Кишечная палочка
-
Описание кишечной палочки
- Грамотрицательная факультативно-анаэробная бактерия рода Escherichia
- Встречается в нижних отделах кишечника теплокровных организмов
- Большинство штаммов безвредны, но некоторые патогенны
-
Взаимоотношения с человеком
- Мутуалистические биологические отношения
- Вырабатывает витамин К2 и предотвращает колонизацию кишечника патогенами
-
Экология и распространение
- Выводится в окружающую среду с фекалиями
- Активно размножается в свежих фекалиях, затем численность снижается
- Составляет около 0,1% кишечной микробиоты
-
Биология и биохимия
- Грамотрицательная, факультативно-анаэробная, неспорообразующая бактерия
- Клетки палочковидные, около 2,0 мкм в длину и 0,25-1,0 мкм в диаметре
- Окрашивается в розовый цвет, внешняя мембрана защищает от антибиотиков
-
Метаболизм
- Использует смешанную кислотную ферментацию, производя лактат, сукцинат, этанол, ацетат и углекислый газ
- Может использовать CO2 как источник углерода для производства биомассы
- Имеет три гликолитических пути: EMPP, EDP и OPPP
-
Катаболическое подавление
- Бактерии потребляют сахара последовательно, подавляя экспрессию генов
- E. coli регулирует катаболизм глюкозы фосфотрансферазной системой
-
Рост культуры
- Оптимальный рост при температуре 37 °C, некоторые штаммы до 49 °C
- Растет в различных лабораторных средах, включая лизогенетический бульон
- Использует аэробное или анаэробное дыхание, тип дыхания регулируется системой arc
-
Клеточный цикл
- Делится на три стадии: период В, период С и период D
- Скорость удвоения выше при наличии питательных веществ
- Репликация начинается до завершения предыдущего раунда, что приводит к множественным ответвлениям
-
Генетическая адаптация
- Способна переносить ДНК посредством бактериальной конъюгации или трансдукции
- Трансдукция способствовала образованию штамма E. coli O157:H7
-
Разнообразие
- Высокая степень генетического и фенотипического разнообразия
- Секвенирование генома показывает необходимость таксономической реклассификации
- Представители рода Shigella могут быть классифицированы как E. coli штаммы
-
Различия между штаммами E. coli
- Штаммы могут приобретать патогенную способность, использовать уникальный источник углерода, занимать определенную экологическую нишу или противостоять противомикробным препаратам.
- Различные штаммы зависят от хозяина, что позволяет определить источник фекального загрязнения.
-
Серотипы и эволюция
- Общая система подразделений E. coli основана на серотипах, основанных на поверхностных антигенах.
- Новые штаммы эволюционируют через мутации, дупликацию генов и горизонтальный перенос генов.
- Некоторые штаммы могут быть вредны для животного-хозяина, вызывая диарею или серьезные заболевания.
-
Эволюционные эксперименты
- Долгосрочные эксперименты с E. coli показали эволюцию генома на протяжении более 65 000 поколений.
- E. coli может развивать способность к аэробному метаболизму цитрата, что является важным эволюционным сдвигом.
-
Неотипный штамм и филогения
- E. coli является типовым видом рода Escherichia.
- Штамм неотипа -U5/41T выбран как репрезентативный, но в большинстве исследований используются O157:H7, K-12 MG1655 или K-12 W3110.
- Филогения E. coli основана на предполагаемой эволюционной истории, разделенной на шесть групп.
-
Геномика и разнообразие
- Первая полная последовательность ДНК E. coli была опубликована в 1997 году.
- Геном содержит 4288 аннотированных генов, большинство из которых имеют только одну копию.
- Известно более трехсот полных геномных последовательностей видов Escherichia и Shigella.
- Сравнение последовательностей показывает значительное разнообразие, около 80% генома может варьироваться у разных изолятов.
-
Номенклатура генов
- Гены в E. coli называются в соответствии с единой номенклатурой, предложенной Demerec и соавторами.
-
Названия и нумерация генов
- Гены обозначаются аббревиатурами в верхнем регистре, например RecA, RecB.
- Геном E. coli K-12 был секвенирован, и гены пронумерованы в порядке их расположения.
- Названия на букву «в» созданы в честь Фреда Блаттнера.
- Номера ECK используются для аллелей штамма E. coli K-12.
-
Протеомика и протеом
- Геном E. coli предсказывает наличие 4288 генов, из которых 38% не имеют приписываемой функции.
- Геном содержит элементы инсерционной последовательности и остатки фагов.
- В 2006 году было идентифицировано 1627 белков, в 2020 году — 2586 белков.
-
Посттрансляционные модификации
- В E. coli обнаружено значительное количество фосфопротеинов.
- Большинство фосфорилированных аминокислот — сериновые.
-
Интерактом и белковые комплексы
- В 2006 году выделено 4339 белков, в 2009 году — 5993.
- В 2014 году обнаружено 2234 взаимодействия белок-белок.
-
Нормальная микробиота и терапевтическое применение
- E. coli колонизирует желудочно-кишечный тракт младенцев.
- E. coli используется в биотехнологической промышленности и медицине.
- Непатогенные штаммы используются в качестве пробиотиков.
-
Роль в развитии болезни
- Большинство штаммов E. coli не вызывают заболеваний.
- Вирулентные штаммы могут вызывать гастроэнтерит, инфекции мочевыводящих путей и другие заболевания.
- Токсин Шига вызывает гемолитико-уремический синдром.
-
Уропатогенный и энтеротоксигенный E. coli
- Уропатогенный E. coli вызывает инфекции мочевыводящих путей.
- Энтеротоксигенный E. coli является причиной диареи путешественников.
-
Вспышки и устойчивость к антибиотикам
- В 2011 году вспышка EHEC затронула Германию и другие страны.
- Устойчивый к карбапенемам E. coli устойчив к антибиотикам класса карбапенемов.
-
Симптомы и диагностика
- Симптомы включают боль в животе и диарею, усиливающуюся в течение нескольких дней.
- ГУС развивается через 7 дней после появления симптомов.
- Диагностика включает посев кала и тестирование на чувствительность к антибиотикам.
- Современные молекулярно-диагностические тесты ускоряют процесс.
-
Лечение
- Основа лечения — восполнение жидкости и электролитов.
- Антибиотики сокращают течение болезни, но уровень резистентности растет.
- Рифаксимин эффективен при диарее путешественников, но не эффективен при воспалительных или инвазивных энтеропатогенах.
-
Профилактика
- ETEC — основной объект разработки вакцин.
- Вакцины против ETEC находятся на разных стадиях разработки.
- Вакцина против холеры rCTB-WC обеспечивает краткосрочную защиту.
- Другие методы профилактики включают мытье рук, улучшение санитарных условий и приготовление пищи.
-
Модельный организм в исследованиях
- E. coli используется в биотехнологии и промышленной микробиологии.
- E. coli является универсальным хозяином для продуцирования гетерологичных белков.
- Модифицированные штаммы E. coli используются в вакцинах, биоремедиации и производстве биотоплива.
-
Использование в биологических вычислениях
- E. coli используется для решения вычислительных задач.
- Генетическая регуляция в бактериях используется для реализации вычислительных функций.
- Проводятся исследования по программированию E. coli для решения сложных математических задач.
-
Разработка кишечной палочки внутри дрожжевых клеток
- Разработан метод использования бактерий в качестве жидкокристаллического экрана
- Проведены эксперименты с E. coli для вычислительных задач и хранения информации
-
Биологический компьютер внутри E. coli
- Команда разработала биологический компьютер внутри E. coli, реагирующий на дюжину входных сигналов
- Компьютер назван «рибокомпьютер» из-за состава рибонуклеиновой кислоты
-
Хранение информации в бактериях
- Исследователи из Гарварда успешно архивировали изображения и фильмы в ДНК E. coli
-
Исследование E. coli для решения задач лабиринта
- Команда под руководством биофизика Санграма Бага использовала E. coli для решения задач лабиринта 2 × 2
-
История E. coli
- В 1885 году Теодор Эшерих обнаружил E. coli в кале здоровых людей
- Бактерия была переклассифицирована в Bacillus coli и затем в Escherichia
-
Вспышки E. coli
- В 1996 году в Уишоу, Шотландия, произошла вспышка E. coli, унесшая жизни 21 человека
- В 2011 году в Германии зарегистрирована вспышка E. coli O104:H4, унесшая жизни 53 человек
-
Практическое применение E. coli
- E. coli используется для получения синтетического пропана и рекомбинантного гормона роста человека
-
Дополнительные ресурсы
- Семейство БолА-подобных белков
- Молекулы, выделяющие монооксид углерода
- Борьба с загрязнением
- Деформация плотины dcm
- Тест Эйкмана
- Фекальная кишечная палочка
- Международный кодекс номенклатуры бактерий
- Список штаммов кишечной палочки
- Пищевые добавки на основе олигосахаридов маннана
- Избыточный метаболизм
- Система T4 rII