Ce este Shigella?

Descoperită pentru prima dată în 1896 de Kiyoshi Shiga, un microbiolog japonez, Shigella este un gen format din bacterii Gram-negative care provoacă diaree bacteriană la om și la unele primate.

Se sugerează că membrii acestui grup au evoluat între 35.000 și aproximativ 170.000 de ani în urmă, ceea ce îi face să fie unii dintre cei mai vechi agenți patogeni umani. Aceștia pot fi găsiți pe tot globul și sunt responsabili pentru între 5 și 15 la sută din toate cazurile de diaree (aproximativ 165 de milioane de cazuri de dizenterie).

Toți membrii acestui grup au formă de tijă și sunt nemottili. Deși sunt, de asemenea, necapsulate, s-a demonstrat că speciile Shigella sunt capabile să supraviețuiască în condiții dure, cum ar fi înghețul și niveluri relativ ridicate ale pH-ului. Cu toate acestea, ele pot fi distruse cu ușurință prin tratamente termice.

Genul Shigella este alcătuit din patru grupe serologice care includ:

• Shigella dysenteriae (grupa A și constă din 15 serotipuri)
• Shigella flexneri (grupa B și constă din 6 serotipuri)
• Shigella boydii (grupa C și constă din 18 serotipuri)
• Shigella sonnei (grupa D și constă din 1 serotip)

Clasificare

– Regn: Bacteria – Procariote unicelulare

– Filum: Proteobacteria – Bacterii gram-negative, majoritatea de natură patogenă. Unele dintre specii fac parte din microbiota umană normală, în timp ce altele sunt de viață liberă.

– Clasa: Bacteriile: Gammaproteobacterii – Bacterii Gram-negative, dintre care majoritatea au formă de tijă. În timp ce un număr bun de specii din această grupă sunt patogene, altele, cum ar fi bacteriile sulfuroase purpurii, folosesc energia luminoasă pentru a produce molecule organice.

– Ordin: Bacterii de tip „B”: Enterobacterales – Membrii acestui grup sunt bacterii Gram-negative în formă de tijă. De asemenea, acestea nu formează spori și există ca anaerobi facultativi.

– Familia: Enterobacteriaceae – Bacterii Gram-negative în formă de bastonaș care nu sunt mobile și nu formează spori. Sunt, de asemenea, bacterii anaerobe facultative, majoritatea speciilor fiind patogene.

– Gen: Shigella

Caracteristicile genului Shigella sunt descrise mai jos:

Caracteristicile Shigella

Speciile Shigella sunt organisme unicelulare mici, cu morfologie în formă de tijă. În funcție de specie, acestea pot avea o lungime cuprinsă între 1 și 6um și un diametru cuprins între 0,3 și 1um. Shigella dysenteriae, de exemplu, poate avea o lungime cuprinsă între 2 și 4um și un diametru cuprins între 0,4 și 0,6um.

Ca multe alte bacterii Gram-negative, speciile Shigella au o membrană internă și externă cu un singur strat de peptidoglican care le separă pe cele două. În timp ce cele două membrane sunt alcătuite dintr-un bistrat lipidic, membrana externă tinde să fie asimetrică și este caracterizată de molecule de lipopolizaharidă (LPS) și alte proteine.

Membrana internă, pe de altă parte, este compusă în principal din fosfolipide, ca multe alte membrane celulare.

* Speciile Shigella au antigenul O în lipopolizaharidele lor. Aceasta este o componentă importantă a LPS care servește ca bază pentru subdivizarea serotipurilor Shigella. Antigenul O este format din unități O (unități repetate de oligozaharide) care, la rândul lor, conțin între două (2) și opt (8) reziduuri de zaharuri cu gamă largă

Ca și în cazul multor alte bacterii Gram-negative, speciile Shigella au, de asemenea, un perete celular subțire care constă într-un singur strat de peptidoglican. Acest strat este format din N-acetilglucozamină și acid N-acetilmuramic. Din cauza grosimii stratului de peptidoglican (care este subțire), celulele Shigella nu pot reține colorația primară în timpul colorației Gram.

* Speciile Shigella sunt necapsulate și, prin urmare, nu au stratul de polizaharide care înconjoară învelișul celular la unele bacterii.

Ca procariote, Shigella are o structură foarte simplă în comparație cu celulele eucariote – Nu au organite legate de membrană. Cu toate acestea, ele au o serie de organite importante, inclusiv ribozomul și materialul genetic sub forma unui singur cromozom circular, precum și a unui plasmid.

Caracteristicile celor patru grupe serologice

După cum s-a menționat, genul Shigella este împărțit în patru grupe serologice majore.

În calitate de membri ai genului Shigella, cele patru grupe au o serie de asemănări, inclusiv faptul că toate sunt Gram-negative și sunt nemottile etc. Cu toate acestea, ele au, de asemenea, o serie de diferențe care fac posibilă distingerea lor unele de altele.

Bazându-se pe fiziologie, studiile au arătat că serogrupurile A, B și C sunt foarte asemănătoare. Din acest motiv, reacțiile pozitive la β-D-galactosidază și ornitin decarboxilază sunt folosite pentru a diferenția S. sonnei (serogrupul D) de celelalte grupuri.

Majoritatea serotipurilor din grupele B, C și D pot fi identificate prin capacitatea lor de a fermenta manitolul. Prin urmare, acest test poate fi utilizat pentru a diferenția Shigella flexneri, Shigella boydii și Shigella Sonnei de Shigella dysenteriae.

Câteva dintre celelalte caracteristici utilizate pentru a face diferența între cele patru serogrupuri includ:

– Cu excepția serogrupului D (Shigella sonnei), toate celelalte serogrupuri sunt Ornitin decarboxilază (ODC) negative

– Toate serogrupurile (cu excepția Shigella sonnei) nu fermentează lactoza și zaharoza

– Fermentează glucoza fără a produce gaze

Identificarea speciilor de Shigella: Test de aglutinare

Pe lângă unele dintre caracteristicile descrise mai sus, speciile de Shigella pot fi identificate cu ajutorul antiserului Shigella polivalent. În esență, acest test presupune amestecarea bacteriei cu un antiser care conține anticorpi specifici Shigella.

În acest caz, bacteriile se vor aglutina în prezența antiserului omolog, ceea ce permite identificarea speciei.

Cele ce urmează sunt câteva dintre etapele implicate în această procedură:

– Folosind un picurător, plasați două picături separate de soluție salină pe o lamă de sticlă curată – Asigurați-vă că există o anumită distanță între cele două picături

– Folosind o buclă de sârmă sterilă, obțineți și emulsionați o colonie de bacterii din cultură cu cele două picături de soluție salină pentru a obține o suspensie omogenă – Acest lucru presupune pur și simplu amestecarea coloniei de bacterii cu cele două soluții saline (independent una de cealaltă) pentru a obține o suspensie omogenă

– La una dintre suspensii (folosită ca martor) adăugați o picătură de soluție salină și amestecați

– La a doua suspensie, se adaugă o picătură de antiser și se amestecă

– Timp de aproximativ un minut, se balansează ușor lamelele înainte și înapoi și se verifică dacă are loc aglutinarea

* Dacă are loc aglutinarea în cea de-a doua suspensie (cea la care s-a adăugat antiserul), atunci este posibilă identificarea speciei în funcție de antiserul utilizat.

Unde se găsește Shigella?

Speciile Shigella nu se găsesc în mod obișnuit trăind liber în mediul înconjurător. Cu toate acestea, ele sunt paraziți intracelulari facultativi și, prin urmare, pot supraviețui în afara corpului gazdei. Odată ce sunt eliberate în mediul înconjurător (împreună cu materiile fecale), speciile Shigella pot supraviețui fără gazdă timp de aproximativ 50 de zile.

Pe lângă materiile fecale și apele reziduale, ele pot fi găsite și în sursele de apă și în materialele alimentare contaminate. Din acest motiv, o persoană poate fi infectată dacă ingerează material alimentar contaminat sau bea apă contaminată.

Conform studiilor, alimentele care necesită multă manipulare în timpul preparării sunt cele care sunt mai susceptibile de a fi contaminate. Printre acestea se numără cartofii, laptele și brânza, puiul, peștele și salatele, printre altele. Deși atât apa contaminată, cât și alimentele contaminate pot fi sursa infecțiilor, infecțiile cu Shigella de origine alimentară sunt mai frecvente, conform datelor din domeniul sănătății publice.

În ceea ce privește distribuția, speciile Shigella pot fi găsite pe tot globul. Unele specii sunt mai abundente în anumite regiuni decât altele. De exemplu, Shigella dysenteriae (serogrupul A), care constă în 15 serotipuri, se găsește frecvent în părți din Africa, America Centrală, precum și în subcontinentul indian.

În aceste regiuni, bacteria Shigella dysenteriae de tip 1 a fost asociată cu epidemii mortale dacă nu este controlată. Serogrupa B (Shigella flexneri), de asemenea, este frecvent întâlnită în majoritatea națiunilor în curs de dezvoltare. Cu toate acestea, în aceste regiuni, specia provoacă dizenterie mai puțin severă în comparație cu Shigella dysenteriae.

În comparație cu serogrupul A, serogrupul C (Shigella boydii) este frecvent întâlnit în subcontinentul indian și rareori în națiunile industrializate. În cele din urmă, serotipul D este comun în majoritatea națiunilor dezvoltate, dar infecțiile sunt în general ușoare.

* Muștele joacă, de asemenea, un rol important în transmiterea bacteriei din materiile fecale în materialul alimentar sau în apa potabilă.

Infecția

Infecția cu Shigella este cunoscută sub numele de shigeloză și este frecventă în întreaga lume. În țările din lumea a treia, aceste infecții au fost asociate cu o rată de mortalitate relativ ridicată în comparație cu focarele din țările dezvoltate, în special în rândul copiilor.

După cum s-a menționat, speciile de Shigella pot supraviețui în mediu pentru o anumită perioadă de timp. O infecție, prin urmare, apare atunci când un individ ingerează alimente contaminate (în special legume crude sau proaspete, carne de pui și produse de panificație etc.) sau bea apă contaminată.

O infecție poate rezulta din degetele murdare ale unui individ (de exemplu, pacient sau copil, etc.) sau în urma transferului de către muștele care s-au înmulțit pe fecale contaminate. Din acest motiv, este important să gătiți bine alimentele, să vă spălați mâinile cu apă și săpun și să curățați corespunzător fructele și legumele pentru a controla răspândirea acestei infecții.

În afară de calea de transmitere fecal-orală, studiile au arătat că infecțiile apar prin contact oral-anal.

* Aceste infecții au fost observate și în rândul gorilelor, precum și al unor maimuțe. Cu toate acestea, s-a demonstrat că acest lucru s-a întâmplat doar în zonele în care aceste primate se află în imediata apropiere a oamenilor și nu în sălbăticie.

În urma ingestiei, Shigella este, în cea mai mare parte, capabilă să supraviețuiască condițiilor acide ale stomacului, ceea ce reprezintă una dintre principalele adaptări ale bacteriei. Pentru a stabili o infecție productivă sau de succes, bacteria trebuie să invadeze celulele epiteliale colonice și apoi să se răspândească la alte celule.

Înainte de a invada efectiv celulele epiteliale care căptușesc intestinul gros, bacteriile Shigella sunt mai întâi preluate de celulele epiteliale specializate ale intestinului subțire, cunoscute sub numele de celule Microfold (celule M).

Localizate în țesutul limfoid asociat intestinului din plasturii Peyer din intestinul subțire, celulele M joacă un rol important în preluarea antigenelor microbiene din intestin și ducerea lor la țesutul limfoid asociat intestinului (GALT) și apoi declanșarea unui răspuns imunitar.

În țesutul limfoid asociat intestinului, aceste bacterii sunt înghițite de macrofage. În macrofage, bacteria întrerupe vacuola fagosomului în care este conținută și se deplasează în citosol, unde proliferează și, în consecință, provoacă moartea acestor celule (macrofage).

Incă înainte ca Shigella să fie eliberată din macrofagele muribunde, studiile au arătat că celulele Shigella încep să elibereze efectorii T3SS care sunt implicați în invazia celulară. Cu toate acestea, înainte de a invada celulele epiteliale ale intestinului gros, ele aderă mai întâi la aceste celule (la suprafața bazolaterală a celulelor epiteliale) cu ajutorul IcsA (proteine de suprafață Shigella) care acționează ca o adezină.

După atașarea acestor celule la celulele gazdă, ele își activează propria internalizare în celule prin producerea sistemului de secreție de tip III (T3SS).

În celulele gazdă (celulele epiteliale ale intestinului gros), Shigella continuă să se înmulțească și să crească în număr. În acest proces, ele provoacă leziuni ale ADN-ului, precum și leziuni mitocondriale care declanșează necroza și moartea asociată cu apoptoza.

Pentru a se răspândi din partea bazolaterală a celulei în submucoasa colonului, Shigella se deplasează de la o celulă la alta printr-un proces cunoscut sub numele de Paracitofagie. Aceasta este o motilitate bazată pe actină care implică utilizarea mașinăriei de actină a celulei gazdă pentru ca parazitul să se deplaseze de la o celulă la alta.

Aici, proteinele de suprafață ale Shigella (IcsA) interacționează mai întâi cu proteina neuronală a sindromului Wiskott – Aldrich și o activează. La rândul său, proteina neuronală a sindromului Wiskott – Aldrich recrutează un complex proteic cu șapte subunități cunoscut sub numele de Arp2/3, care este implicat în polimerizarea actinei.

Actina produsă aici favorizează motilitatea Shigella de la o celulă la alta prin formarea de proeminențe în membrana celulelor gazdă.

* În comparație cu unii dintre ceilalți agenți patogeni care provoacă diaree la om, Shigella este foarte contagioasă și sunt necesare doar câteva celule individuale (aproximativ 200) pentru a provoca o infecție reușită.

Toxina Shigella

În plus față de invadarea celulelor și afectarea diferitelor procese celulare, bacteria Shigella produce toxine care au impact asupra funcțiilor celulare. Lipopolizaharidul de Shigella (situat pe membrana externă), constă din lipidul A și s-a demonstrat că prezintă activități endotoxice.

S-a demonstrat că această toxină stabilă la căldură provoacă febră în urma unei infecții reușite cu această bacterie. În general, endotoxina nu este foarte specifică și are un grad relativ scăzut de potență. Indiferent de aceasta, provoacă febră, care este unul dintre simptomele infecției.

În afară de endotoxină, Shigella produce, de asemenea, o exotoxină cunoscută sub numele de toxina Shiga. Una dintre cele mai frecvente toxine Shiga este toxina Shiga (Stx) produsă de Shigella dysenteriae 1. Cu toate acestea, s-a demonstrat că și unele dintre celelalte specii de Shigella produc aceste toxine.

De exemplu, Shigella flexneri produce Stx 1. În comparație cu endotoxina, exotoxina este extrem de puternică și inhibă sinteza proteinelor de către celulele infectate. În plus, este alcătuit din subunități enzimatice și de legare care îi sporesc funcțiile.

În timp ce componenta de legare a toxinei îi permite acesteia să se lege de celulele țintă, componentele enzimatice contribuie la intrarea acesteia în celulă.

La indivizii infectați, toxina Shiga are următoarele efecte:

Efectul enterotoxinei – Ca enterotoxină, toxina Shiga blochează absorbția diferitelor substanțe (glucoză, aminoacizi și electroliți etc.) de către celulele epiteliale din lumenul intestinului. Realizează acest lucru prin aderarea la receptorii intestinali, împiedicând astfel absorbția – În acest proces, acest lucru duce și la acumularea de lichide, deoarece absorbția este inhibată.

Efecte citotoxice – În intestinul gros, subunitatea de legare a toxinei (subunitățile B) se leagă de glicolipidul situat în celula gazdă. Aceasta este urmată de intrarea subunității enzimatice care inactivează subunitatea 60S a ribozomului, afectând astfel sinteza proteinelor. Prin inhibarea sintezei proteinelor, toxina determină moartea celulelor.

Efect neurotoxic – Efectele neurotoxice ale toxinei Shiga implică blocarea impulsurilor nervoase. În consecință, acest lucru contribuie la paralizie. Unele dintre semnele de neurotoxicitate includ febra și crampele abdominale.

* Bacteria Shigella este eliberată în mediul înconjurător în timpul defecației, iar ciclul continuă atunci când materia fecală contaminează apa potabilă sau materialul alimentar.

Simptome

De obicei, pacienții încep să prezinte simptome de shigeloză la 3 zile după contactul inițial cu agentul patogen. Cu toate acestea, în unele cazuri, acest lucru poate apărea la o săptămână după contact.

Unul dintre cele mai frecvente simptome ale shigelozei este diareea apoasă, care poate fi asociată cu vărsături și deshidratare moderată. După cum s-a menționat, unul dintre efectele toxinei Shigella este acela că împiedică absorbția diferitelor substanțe, ceea ce, la rândul său, duce la acumularea de lichide.

În acest proces, acest lucru contribuie la diareea apoasă. În afară de diareea apoasă, dizenteria este cealaltă prezentare clinică a acestei infecții. Aceasta poate fi, de asemenea, caracterizată de un scaun mucoid și ușor sângeros.

Câteva dintre celelalte simptome ale shigelozei pot include:

• Crampingi abdominale
• Nausee
• Febră
• Sensibilitate stomacală

Colorația Gram

Cerințe

• Eșantion – Probele care pot fi folosite includ mucusul din scaun, scaun sau o probă de colonie din cultură
• Reactivi pentru colorația Gram
• Regazieră de păstrare
• Lapace de sticlă
• Apă
• Căldura
• Arzător Bunsen
• Bucle de sârmă

Procedura

– Utilizarea unei bucle de sârmă sterile, obțineți o cantitate mică de probă și creați un frotiu subțire pe o lamă de sticlă curată – Este întotdeauna important să vă asigurați că atât lamelele cât și bucla de sârmă sunt sterile pentru a preveni contaminarea.

– Treceți cu grijă lama peste flacăra arzătorului Bunsen pentru a o încălzi fix – Lama poate fi trecută peste flacără de aproximativ 3 ori, evitând în același timp supraîncălzirea.

– Lăsați lamelele să se usuce la aer și apoi inundați-le cu cristal violet timp de aproximativ 1 minut.

– Spălați ușor lamelele cu un jet de apă curgătoare (aproximativ 2 secunde).

– Inundați lamelele cu iod Gram (mordant) și lăsați-le să stea timp de aproximativ 1 minut.

– Din nou, spălați ușor lamelele cu un jet de apă curgătoare (aproximativ 2 secunde).

– Adăugați câteva picături (picătură cu picătură) de agent decolorant (alcool etilic 95% sau acetonă) până când acesta devine limpede.

– Inundați lamelele cu contracolorantul/colorantul secundar (de exemplu, Safranin) și lăsați să stea timp de aproximativ 1 minut

– Spălați ușor lamelele într-un jet de apă curentă.

– Se observă lamelele sub imersie în ulei.

Observație

Când sunt privite la microscop, speciile de Shigella vor apărea ca niște tije care pot avea o lungime cuprinsă între 1 și 6um, în funcție de specie. Ele sunt, de asemenea, de culoare roz-roșiatică, având în vedere că preiau culoarea contracolorantului.

Diferența dintre Shigella și Salmonella

Salmonella și Shigella (membre ale familiei Enterobacteriaceae) sunt unele dintre cele mai frecvente cauze ale bolilor bacteriene de origine alimentară în diferite părți ale lumii.

Deși au mai multe asemănări (de ex. ambele sunt bacterii Gram-negative în formă de tijă), cele două tipuri de bacterii au o serie de diferențe care pot fi folosite pentru a le deosebi.

Acestea includ:

Motilitate – Spre deosebire de Salmonella, care are mai multe flageli folosiți pentru aderență, formarea unui biofilm și mișcare, Shigella nu are această structură. Din acest motiv, ele sunt adesea descrise ca fiind nemottile.

Rezistență la acizi – În urma ingestiei de Shigella, studiile au arătat că bacteria este mai rezistentă la acidul gastric în comparație cu unele dintre celelalte bacterii intestinale (Salmonella, etc.). Acest lucru a fost atribuit expresiei unor proteine precum GadA/B, care permit bacteriei să supraviețuiască suficient de mult timp pentru a invada celulele intestinale.

Pentru că Salmonella nu este rezistentă la acidul gastric, s-a demonstrat că bacteria depinde de materialul alimentar pentru a supraviețui, precum și pentru a-și reduce propriul pH.

Doza de infecție – În cazul shigelozei, este necesar doar un număr mic de celule bacteriene pentru a provoca o infecție (aproximativ 200 de celule). Cu toate acestea, este necesar un inocul mare de Salmonella pentru ca o infecție să se producă. De exemplu, sunt necesare cel puțin 100000 de celule de Salmonella typhi pentru a provoca febră tifoidă.

Hidrogenul sulfurat – Spre deosebire de Shigella, Salmonella (S. enterica) produce hidrogen sulfurat, care este una dintre caracteristicile folosite pentru identificarea lor.

Infecție – Shigella afectează în principal intestinul gros, în timp ce Salmonella afectează atât intestinul subțire, cât și pe cel gros.

Boală – În timp ce Shigella provoacă Shigeloza la om și la unele primate, Salmonella provoacă Salmoneloza la om și la unele animale. Aici, totuși, simptomele pot fi similare (de exemplu, febră, diaree și dureri abdominale etc.).

* În timp ce atât Salmonella cât și Shigella au formă de tijă, speciile de Shigella sunt, în general, subțiri (cu diametrul cuprins între 0,3 și 1um), în comparație cu Salmonella, care au diametrul cuprins între 0,7 și 1,5um. În plus, Shigella are doar fimbriae pe suprafața lor, în timp ce Salmonella are atât fimbriae, cât și flageli pe suprafața lor.

Return to Bacteria main page, Eubacteria

Return from Shigella to MicroscopeMaster home

Arun Bhunia. (2007). Patogeni microbieni de origine alimentară: Mechanisms and Pathogenesis.

Ewing. W.H. (1986). Edwards & Ewing’s Identification of Enterobacteriaceae. Ediția a 4-a.

Hiroshi Ashida, Minsoo Kim și Chihiro Sasakawa. (2014). Manipularea căii de moarte celulară a gazdei de către Shigella.

Lu Feng et al. (2004). Structural and Genetic Characterization of the Shigella boydii Type 13 O Antigen.

Public Heath England. (2015). UK Standards for Microbiology Investigations

Identification of Shigella species.