Mechanizmy działania głównych patogenów pokarmowych

Każdy z głównych patogenów pokarmowych rozwinął unikalne mechanizmy chorobotwórcze, które determinują przebieg kliniczny zatrucia. Zrozumienie tych szczegółowych procesów patogenetycznych jest kluczowe dla prawidłowej diagnostyki, leczenia i prognozowania przebiegu choroby¹.

Mechanizmy działania Salmonella

Salmonella enterica jest wszechstronnym patogenem wykorzystującym różnorodne mechanizmy wirulencji do inwazji komórek jelitowych i wprowadzania w błąd komórek układu immunologicznego. Bakterie te preferują replikację wewnątrzkomórkową i po spożyciu inwadują komórki nabłonkowe jelita oraz pobliskie fagocytarne komórki immunologiczne¹.

Salmonella wykorzystuje dynamiczne techniki osłabiania i wprowadzania w błąd komórek gospodarza, w tym zdolność do indukowania fagocytozy w niektórych białych krwinkach, co pozwala organizmowi na skuteczniejsze wnikanie do komórek. Bakterie te osłabiają również nonfagocytarne komórki immunologiczne poprzez indukowanie produkcji reaktywnych form tlenu (ROS) z neutrofili człowieka².

Po dostaniu się do komórki gospodarza Salmonella szybko się dzieli i może zamykać się w wakuolach związanych z błoną lub, jak ostatnio odkryto, replikować w cytozolu komórek. Preferencja Salmonelli do replikacji w wakuolach w porównaniu z cytozolą prawdopodobnie zależy od ruchliwości wiciowej. System immunologiczny człowieka jest wyposażony do walki z inwazyjnymi i unikającymi manewrami Salmonelli poprzez komórki układu odporności adaptacyjnej².

Patogeneza zakażeń E. coli

Escherichia coli obejmuje różne patotypy, z których każdy wykorzystuje odmienne mechanizmy chorobotwórcze. Enteropatogenna E. coli (EPEC) nie produkuje toksyn jak ETEC, ale niektóre szczepy EPEC inwadują komórki tkankowe i produkują toksynę Shiga. Patogeneza EPEC obejmuje trzy etapy: pierwszy to przyczepianie się EPEC do komórki gospodarza za pomocą fimbrii, drugi obejmuje transdukcję sygnału, gdzie komórka przyczenia się i tworzy zmiany niszczące mikrokosmki oraz tworzy struktury przypominające kubek z białek cytoszkieletu³.

Enterokrwotoczna E. coli (EHEC) powoduje krwawą biegunkę i jest głównym patogenem odpowiedzialnym za wybuchy krwotocznego zapalenia okrężnicy. EHEC również produkuje toksynę Shiga, która niszczy komórki Vero, dlatego jest również znana jako E. coli produkująca werotoksynę (VTEC). Pierwszy etap patogenezy EHEC to kolonizacja komórek jelitowych, a jej przyczepianie i zacieranie jest podobne do EPEC³.

Po skolonizowaniu EHEC wytwarza toksyny, które pośredniczą w przyczepianiu się do komórek kosmków jelitowych i ich zacieraniu. EHEC początkowo wydziela nitkowatą, podobną do igły rurę, która przebija błonę kosmkową, a następnie eksportuje drugie białko wydzielnicze przez tę rurę, tworząc por. EHEC następnie wysyła trzecie białko, które osadza się w tym porze, stając się nowym receptorem, przez który EHEC przejmuje kontrolę nad komórką nabłonkową kosmka⁴.

Mechanizmy wirulencji Campylobacter jejuni

Campylobacter jejuni może kolonizować jelita zarówno ssaków, jak i ptaków, a transmisja do ludzi następuje poprzez skażone produkty spożywcze. Organizm ten może inwadować warstwę nabłonkową poprzez najpierw przyczepianie się do komórek nabłonkowych, a następnie penetrowanie przez nie. Biegunka wynika z uszkodzenia komórek nabłonkowych⁵.

C. jejuni następnie kolonizuje okrężnicę i dystalny odcinek jelita krętego oraz uwalnia termolabilną, cytoletalno-rozciągającą toksynę (CDT), która: 1) atakuje DNA komórek śródbłonka jelitowego, 2) rekrutuje kinazy białkowe do blokowania komórek przed wejściem w mitozę oraz 3) indukuje miejscową reakcję zapalną, lizę komórkową i wodnistą lub krwawą biegunkę z leukocytami kałowymi⁶.

Działanie toksyn Clostridium

Clostridium botulinum produkuje neurotoksyny botulinowe, najbardziej śmiertelną truciznę znaną człowiekowi. Istnieje siedem typów neurotoksyny botulinowej, od A do G, opartych na specyficzności antygenowej toksyny produkowanej przez każdy szczep. Objawy spożycia neurotoksyny botulinowej pojawiają się 12-36 godzin po spożyciu skażonego pokarmu i początkowo mogą obejmować nudności i wymioty⁵.

Objawy te są jednak następnie zastępowane przez bardziej charakterystyczne oznaki neurologiczne, w tym zaburzenia wzroku i ostry wiotki paraliż, który zaczyna się od mięśni twarzy, głowy i gardła, zstępując do zajęcia mięśni klatki piersiowej i kończyn, prowadząc do możliwej śmierci z niewydolności oddechowej spowodowanej paraliżem górnych dróg oddechowych lub przepony⁷.

Patogeneza zatruć Bacillus cereus

Bacillus cereus może powodować dwa rodzaje zespołów chorobowych poprzez produkcję różnych toksyn. Zespół emetyczny (wymiotny) jest spowodowany przez toksynę emetyczną produkowaną przez bakterie podczas fazy wzrostu w pokarmie. Zespół biegunkowy jest spowodowany przez toksyny biegunkowe produkowane podczas wzrostu bakterii w jelicie cienkim⁸.

Zespół biegunkowy typu zatrucia pokarmowego wynika z działania termolabilnego kompleksu enterotoksycznego, podczas gdy zespół emetyczny obejmuje działanie termostabilnej toksyny. Toksyna wywołująca wymioty, zwana cereulidem, wiąże się z receptorami serotoniny w żołądku i jelicie cienkim oraz stymuluje nerw błędny, który kontroluje ruch mięśni w jelicie⁹.

Mechanizmy działania Staphylococcus aureus

Staphylococcus aureus powoduje chorobę wywołaną toksyną, która bardzo przypomina chorobę emetyczną wywoływaną przez B. cereus. S. aureus produkuje szereg enterotoksyn, które powodują przekrwienie i stan zapalny błony śluzowej żołądka oraz stymulują receptory nabłonka żołądkowego do wywoływania wymiotów¹⁰.

Spożycie pokarmu zawierającego gotowe enterotoksyny Staphylococcus powoduje gronkowcowe zatrucie pokarmowe. Istnieje pięć serologicznie odrębnych enterotoksyn (A, B, C, D i E), przy czym enterotoksyna A jest najczęstszą przyczyną wybuchów zatruć pokarmowych. Objawy gronkowcowego zatrucia pokarmowego pojawiają się szybko (30 minut – 8 godzin) i obejmują nudności, gwałtowne wymioty, skurcze brzucha, z biegunku lub bez niej¹¹.

Specjalne mechanizmy patogenezy

Vibrio parahaemolyticus wykorzystuje unikalne mechanizmy wykrywania środowiska jelitowego. Badania wykazały, że dwa białka wytwarzane przez Vibrio parahaemolyticus współpracują ze sobą w wykrywaniu i wychwytywaniu soli żółciowych w jelitach ludzi spożywających surowe lub niedogotowane owoce morza zawierające bakterie. Kiedy ludzie jedzą surowe lub niedogotowane skorupiaki skażone Vibrio parahaemolyticus, bakterie używają tych samych soli żółciowych jako sygnału do uwalniania toksyn¹².

Białka te tworzą strukturę przypominającą beczkę, która wiąże sole żółciowe i odbiera sygnał do poinformowania komórki bakteryjnej o rozpoczęciu produkcji toksyn. Następnie, w dokładnym miejscu, gdzie potrzebny jest T3SS2, V. parahaemolyticus transkrybuje ten DNA na RNA, tłumaczy RNA na białko i montuje komponenty T3SS2 przez błonę w procesie znanym jako transercja¹³.