 1995). 2.2.2.3. Yếu tố bám dính Yếu tố bám dính của STEC đã được chứng minh đóng vai trò quan trọng trong sự định vị vi khuẩn ở ruột. Đó là intimin, một protein màng ngoài có trọng lượng phân tử 94-97 kDa. Intimin được mã hóa bởi gen eae (E. coli attaching and effacing). Intimin gây tổn thương dạng bám dính và phá hủy, gọi là bệnh tích A/E (attaching and effacing) ở ruột già do vi khuẩn bám chặt vào tế bào biểu mô (Donnerberg và ctv, 1993). Có 4 loại intimin, được kí hiệu là (, (, (, và (. Trong đó: (-intimin thường được tìm thấy ở những dòng E. coli thuộc nhóm EPEC ở người và chó. (-intimin có ở những dòng E. coli thuộc nhóm EPEC và EHEC ở người và thỏ. (-intimin chủ yếu ở nhóm STEC của người và động vật, ở EPEC của người. (-intimin hiện diện trong những dòng E. coli thuộc nhóm EHEC ở bò và người (Oswald và ctv, 2000). Có sự liên quan chặt chẽ giữa gen eae và khả năng gây bệnh trầm trọng của các dòng STEC trên người như HC và HUS. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng tỉ lệ của các dòng mang gen eae ở bệnh phẩm người cao hơn trên gia súc. Hơn nữa, sự hiện diện dòng STEC mang gen eae trên gia súc thường liên quan đến các dòng vi khuẩn E. coli độc lực trên người mà khoa học đã từng biết, chúng thuộc serotype O157, O26, O111, … (Sandhu và ctv, 1996). Ngoài ra còn có các yếu tố liên quan đến sự bám dính của các tác nhân khác gây bệnh đường ruột bao gồm fimbriae, OMPs (outer membrance proteins) và LPS (lipopolysaccharide). 2.2.3. Cách sinh bệnh Cách sinh bệnh là một quá trình gồm nhiều bước, liên quan đến sự tương tác phức tạp giữa số lượng vi khuẩn và các yếu tố của vật chủ. Cấp STEC qua đường miệng (chỉ cần liều rất thấp) thì vi khuẩn phải sống sót trong điều kiện môi trường khắc nghiệt của dạ dày và chúng phải cạnh tranh với các vi khuẩn khác ở đường ruột để thiết lập sự định cư. Vi khuẩn STEC sống sót trong đường ruột, nhân lên và sản sinh Stx rồi được hấp thu qua tế bào biểu mô ruột, dẫn truyền vào dòng máu. Điều này cho phép toxin đặc hiệu đến bề mặt tế bào đích gồm cả tế bào ruột lẫn các nội quan khác (Paton và Paton, 1998). Định cư vào ống tiêu hoá: vi khuẩn có khả năng bám vào tế bào biểu mô ruột và định cư trong ống tiêu hoá người là một trong những yếu tố quyết định độc lực. Người ta ước tính liều gây nhiễm của vài dòng STEC (O111:H- và O157:H7) khoảng 1–100 CFU (colony forming unit) (Paton và ctv, 1996). Sức đề kháng acid của STEC: Nét đặc trưng của các dòng STEC là khả năng định cư ở ống tiêu hóa người, với số lượng cảm nhiễm thấp. STEC đề kháng được pH acid của dạ dày. Do đó, dòng STEC O157:H7 vẫn còn sống sót trong các thực phẩm acid cao (Leyer và ctv, 1995). Tính trạng này được điều hòa bởi gen rpoS. Gen này có khả năng giúp vi khuẩn E. coli kéo dài thời gian sống sót ở pH dưới 2,5 (Paton và Paton, 1998). Gần đây, Waterman và Small (1996) báo cáo tình trạng đột biến của gen này. Điều này góp phần giải thích những dòng STEC có khả năng gây cảm nhiễm khác nhau. Kiểu bám vào tế bào biểu mô ruột: STEC có khả năng sống sót trong điều kiện khắc nghiệt của dạ dày. Chúng phải thiết lập sự định cư này bằng cách bám vào các tế bào biểu mô ruột. STEC định cư được ở đoạn kết tràng (colon) và có lẽ cũng ở đoạn xa ruột non người; mặc dù hiện tượng này chưa được chứng minh trực tiếp. Ngay cả những dòng trong serotype O157:H7 vẫn có sự bám dính khác nhau, điều này phản ánh nhiều cơ chế bám khác nhau. Vai trò của plasmid 60 MDa (pO157) cho STEC bám dính: Hầu hết các dòng STEC đều chứa pO157 này. Nhiều nghiên cứu đã phát hiện sự hiện diện của plasmid liên quan đến yếu tố bám (fimbriae) và sự bám dính với tế bào Henle 407 nhưng không bám vào tế bào HEp-2. Theo Tzipori và ctv (1987), có hiện diện plasmid hay không có đều không ảnh hưởng đến khả năng định cư ở kết tràng của STEC và khả năng gây bệnh tích A/E trên heo con sinh ra bằng cách mổ lấy thai. 2.2.4. Khía cạnh lâm sàng Ngày nay, người ta công nhận rằng có sự phân bố rất rộng về bệnh ở người liên quan đến các vi khuẩn sản sinh độc tố Stx. Những bệnh liên quan tới STEC thường gắn liền với những ổ dịch nhỏ rải rác lẫn những ổ dịch lớn có nguồn gốc ngộ độc thực phẩm. Nhiều bệnh nhân nhiễm STEC với triệu chứng đầu tiên là tiêu chảy, một số trường hợp thì sau một hay hai ngày thì tiêu chảy lẫn máu và HC. Đau bụng dữ dội cũng thường xảy ra. Đối với những bệnh nhân nhiễm STEC gây tình trạng HUS thì dễ để lại di chứng do sự tổn thương cấp tính ở thận, sự thiếu máu do dung huyết và giảm tiểu cầu. Vài cá thể bị HUS thì có triệu chứng thần kinh như bơ phờ, nhức đầu dữ dội, co giật và đau não. Mặc dù HUS xảy ra trên tất cả các nhóm tuổi nhưng tỉ lệ mắc bệnh do STEC ở trẻ em và người già thường cao hơn, điều này có thể do sự đáp ứng miễn dịch kém ở hai lứa tuổi này. Sự cải thiện trong kiểm soát lâm sàng và kỹ thuật thẩm tách thận đã làm giảm tỉ lệ chết do HUS từ 50% xuống hơn 10% trong hai – ba thập niên vừa qua. Tuy nhiên, số lượng người sống sót (khoảng 30%) phải chịu đựng ốm yếu triền miên, bao gồm suy thận mãn tính, tăng huyết áp và suy yếu hệ thần kinh. Tiến trình bệnh do STEC gây ra có hay không có biến chứng tùy thuộc vào sự tác động qua lại giữa vi khuẩn và vật chủ. Trong một ổ dịch, tuổi của người bệnh ảnh hưởng đến tỉ lệ mắc cũng như tỉ lệ chết. Những nghiên cứu gần đây về các ổ dịch lớn gây ra bởi STEC thuộc serotype O157:H7 cho thấy khoảng 5 – 10% bệnh nhân tiêu chảy tiến triển để hình thành HUS do STEC (Paton và Paton, 1998). 2.2.5. Dịch tễ học Trong nhiều năm qua, người ta thừa nhận rằng những dòng STEC gây bệnh trên người thuộc các tuýp huyết thanh O:H phổ rộng. Karmali (1989) đã liệt kê 32 serogroup O (tương đương với 60 tuýp O:H khác nhau). Trên khắp thế giới, các dòng STEC thuộc serotype O157:H- là nguyên nhân chính gây bệnh cho người. Việc phân lập các serotype này thường dựa vào khả năng không lên men sorbitol nên đã góp phần đánh giá quá cao tỉ lệ mắc phải nhóm này so với các serotype khác. Khi một tuýp được phân lập là O157, có lẽ có khuynh hướng bỏ qua tầm quan trọng tiềm năng gây bệnh của các tuýp khác. Trong khi đó, các serotype STEC không thuộc O157:H7 cũng là nguyên nhân nổi bật gây bệnh cho người. Nguồn lây nhiễm: Nhiều cuộc điều tra dịch tễ đã chứng minh rằng các dòng STEC hiện diện trong đường ruột của nhiều loài vật nuôi như bò, cừu, heo, dê, chó, mèo (Beutin và ctv, 1995) và cả ngựa (Chalmer và ctv, 1997). Do đó, STEC tồn lưu trong gia súc chính là nguồn quan trọng gây bệnh cho người, và nguồn quan trọng nhất là từ trâu bò. STEC lây truyền qua người chủ yếu bằng con đường thực phẩm, nước và từ người qua người. Cụ thể, STEC có thể xâm nhập vào chuỗi sản xuất thực phẩm cho con người từ nguồn gốc vật nuôi, vấy nhiễm thông thường nhất cho thịt là phân hoặc các thành phần trong ruột sau khi hạ thịt (Paton và Paton, 1998). Truyền lây STEC giữa người và người xảy ra trong các đợt bộc phát bệnh. Thời gian bài thải O157 qua phân là 2 – 4 tuần, nhưng khoảng 13% bệnh nhân thải O157 hơn một tháng và triệu chứng bệnh không biểu hiện trong giai đoạn sau. Như vậy nguy cơ truyền lây giữa người – người là cao (Keene và ctv, 1994). 2.2.6. Chẩn đoán Có những khó khăn liên quan đến chẩn đoán cảm nhiễm do STEC. Trong giai đoạn đầu, STEC tồn tại nhiều trong phân; có nhiều trường hợp, STEC chiếm trên 90% quần thể vi sinh vật hiếu khí (Paton và ctv, 1996). Tuy nhiên, lúc bệnh thuyên giảm, số lượng này giảm nhanh cực kỳ. Đối với những bệnh nhân HUS, triệu chứng dạ dày ruột có thể chỉ xuất hiện một tuần hoặc nhiều tuần, và ở thời điểm này số lượng STEC hiện diện trong phân rất ít. Trong vài trường hợp, tiêu chảy không kéo dài và nếu lấy bệnh phẩm qua trực tràng thì số lượng sẽ hạn chế. Vì những lí do này, yêu cầu của phương pháp chẩn đoán thích hợp phải nhạy, nhanh và đòi hỏi khối lượng mẫu tối thiểu. Các qui trình chẩn đoán thường tập trung vào việc phát hiện Stx, đặc biệt là Stx trong phân. Do các qui trình khác nhau về tính phức tạp, thời gian, độ nhạy, tính chuyên biệt và giá thành, vì vậy phải có chiến lược chẩn đoán thích hợp tùy hoàn cảnh và nguồn mẫu (Paton và Paton, 1998). 2.2.7. Phòng ngừa E. coli gây bệnh theo phân ra ngoài và phát tán trong đất, nước, không khí. Ngoài ra, bệnh có thể lây truyền từ người sang người do tay bẩn, thực phẩm và nước uống bị nhiễm. Do đó, bệnh có thể gây thành dịch, đặc biệt ở nhà trẻ, khoa nhi của bệnh viện và người già. Vì vậy, phòng bệnh chủ yếu là tuân thủ nghiêm ngặt qui chế vệ sinh, chú ý xử lý phân và dụng cụ của bệnh nhân. Không nên ăn những loại thực phẩm không đảm bảo chất lượng, đặc biệt là sản phẩm từ thịt chưa nấu chín vì chúng có thể là nguồn truyền nhiễm STEC. Có thể xác định chỉ số E. coli trong nước để xem nước có nhiễm bẩn hay không. 2.3. Serotype O157:H7 Theo thống kê về tình hình các ổ dịch bệnh do nhiễm phải STEC thì hầu hết các trường hợp đều do serotype O157:H7 gây ra (Nataro và Kaper, 1998). Điều này cho thấy serotype này nguy hiểm hơn, dễ lây lan bệnh hơn so với các serotype khác. Lần đầu tiên, serotype O157:H7 được phân lập và định danh vào năm 1982. E. coli O157:H7 ngày càng có tác động lớn ở Mỹ và châu Âu. Hàng năm, ở Mỹ có trên 73000 ca ngộ độc thực phẩm do nhiễm phải O157:H7, trong đó có 61 trường hợp tử vong. Nguyên nhân do ăn phải thịt bò chưa nấu chín hay đã bị vấy nhiễm, do uống sữa tươi hay do truyền lây giữa người và người sau khi đi bơi trong các hồ đã bị nhiễm (USA Department of Agriculture’s Food safety and Inspection Service, 2004). Từ đó, người ta xem O157:H7 là nguyên nhân phổ biến nhất cho HC và HUS. Serotype này có một số đặc điểm khác biệt so với các serotype E. coli khác: - Nhạy cảm với nhiệt độ, không phát triển được ở nhiệt độ 44 – 44,50C (Jay, 2000). - Không có khả năng lên men D-sorbitol trong 24 giờ. Trong khi đó có đến 75 – 94% những dòng E. coli khác lại lên men sorbitol. Do đó, người ta thay thế môi trường MacConkey có lactose bằng SMAC chọn lọc chứa 1% sorbitol để phân lập (Smith và Scotland, 1993). - Không biểu hiện hoạt tính (-D-glucuronidase (GUD): Điểm khác biệt về sinh hóa của dòng O157:H7 là không cho GUD dương tính, trong khi đó khoảng 90 – 95% chủng E. coli cho GUD dương tính. Và người ta dựa vào đặc tính này để phân biệt O157:H7 với các dòng E. coli khác (Monday và ctv, 2001). GUD là enzyme xúc tác sự thủy phân (-D-glucuronide thành rượu và glucuronate. Mặc dù không biểu hiện GUD nhưng các serotype O157:H7 vẫn mang đoạn gen uid hoàn chỉnh (gồm cả vùng điều hòa) trên nhiễm sắc thể. Kiểu hình đặc trưng này là do đã xảy ra các đột biến trên gen uid. Hầu hết các đột biến trên uid ở O157:H7 là đột biến thoái hóa, ví dụ như đột biến điểm thay thế T bằng G ở vị trí 92 so với E. coli thuộc chủng hoang dại (wild-type) (Feng và Lampel, 1994) hay đột biến do sự chèn thêm hai base G-G ở vị trí +686 trên uid ở serotype O157:H7 (Monday và ctv, 2001). Tóm lại, những đột biến này có thể ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của GUD, O157:H7 vẫn sản sinh GUD nhưng GUD bị bất hoạt, không thực hiện chức năng thủy phân của nó được. Và điều này vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn. - Kháng kháng sinh: cefixime, sulfivoxazol, tetracycline, streptomycine và các tác nhân ức chế khác như potassium tellurite (ức chế các VSV thông thường) (Kim và ctv, 1994). - Tính kháng acid (acid resistance - AR) đóng vai trò quan trọng cho khả năng sống sót của vi khuẩn trong môi trường acid. E. coli O157:H7 có khả năng sống sót trong môi trường acid từ pH = 2 đến pH = 7. Chẳng hạn, O157:H7 sống đến 56 ngày ở pH >= 4 trong môi trường TBS (Tryptic Soybean Broth), ngoài ra