اشریشیا کلی

تاریخچه

اشتقاق (واگرایی) جنس‌های اشریشیا و سالمونلا در حدود ۱۰۲ میلیون سال پیش (بین ۵۷ تا ۱۷۶ میلیون سال پیش) همزمان با اشتقاق و تکامل میزبان‌هایشان اتفاق افتاده‌است: اشریشیا بطور عمده در پستانداران یافت می‌شود و سالمونلا در پرندگان و خزندگان یافت می‌شود. پس از آن، اشتقاق اشریشیا به ۵ گونه E. albertii، E. coli، E. fergusonii، E. hermannii و E. vulneris رخ داده‌است. آخرین نیای اشریشیا کلی، ۲۰ تا ۳۰ میلیون سال پیش اشتقاق یافته‌است.
در سال ۱۸۸۵، اولین بار تئودور اشریخ (به انگلیسی: Theodor Escherich)، این باکتری را در مدفوع افراد سالم پیدا کرد و آن را Bacterium coli commune نامید. سپس در سال ۱۸۹۵ توسط میگولا (به انگلیسی: Migula)، باسیلوس کلی (به لاتین: Bacillus coli) نامیده شد و بعدها در جنس اشریشیا (به افتخار کاشف آن) دوباره طبقه‌بندی شد.
اشریشیا متعلق به گروهی از باکتری‌ها به نام کلی فرم‌ها (به انگلیسی: coliforms) است. آن‌ها عضوی از خانواده انتروباکتریاسه هستند.

زیست‌شناسی و بیوشیمی

E.coli، باسیل گرم منفی، متحرک ،هوازی بی‌هوازی اختیاری و بدون اسپور است. این باکتری در شرایط بی‌هوازی، مخلوطی از اسیدها مانند لاکتات، سوکسینات، اتانول، استات و دی اکسید کربن را تولید می‌کند. رشد بهینه باکتری در دمای ۳۷ درجه سانتی‌گراد است اما تا دمای ۴۹ درجه را نیز تحمل کرده و به رشد خود ادامه می‌دهند. E.coli، هم در شرایط هوازی و هم بی‌هوازی می‌تواند رشد کند. سویه‌ها داریا تاژک هستند و به خاطر همین، متحرک هستند. تاژه‌ها متعدد و از نوع پیرامونی (به انگلیسی: peritrichous)هستند. E.coli و باکتری‌های مشابه آن، با استفاده از مکانیسم‌هایی مانند ترانسفورماسیون، هم یوغی (کانژوگاسیون) و ترانسداکسیون، ماده ژنتیکی خود را از راه انتقال افقی ژن‌ها به سایر باکتری‌های مشابه خود منتقل می‌کنند. به عنوان مثال، انتقال ژن توکسین شیگا از شیگلا به اشریشیا کلی او۱۵۷:اچ۷ از طریق فاژ (ترانسداکسیون) اتفاق افتاده‌است.

تشخیص آزمایشگاهی

اشریشیا کلی بر روی محیط آگار مک کانکی(به انگلیسی: MacConkey agar)، کلنی‌های ارغوانی ایجاد می‌کند زیرا باکتری از نوع لاکتوز مثبت است و قند را تخمیر کرده و اسید تولید می‌کند. اسید موجب کاهش pH در محیط آگار مک کانکی شده و در نتیجه رنگ ارغوانی ایجاد می‌شود. همین اتفاق نیز در محیط EMB (Eosin Methylene Blue)رخ داده و کلنی‌های ارغوانی تیره با جلای سبز فلزی ایجاد می‌کند. باکتری در محیط TSI به صورت اسید/اسید و با تولید گاز و H2S منفی است. از نظر تست IMViC به صورت اندول مثبت، MR مثبت، VP منفی و سیترات منفی است. برای بررسی وجود توکسین می‌توان از کشت سلولی یا PCR (واکنش زنجیره‌ای پلیمراز) استفاده کرد.

تنوع

E.coli، یکی از متنوع‌ترین گونه‌های باکتریایی است بطوریکه ۲۰ درصد از ژنوم آن بین سویه‌های مختلف، مشترک است. از دیدگاه تکاملی، حتی می‌توان شیگلا را نوعی E.coli به حساب آورد. اغلب تیپ‌های این باکتری در روده بیماری‌زا نیستند ولی برخی از تیپ‌های آن (پاتوتیپ یا ویروتیپ)، توانایی ایجاد بیماری را دارند. اشریشیا کلی انتروتوکسیژنیک (به انگلیسی: Enterotoxigenic E. coli، به طور مخفف ETEC) با تولید سم‌های LT یا ST موجب مسمومیت غذایی در مسافران (اسهال مسافران) می‌شود. اشریشیا کلی انتروپاتوژن (به انگلیسی: Enteropathogenic E. coli، به طور مخفف EPEC) با آسیب مستقیم به بافت روده موجب اسهال در کودکان می‌شود. اشریشیا کلی انتروهموراژیک (به انگلیسی: Enterohemorrhagic E. coli، به طور مخفف EHEC) با ترشح توکسین شیگا (stx toxin) موجب اسهال خونی می‌شود. اشریشیا انترواینویزیو (به انگلیسی: Enteroinvasive E. coli، به طور مخفف EIEC) همانند شیگلا بطور مستقیم با تهاجم بافتی به سلول‌های روده آسیب می‌رساند. اشریشیا اوروپاتوژنیک (به انگلیسی: Uropathogenic E. coli، به طور مخفف UPEC) در عفونت مجرای ادراری بویژه سیستیت نقش دارد.

سروتیپ‌ها

سروتیپ بندی سویه‌های اشریشیا کلی بر اساس آنتی‌ژن‌های O(سوماتیک)، H(فلاژل) و K(کپسولی) انجام می‌گیرد بطور مثال E.coli O157:H7 که یکی از سروتیپ‌های مهم از EHEC است. آنتی ژن O، قسمتی از لیپو پلی ساکارید (به انگلیسی: lipopolysaccharide، به طور مخفف LPS) است. در واقع، قسمت‌های قندی تکراری (از ۱ تا ۴۰ تکرار) و ایمونولوژیک است که در سطح LPS قرار می‌گیرد. آنتی ژن K همان کپسول است که باکتری را دربرگرفته‌است. آنتی ژن H همان فلاژل باکتری است که از جنس پروتئین است. تعداد سروتیپ‌های آنتی ژن O، از O۱ تا O۱۸۱ می‌باشد. تعداد سروتیپ‌های آنتی ژن H از H۱ تا H56 است. برخی از این سروتیپ‌ها خاص بعضی از پاتوتیپ‌ها (تیپ‌های بیماری‌زا) هستند به عنوان مثال، O157:H7، نوعی EHEC است که با تولید توکسین شیگا موجب اسهال خونی می‌شود.

سطح ضدباکتریایی آلیاژهای مس

با آزمایش‌های بسیار، نشان داده شده است که سطح مس و آلیاژهای آن، باکتری اشریشیا کلی را در کمتر از ۲ ساعت از زمان آلودگی نابود می‌کند. این نتایج، نویدبخش غلبه بر عفونت‌های بیمارستانی است. استفاده از مس در قسمت‌های فلزی تخت و میز بیمار، شیرآلات و دستگیره درها، سینی، سینک و غیرو، به ویژه در بخش مراقبت‌های ویژه بیمارستان‌ها، سبب کاهش انتقال باکتری به دیگر افراد خواهد شد.

کاربردها

اشریشیا کلی نخستین جانداری بود که با روش‌های مهندسی ژنتیک مورد دست ورزی ژن قرار گرفت. از E.coli برای کلونینگ (به انگلیسی: Clonning) و بیان بسیاری از ژن‌ها و تولید محصولات نوترکیب استفاده شده‌است به عنوان مثال، با استفاده از مهندسی ژنتیک، دانشمندان توانسته‌اند از اشریشیا کلی، انسولین تولید کنند. از E.coliهای تغییر بافته برای تولید واکسن و زیست پالایی نیز استفاده شده‌است.
از اشریشیا کلی به عنوان یک ارگانیسم مدل در پژوهش‌های ژنتیکی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، اولین بار پدیده هم یوغی (کانژوگاسیون) در آن دیده شد و هنوز هم در تحقیقات از آن استفاده می‌شود.
برای بررسی اثرات فاژ بر باکتری‌ها، اولین بار از E.coli استفاده شد.
ازٍ اشریشیا کلی سویه Nissle 1917 به عنوان پروبیوتیک در پزشکی برای درمان بیماری‌های روده‌ای بویژه بیماری‌های التهابی روده(به انگلیسی: Inflammatory bowel disease) استفاده شده‌است.