Epidemia EHEC. Po burzy? Dr hab. Beata Sobieszczańska, prof. nadzw.

Artykuł ten, który wprowadzamy na stronę internetową Wydziału Nauk Medycznych w dniu 6 lipca 2011 r. stanowi cenny aneks do poprzedniego artykułu Profesor Beaty Sobieszczańskiej na ten sam, ciągle jeszcze gorącej temat. Epidemia EHEC. Po burzy? Dr hab. Beata Sobieszczańska, prof. nadzw. W końcu, podobnie jak wszystkie inne, opisane w dziejach ludzkości epidemie i zarazy, powoli wygasa epidemia w Niemczech. Czy w związku z tym jesteśmy już bezpieczni? W Europie na straży zdrowia publicznego stoją dwie potężne organizacje: Europejskie Centrum ds. Zapobiegania i Kontroli Chorób (ECDC) 1 z siedzibą w Szwecji oraz Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) 2 z siedzibą we Włoszech, które ze szczególną uwagą monitorowały rozwój epidemii EHEC w Niemczech. Do ECDC od 2004 roku, raz na kwartał, spływają z krajów europejskich dane na temat częstości występowania zagrażających zdrowiu publicznemu zakażeń, w tym szczepami STEC, co pozwala na kontrolowanie i ograniczanie ich rozprzestrzeniania się. Liczby notowanych przypadków zakażeń szczepami STEC/EHEC oraz ich powikłań w postaci zespołu HUS są wyjątkowo uważnie analizowane z uwagi na zagrażające życiu konsekwencje tych zakażeń. Wszystkie izolowane szczepy STEC odpowiedzialne za sporadyczne i epidemiczne zakażenia w krajach europejskich podlegają szczegółowym badaniom, a ich wyniki są publikowane na stronie internetowej ECDC. W ten sposób możemy się np. dowiedzieć, że w Polsce w latach 2005-2008 zanotowano jedynie 13 potwierdzonych przypadków zakażeń szczepami STEC u ludzi, podczas gdy w Niemczech liczba ta wynosiła 4091, w Irlandii 606, w Szwecji 1167, a w Wielkiej Brytanii 4778 potwierdzonych przypadków. Zaskakująco niska liczba potwierdzonych laboratoryjnie przypadków zakażeń szczepami STEC w Polsce, ale także w południowych krajach Europy (Słowacja 83 przypadki, Czechy - brak danych, Rumunia 4 przypadki/dane tylko za rok 2008; Grecja 2 przypadki; Bułgaria 0 przypadków) zastanawia. Czyżbyśmy przewyższali poziomem higieny np. Szwedów, czy może jesteśmy od nich bardziej odporni z uwagi na niższy poziom higieny? A może problem tkwi w wykrywaniu tych zakażeń? Liczba notowanych przypadków zakażeń STEC w poszczególnych państwach europejskich jest różna, co uwarunkowane jest wieloma czynnikami, m.in. dietą, poziomem higieny, ale także wykrywalnością, a więc wykorzystaniem w rutynowej diagnostyce zakażeń przewodu pokarmowego testów umożliwiających wykrycie tych, czy innych patogenów. 1 ECDC http://europa.eu/agencies/community_agencies/ecdc/index_pl.htm 2 EFSA http://europa.eu/agencies/community_agencies/efsa/index_pl.htm 1

Ponieważ podstawowym rezerwuarem STEC jest bydło, większość krajów europejskich poprzez agencję EFSA rejestruje również częstość nosicielstwa STEC u bydła, w produktach spożywczych pochodzenia zwierzęcego oraz mających kontakt z glebą, szczególnie nawożoną naturalnymi nawozami. Według danych EFSA w Europie w 2009 roku, 6.8% bydła oraz 20% owiec było zakażonych szczepami STEC, w tym 2,7% bydła i 0,3% owiec szczepem O157:H7, który uważany jest za główny serotyp odpowiedzialny za przypadki HUS. W latach 2004-2009 w krajach Unii Europejskiej 0,19% produktów spożywczych (owoców, jarzyn, kiełków, sałaty, ziół, gotowych do spożycia sałatek) było skażonych szczepami STEC, w tym 0,14% szczepem O157:H7. W latach 2004-2008 w Europie zarejestrowano 195 wywołanych przez szczepy STEC epidemii pokarmowych i 5 epidemii związanych ze spożyciem zanieczyszczonej wody lub rekreacją wodną, które łącznie objęły 2371 osób. W 2009 roku aż 80 epidemii STEC dotknęło 607 mieszkańców Europy. Według danych ECDC liczba przypadków zakażeń STEC u ludzi w roku 2009 wzrosła w Europie o 13% w porównaniu z rokiem 2008. Pomimo wzorowego nadzoru epidemiologicznego zakażeń wywoływanych przez szczepy EHEC/STEC i obowiązku zgłaszania wszystkich przypadków HUS oraz wykrytych szczepów STEC, który obowiązuje w Niemczech od roku 2001, liczba nowych przypadków zakażeń stale rosła a epidemia stopniowo rozszerzała się na cały region północny. Pierwsze przypadki zakażeń epidemicznym szczepem E. coli O104:H4 zarejestrowano w Niemczech już 1 maja, ale dopiero od 9 maja ich liczba zaczęła wzrastać niepokojąco. O pierwszym przypadku HUS w Hamburgu doniesiono 18 maja br. Następne trzy przypadki HUS zanotowano 23 maja, po czym ich liczba zaczęła gwałtownie rosnąć: 24 maja zarejestrowano 47 przypadków, 25 maja 50 nowych przypadków, 26 maja 100, a 27 maja 116 przypadków. Większość, bo 51% przypadków zakażeń stwierdzono pomiędzy 18 a 25 maja, po czym stopniowo ich liczba zaczęła się zmniejszać. Wyjątkowo i w przeciwieństwie do opisywanych dotychczas przypadków HUS, które głównie dotyczyły dzieci poniżej 5 r.ż., w tej epidemii 88% zakażonych osób miała ponad 20 lat. W walkę z epidemią na terenie Niemiec zaangażowane były 174 ośrodki diagnozujące zakażenia pałeczką E. coli, w tym 27 na terenach objętych epidemią. Pomimo kłopotów z ustaleniem źródła zakażeń, niezwykle prężna organizacja szybkiej diagnostyki, wyposażenia szpitali w sprzęt medyczny niezbędny do opieki nad osobami, u których rozwinął się zespół HUS, a także zastosowanie eksperymentalnego leku Eculizumab 3, umożliwiły Niemcom szybkie opanowanie i ograniczenie zasięgu epidemii. Do dnia 22 czerwca 2011 r. epidemia w Niemczech dotknęła 3792 osób. U 781 zakażonych rozwinął się zespół HUS, natomiast na skutek powikłań śmierć poniosły 42 osoby. Poza Niemcami, 3 Eculizumab jest eksperymentalnym lekiem, tj. przeciwciałem monoklonalnym, które reagując ze składową dopełniacza C5 hamuje jego aktywację i lizę krwinek czerwonych, zapobiegając w ten sposób tworzeniu skrzepów w naczyniach krwionośnych, czyli rozwojowi DIC (wykrzepiania wewnątrznaczyniowego). DIC rozwijający się pod wpływem działania toksyny shiga prowadzi do uszkodzenia kłębuszków nerkowych (HUS) oraz innych narządów wewnętrznych, co powoduje ich niedokrwienie i obumieranie, a ostatecznie śmierć chorego. 2

nieliczne przypadki zakażeń szczepem E. coli O104:H4 zarejestrowano także wśród mieszkańców Szwajcarii, Polski, Holandii, Szwecji, Danii, Wielkiej Brytanii, Kanady i Stanów Zjednoczonych, którzy przebywali w Niemczech w okresie epidemii. Dnia 24 czerwca 2011 r. niezwiązane z epidemią w Niemczech, przypadki zakażeń tą samą bakterią zarejestrowano we Francji, w Bordeaux, gdzie u 8 osób wystąpiło krwotoczne zapalenie okrężnicy, natomiast u 8 innych osób rozwinął się zespół HUS. O pojedynczym przypadku zakażenia tym samym serotypem doniosła również Szwecja. Żadna z tych osób nie przebywała w Niemczech w okresie epidemii. Pojawienie się nowych, nie związanych ze sobą ognisk zakażeń wskazało na istnienie wspólnego ich źródła, którym okazały się kiełki roślinne. Badania francuskich naukowców wskazały jako najbardziej prawdopodobne źródło nasiona kozieradki importowane w latach 2009-2010 z Egiptu, a wykorzystywane do uzyskiwania kiełków. Poza kiełkami kozieradki o zanieczyszczenie szczepem E. coli O104:H4 podejrzane są również ziarna różnych gatunków fasoli np. mung, adzuki, alfa-alfa oraz soczewicy, dlatego nie zaleca się spożywania surowych kiełków oraz ich domowej produkcji. Poza tym, dobrym zwyczajem jest dokładne płukanie kiełków przed spożyciem oraz ziaren fasoli (a także np. ryżu lub kaszy) przed ich gotowaniem, a szczególnie dotykaniem rękoma np. w celu przebrania. Należy pamiętać, że bakterie mogą być obecne na powierzchni ziaren i w ten sposób przenoszone na ręce, skąd bakterie można dalej przenieść na inne produkty spożywcze lub powierzchnie mające kontakt z żywnością. W swej naturze, patogenne szczepy pałeczek E. coli, także enteroagregacyjne, nie różnią się od innych bakterii wywołujących zakażenia przewodu pokarmowego u ludzi wszystkie te drobnoustroje z łatwością przenoszone są na środki spożywcze oraz inne osoby poprzez brudne ręce (kontakt bezpośredni). Większości tego typu zakażeń można więc uniknąć stosując podstawowe zasady higieny takie jak mycie rąk, dokładne spłukiwanie pod bieżącą wodą i mycie surowych warzyw i owoców oraz dbałość o czystość powierzchni mających kontakt z żywnością. Szczegółowe badania szczepu E. coli serotypu O104:H4 odpowiedzialnego za epidemię w Niemczech wykazały, że jest to enteroagregacyjny (EAEC lub EAggEC) 4 szczep E. coli, który został zakażony bakteriofagiem niosącym gen kodujący toksynę shiga (konkretnie toksynę shiga typu 2a: Stx2a). Badania toksyny Stx2a wytwarzanej przez epidemiczny szczep E. coli O104:H4 wykazały 100% zgodności sekwencji budujących ją aminokwasów z toksyną Stx2a produkowaną przez szczep EHEC O157:H7, izolowany już z przypadków HUS u ludzi: w latach 2001 i 2005 w Niemczech oraz 4 Badania własne prowadzone od wielu lat w Katedrze i Zakładzie Mikrobiologii Akademii Medycznej we Wrocławiu wskazują, że szczepy EAEC na terenie Dolnego Śląska często odpowiadają za biegunki u niemowląt, (nierzadko błędnie rozpoznawane jako alergie pokarmowe) oraz u osób dorosłych. W badaniach własnych szczepy EAEC izolowane były od 88% osób dorosłych z zespołem jelita nadwrażliwego (IBS); szczepy te izolowaliśmy także od dzieci z chorobą Leśniowskiego-Crohna (zdjęcie załączone w tekście). Brak metod rutynowej diagnostyki niestety uniemożliwia większości laboratoriów wykazanie zakażenia EAEC. Szczepy te można wykryć w teście adhezji in vitro do komórek nabłonka lub za pomocą technik molekularnych, których zastosowanie w rutynowej diagnostyce utrudnia jednak fakt niezwykłego zróżnicowania genetycznego tych szczepów. 3

w roku 2006 w Szkocji. Identyczna pod względem sekwencji aminokwasów toksyna Stx2a była również zidentyfikowana u związanych z zakażeniami u ludzi szczepów E. coli O121:H19 (Kanada i USA) oraz O111:H8 (USA). W badaniach własnych enteroagregacyjny szczep E. coli produkujący toksynę shiga typu Stx2 (Pol. J. Microbiol., 2004; 53(2):125-126) izolowaliśmy w roku 2004 od 2- letniego, zdrowego dziecka, co wskazuje, że zdarzają się także przypadki bezobjawowego nosicielstwa takich szczepów, prawdopodobnie związane z brakiem ekspresji toksyny shiga. Obecność w środowisku człowieka szczepów E. coli produkujących toksynę Stx2a zwiększa ryzyko rozprzestrzeniania się bakteriofagów kodujących tę toksynę na inne pałeczki jelitowe, niekoniecznie z gatunku E. coli. Dodatkowo, u szczepu O104:H4 wykryto gen kodujący aerobaktynę (chelator jonów żelaza 3 ), produkowaną przez tzw. pozajelitowe pałeczki E. coli, które wywołują u ludzi zakażenia poza przewodem pokarmowym, takie jak sepsy i bakteriemie, zakażenia układu moczowego. Zdolność szczepu E. coli do produkcji aerobaktyny zwiększa jego wirulencję oraz możliwość wywoływania ogólnoustrojowych zakażeń. Grupa enteroagregacyjnych E. coli obejmuje szczepy, które u ludzi, a zwłaszcza u małych dzieci wywołują przewlekłe, trwające ponad dwa tygodnie biegunki. EAEC mogą również wywoływać tzw. biegunki ostre, czasem krwawe o ciężkim przebiegu klinicznym. Opisano także nieliczne przypadki śmiertelnych zakażeń tymi szczepami u niemowląt i małych dzieci. Wiele z tych pałeczek wytwarza liczne, niedokładnie jeszcze zbadane toksyny, które odpowiadają za cięższy przebieg biegunek wywoływanych przez niektóre z tych szczepów. EAEC zidentyfikowano stosunkowo niedawno, bo na początku lat 80-tych, przede wszystkim jako przyczynę biegunek u dzieci w krajach rozwijających się. Dalsze badania epidemiologiczne wykazały jednak, że szczepy te są czynnikiem etiologicznym biegunek wśród dzieci i osób dorosłych, także w krajach uprzemysłowionych. W wielu krajach enteroagregacyjne szczepy E. coli są dominującym patogenem przewodu pokarmowego; szczepy te są również wiodącym czynnikiem etiologicznym przewlekłych biegunek u chorych na AIDS. Nieustalone w większości przypadków źródła zakażeń tymi szczepami (prawdopodobnie są to nosiciele) oraz ich niezwykłe zdolności adhezji, czyli przylegania do powierzchni abiotycznych, a także nabłonka jelita człowieka, sprawiają, że zakażenia te z łatwością przenoszą się z człowieka na człowieka drogą kontaktów bezpośrednich. Kombinacja genów wirulencji szczepów STEC i EAEC u jednego szczepu E. coli, choć rzadka, nie jest niemożliwa i może się zdarzyć, podobnie jak każda inna kombinacja patogennych szczepów E. coli. Epidemiczny szczep EAEC O104:H4 posiadał geny kodujące, typowe dla tej grupy patogennych pałeczek E. coli, czynniki wirulencji tj. cytotoksyczne, a więc uszkadzające komórki, białka SigA i Pic, należące do dużej rodziny bakteryjnych proteaz serynowych SPATE, które produkowane są także przez pałeczki Shigella i EHEC oraz fimbrie agregacyjne typu I (AAF/I), pełniące ważną rolę nie tylko w agregacyjnym sposobie adhezji EAEC do komórek nabłonka, ale i zdolności tworzenia biofilmu. Niezwykłe zdolności adhezji EAEC do komórek nabłonka jelita z utworzeniem biofilmu złożonego z 4

milionów komórek bakteryjnych, sprzyjają długotrwałej kolonizacji jelit zakażonych osób, co z kolei w przypadku szczepów uwalniających toksyny, wpływa na poziom toksyny zgodnie z zasadą: im więcej bakterii produkuje toksynę, tym wyższy jej poziom w jelitach, a tym samym więcej toksyny wchłania się do krwi. Taki scenariusz zakażenia szczepem EAEC Stx2a+ tłumaczy wysoką liczbę przypadków zespołu HUS podczas epidemii w Niemczech. Test adhezji/przylegania szczepu EAEC izolowanego od dziecka z chorobą Leśniowskiego-Crohna do komórek nabłonka jelita. Na zdjęciu z mikroskopu świetlnego (powiększenie 100x) enteroagregacyjne E. coli, których skupiska (strzałka czerwona) przypominają stosy cegieł. Komórki nabłonka (strzałka czarna) są niemal całkowicie zakryte przylegającymi skupiskami bakterii. Podobne lub jeszcze gęstsze agregaty (biofilm) szczepy EAEC tworzą na błonie śluzowej jelita człowieka. Zasadniczo serotyp E. coli O104:H4 rzadko jest izolowany od ludzi i zwierząt. Tym nie mniej, sporadyczne przypadki HUS oraz biegunek wywołane przez ten serotyp rejestrowano już wcześniej: w Niemczech w 2001 r. (2 przypadki HUS), we Francji w 2004 roku (1 przypadek HUS), w 2005 r. w Korei (1 przypadek HUS), w 2009 r. w Republice Gruzji (2 przypadki HUS) oraz w 2010 roku w Finlandii (1 przypadek biegunki, bez HUS). Co więcej, izolowane z Niemiec, Finlandii i Gruzji szczepy E. coli O104:H4 również należały do szczepów enteroagregacyjnych. Ponadto, szczepy E. coli O104:H4 bez zdolności syntezy toksyny shiga zidentyfikowano, jako przyczynę biegunek u dzieci w Afryce (Mali). Badanie techniką elektroforezy pulsacyjnej (PFGE) szczepów serotypu O104:H4 izolowanych w różnych częściach świata ujawniło 95% podobieństwo epidemicznego szczepu z Niemiec z jednym ze szczepów uzyskanych z Gruzji. Okresowa, nawet sporadyczna izolacja serotypu E. coli O104:H4 wskazuje, że drobnoustrój ten prawdopodobnie posiadł zdolność utrzymywania się 5

wśród ludzi i w środowisku człowieka, co zwiększa prawdopodobieństwo jego kontaktu z innymi patogennymi bakteriami i nabywania nowych cech wirulencji. W okresie 2004-2009 E. coli O104 zidentyfikowano jako przyczynę zakażenia u ludzi tylko 9 razy, w tym jedynie dwa z izolowanych szczepów prezentowały również antygen rzęskowy H4, a więc należały do serotypu O104:H4. Niezmiernie rzadka obecność tego patogenu w środowisku człowieka miała więc zasadniczy wpływ na rozmiar epidemii w Niemczech większość ludzi była podatna na zakażenie. Dodatkowym czynnikiem, który miał wpływ na powstanie nowego, patogennego szczepu E. coli jest pora roku. W miesiącach ciepłych ilość bakterii, w tym pałeczek E. coli, w glebie oraz wodach powierzchniowych znacząco wzrasta. U szybko mnożących się, młodych bakterii łatwiej dochodzi do wymiany genów. Podkreślić tu należy, że wymiana genów między bakteriami jest zjawiskiem naturalnym, zachodzącym zarówno w naturalnych zbiornikach wodnych, glebie, jak i jelicie ludzi i zwierząt. Stosując manipulacje genetyczne można stworzyć nowy, patogenny szczep bakterii w laboratorium, jednak pojawiające się na stronach internetowych artykuły spekulujące jakoby epidemiczny szczep E. coli O104:H4 był przykładem sztucznie stworzonego szczepu, użytego jako broń biologiczna, są jedynie fantastyką naukową, niepotrzebnie wzbudzającą niepokój wśród czytelników. Epidemia HUS w Niemczech była największą opisaną dotychczas tego typu epidemią i kolejną, bolesną dla ludzi lekcją pokory wobec natury. Walczymy z bakteriami i chorobami na wszystkie możliwe sposoby, ale czy wygrywamy? Pozostaje mieć nadzieję, że śmierć 50 osób, ofiar epidemii E. coli O104:H4 oraz koszt leczenia i walki z epidemią uczulą nas i zmuszą do podjęcia działań prewencyjnych na przyszłość. Epidemia wywołana przez zupełnie nowy szczep bakterii znów może pojawić się gdziekolwiek na świecie, epidemie przecież nie znają granic. 6