Бактерии группы кишечной палочки

Бактерии группы кишечной палочки (БГКП) — это собирательная, санитарно-показательная группа микроорганизмов, объединяющая ряд родов и видов семейства Enterobacteriaceae, которые по морфологическим, культуральным и биохимическим свойствам сходны с типичной кишечной палочкой (Escherichia coli). Основным критерием отнесения микроорганизмов к данной группе является их способность сбраживать лактозу с образованием кислоты и газа при температуре 37 °C в течение 24–48 часов. БГКП используются в санитарной микробиологии и эпидемиологии в качестве индикаторов фекального загрязнения объектов окружающей среды, пищевых продуктов и воды.

История открытия и изучения

Впервые бактерия Escherichia coli была выделена и описана в 1885 году австрийским педиатром и бактериологом Теодором Эшерихом из фекалий здорового ребёнка. Первоначально микроорганизм получил название Bacterium coli commune. В 1919 году, в честь первооткрывателя, бактерия была переименована в Escherichia coli.

В начале XX века, с развитием санитарной микробиологии, учёные обратили внимание на то, что присутствие E. coli в воде или пищевых продуктах коррелирует с вероятностью фекального загрязнения и, следовательно, с возможным присутствием патогенных микроорганизмов (возбудителей холеры, брюшного тифа, дизентерии). Так сформировалось понятие «санитарно-показательные микроорганизмы», а E. coli стала их «золотым стандартом».

Однако дальнейшие исследования показали, что в природе и кишечнике человека и животных существует множество других бактерий, обладающих сходными с E. coli ферментативными свойствами (в первую очередь — способностью сбраживать лактозу). Для практических целей санитарного контроля было решено объединить их в группу, получившую название «бактерии группы кишечной палочки». Это позволило упростить и удешевить процедуру анализа, не требуя точной идентификации каждого изолята до вида.

Таксономический состав и классификация

Группа БГКП не является строгой таксономической единицей (родом или видом) в биологической систематике. Это эколого-физиологическая группа, состав которой может варьироваться в зависимости от методики анализа и нормативных документов конкретной страны.

Основные роды, входящие в БГКП

К типичным представителям БГКП относят следующие роды семейства Enterobacteriaceae:

Escherichia — типовой род, включающий E. coli (наиболее известный вид).
Citrobacter — включает виды C. freundii, C. koseri и др. Обитают в кишечнике человека и животных, а также в окружающей среде.
Enterobacter — включает виды E. cloacae, E. aerogenes (в настоящее время часто выделяется в род Klebsiella). Широко распространены в почве, воде, на растениях.
Klebsiella — включает виды K. pneumoniae, K. oxytoca. Являются частью нормальной микрофлоры кишечника, но могут вызывать оппортунистические инфекции (пневмонии, инфекции мочевыводящих путей).

Различия внутри группы

В зависимости от источника происхождения и экологической ниши бактерий внутри БГКП принято разделять на две основные категории:

Фекальные (типичные) кишечные палочки — бактерии, обитающие преимущественно в кишечнике человека и теплокровных животных. Их обнаружение в объектах внешней среды (воде, почве) однозначно свидетельствует о свежем фекальном загрязнении. К этой категории относят, прежде всего, E. coli, а также некоторые виды Citrobacter и Klebsiella, которые способны сбраживать лактозу при повышенной температуре (44–45 °C). В российской практике для их выявления часто используется тест на ферментацию лактозы при температуре 44 °C (тест Эйкмана). Бактерии, дающие положительный результат при этой температуре, называют термотолерантными колиформными бактериями (ТКБ).

Нефекальные (атипичные) кишечные палочки — бактерии, которые могут обитать в почве, воде, на растениях и не обязательно связаны с кишечником. Они также способны сбраживать лактозу, но при более низких температурах (37 °C) и не растут при 44 °C. К ним относятся многие виды Enterobacter и Citrobacter. Их обнаружение указывает на возможное, но не обязательно свежее фекальное загрязнение, либо на естественное присутствие микрофлоры в окружающей среде.

Биохимические и культуральные свойства

Основные свойства, объединяющие бактерии в группу БГКП:

Морфология: грамотрицательные палочки (окрашиваются по Граму в красный цвет), не образующие спор. Размеры обычно 1–3 мкм в длину. Подвижны (перитрихи) или неподвижны (например, Klebsiella).
Отношение к кислороду: факультативные анаэробы (способны расти как в присутствии кислорода, так и без него).
Ферментация лактозы: ключевой признак. Бактерии сбраживают лактозу с образованием кислоты и газа. На дифференциально-диагностических средах (среда Эндо, среда Левина, агар МакКонки) колонии БГКП окрашиваются в малиновый (красный) цвет за счёт восстановления индикатора (фуксина) под действием кислоты. На среде Эндо колонии E. coli имеют характерный тёмно-малиновый цвет с металлическим блеском.
Оксидазный тест: отрицательный (отсутствие фермента цитохромоксидазы). Это важный дифференциальный признак, отличающий Enterobacteriaceae от других грамотрицательных палочек (например, Pseudomonas).
Каталазный тест: положительный (наличие фермента каталазы).

Санитарно-показательное значение

БГКП являются основным санитарно-показательным микроорганизмом при контроле качества воды, пищевых продуктов, почвы и смывов с поверхностей.

Критерии индикации

Идеальный санитарно-показательный микроорганизм должен отвечать нескольким требованиям:

Постоянно выделяться из фекалий человека и животных.
Не размножаться (или размножаться ограниченно) во внешней среде.
Сохраняться в окружающей среде примерно столько же, сколько и патогенные бактерии (например, возбудители брюшного тифа).
Быть легко и быстро обнаруживаемым с помощью стандартных методов.

БГКП в целом удовлетворяют этим требованиям, хотя и имеют некоторые ограничения. Например, некоторые виды Enterobacter и Klebsiella могут размножаться в воде с высоким содержанием органических веществ, что может давать ложноположительные результаты, указывая на фекальное загрязнение там, где его нет.

Показатели в нормативах

В Российской Федерации и странах Таможенного союза (ЕАЭС) нормативы качества воды и продуктов питания устанавливаются в Технических регламентах и СанПиН. Основными нормируемыми показателями являются:

ОКБ (общие колиформные бактерии) — вся группа БГКП, сбраживающая лактозу при 37 °C. Их отсутствие обязательно в питьевой воде, воде бассейнов, молочных продуктах, детском питании.
ТКБ (термотолерантные колиформные бактерии) — подгруппа БГКП, сбраживающая лактозу при 44 °C. Являются более строгим индикатором свежего фекального загрязнения. Их присутствие в питьевой воде не допускается.
КМАФАнМ (количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов) — общее микробное число, которое также включает БГКП, но не является специфичным для них.

Методы обнаружения и идентификации

Обнаружение БГКП проводится в несколько этапов, регламентированных государственными стандартами (ГОСТ) и методическими указаниями (МУК).

Посев на плотные дифференциально-диагностические среды (среда Эндо, Левина, агар с лактозой и бриллиантовым зелёным). Инкубация при 37 °C в течение 24 часов.
Подсчёт характерных колоний (тёмно-малиновых, красных с металлическим блеском или без него). Проводится оценка количества колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 г или 1 мл продукта.
Подтверждение принадлежности к БГКП:

Окраска по Граму (грамотрицательные палочки).
Оксидазный тест (отрицательный).
Тест на ферментацию лактозы в полужидкой среде с поплавком (образование газа).

Определение термотолерантности (для ТКБ): пересев характерных колоний в среду с лактозой и инкубация при 44 °C в течение 24 часов. Образование газа подтверждает принадлежность к ТКБ.

Патогенность и медицинское значение

Важно различать санитарно-показательную группу БГКП и патогенные (диареегенные) штаммы E. coli. Большинство бактерий, входящих в БГКП, являются частью нормальной микрофлоры кишечника и не вызывают заболеваний у здорового человека. Однако некоторые виды могут выступать в роли оппортунистических патогенов, вызывая:

Инфекции мочевыводящих путей (циститы, пиелонефриты) — чаще всего E. coli.
Внутрибольничные (госпитальные) инфекции — Klebsiella pneumoniae, Enterobacter cloacae.
Пневмонии — Klebsiella pneumoniae.
Раневые инфекции, сепсис.

Патогенные штаммы E. coli (энтеротоксигенные, энтероинвазивные, энтерогеморрагические и др.) вызывают острые кишечные инфекции (диарею путешественников, геморрагический колит, гемолитико-уремический синдром). Они не входят в понятие «санитарно-показательные БГКП», хотя и относятся к тому же виду E. coli.

Применение в биотехнологии и науке

E. coli (один из основных представителей БГКП) является одним из наиболее изученных и широко используемых модельных организмов в молекулярной биологии и генной инженерии. Она используется для:

Клонирования и экспрессии чужеродных генов (производство инсулина, интерферона, гормона роста).
Изучения механизмов репликации, транскрипции и трансляции.
Разработки методов геномного редактирования (CRISPR/Cas9).
Производства вакцин и ферментов.

Интересные факты

В кишечнике человека E. coli составляет около 0,1% от общей массы микрофлоры, но её количество достигает 10⁷–10⁸ КОЕ на 1 грамм фекалий.
E. coli способна к горизонтальному переносу генов, что способствует быстрому распространению генов устойчивости к антибиотикам (антибиотикорезистентности).
В 2011 году в Европе произошла крупная вспышка инфекции, вызванная энтерогеморрагической E. coli (серотип O104:H4), которая привела к сотням случаев гемолитико-уремического синдрома и нескольким десяткам смертей. Источником инфекции стали пророщенные семена пажитника.
Понятие «БГКП» является чисто прикладным, санитарно-гигиеническим. В биологической систематике такой группы не существует.

Источники

СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».
ГОСТ 32922-2014 «Вода питьевая. Методы определения колиформных бактерий».
МУК 4.2.1018-01 «Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды».
Поздеев О.К. «Медицинская микробиология» / под ред. В.И. Покровского. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006.
Воробьев А.А., Быков А.С., Пашков Е.П., Рыбакова А.М. «Микробиология». — М.: Медицина, 2003.
Madigan M.T., Martinko J.M., Bender K.S., Buckley D.H., Stahl D.A. «Brock Biology of Microorganisms». — 14th ed. — Pearson, 2015.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →