DOI 10.2376/0005-9366-120-279

Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 120, 279-287

DOI: 10.2376/0005-9366-120-279

© Schlütersche Verlagsgesellschaft mbH & Co. KG. 2007

Publiziert: 07/2007

Summary

Enterohaemorrhagic Escherichia coli (EHEC) 026:H11 have emerged as the most important non-0157:H7 EHEC, with respect to their ability to cause diarrhoea and the haemolytic uraemic syndrome (HUS). HUS is a leading cause of acute rena failure in children, and is mainly caused by EHEC expressing Shiga toxins (Stx) 1 and/or 2.Since 1996, EHEC 026, which produce Stx2 only and appear to have enhanced virulence, have been increasingly isolated from HUS patients in Germa-ny. In contrast, EHEC 026 found in cattle predominantly produce Stxl as the sole Stx.Additional potential virulence factors of EHEC 026 include cytolysins (EHEC hemolysin), serine proteases (EspP), lymphotoxins (Efal) and adhesins (intimin). The genes encoding the virulence factors are located within pathogenicity islands {eae,efa1), bacteriophages {stx) or plasmids {EHEC-hlyA,espP). In addition, EHEC 026 possess, in contrast to other EHEC, the"high pathogenicity island"(HPI), which is also present in pathogenic Yersiniae.This island contains genes ivolved in the biosynthesis, regulation and transport of the siderophore yersiniabactin. Comparative genomic analyses between EHEC 026 and non-pathogenic E.coli, as well as investigations of mechanisms involved in the transfer of virulence genes, provide a deeper insight into the evolution of EHEC 026.These studies demon-strate how horizontal transfer of virulence genes, even from distantly related organisms, can lead in brief intervals to the rise of a highly virulent clone within a particular E.coli serotype.The classical bacteriological methods are no longer sufficient to determine the risk posed by EHEC 026. However, knowledge of the complete virulence profiles of these pathogens and understanding their stepwise evolution form a foundation for developing new strategies to prevent human infections and new methods for their laboratory diagnosis. Enterohämorrhagische Escherichia coli (EHEC) 026:H11 sind Verursacher von Durchfallerkrankungen und des hämolytisch-urämischen Syndroms (HUS),der häufigsten Ursache des akuten Nierenversagens im Kindesalter. EHEC 026 expri-mieren entweder Shiga Toxin (Stx) 1,Stx2 oder beide Zytotoxine.Seit 1996 wurden von HUS-Patienten in Deutschland zunehmend EHEC 026-Stämme isoliert, die Stx2 produzieren und eine erhöhte Virulenz aufweisen. Im Gegensatz zu den Humanisolaten dominieren in Rinderbeständen £co//026:H11, die ausschließlich Stxl sezernieren. Neben den bekannten Stx wurden weitere potentielle Virulenzfaktoren in EHEC 026 identifiziert. Hierbei handelt es sich um Determinanten, die man zu den Familien der Zytolysine (EHEC-Hämolysin), Serinproteasen (EspP), Lymphotoxine (Efa-1) und Adhäsine (Intimin) rechnet. Die kodierenden Gene liegen auf Pathogenitätsinseln [eae,efa-1) oder sind in Phagengenomen {stx) und Plasmiden (EHEC-/i/y/\,espP) integriert. Darüber hinaus beherbergen EHEC 026 im Gegensatz zu anderen EHEC-Serovaren die„High-Pathogenicity Island" (HPI), die zuerst in enteropathogenen Yersinien beschrieben wurde. Diese kodiert für die Biosynthese, Regulation und den Transport des Siderophors Yersiniabaktin.

Zusammenfassung

Enterohämorrhagische Escherichia coli (EHEC) 026:H11 sind Verursacher von Durchfallerkrankungen und des hämolytisch-urämischen Syndroms (HUS),der häufigsten Ursache des akuten Nierenversagens im Kindesalter. EHEC 026 expri-mieren entweder Shiga Toxin (Stx) 1,Stx2 oder beide Zytotoxine.Seit 1996 wurden von HUS-Patienten in Deutschland zunehmend EHEC 026-Stämme isoliert, die Stx2 produzieren und eine erhöhte Virulenz aufweisen. Im Gegensatz zu den Humanisolaten dominieren in Rinderbeständen £co//026:H11, die ausschließlich Stxl sezernieren. Neben den bekannten Stx wurden weitere potentielle Virulenzfaktoren in EHEC 026 identifiziert. Hierbei handelt es sich um Determinanten, die man zu den Familien der Zytolysine (EHEC-Hämolysin), Serinproteasen (EspP), Lymphotoxine (Efa-1) und Adhäsine (Intimin) rechnet. Die kodierenden Gene liegen auf Pathogenitätsinseln [eae,efa-1) oder sind in Phagengenomen {stx) und Plasmiden (EHEC-/i/y/\,espP) integriert. Darüber hinaus beherbergen EHEC 026 im Gegensatz zu anderen EHEC-Serovaren die„High-Pathogenicity Island" (HPI), die zuerst in enteropathogenen Yersinien beschrieben wurde. Diese kodiert für die Biosynthese, Regulation und den Transport des Siderophors Yersiniabaktin. Vergleichende Genomanalysen von apathogenen E.coli mit EHEC 026 sowie Untersuchungen der Mechanismen und Faktoren, die am Transfer von Virulenzgenen beteiligt sind, erlauben Rückschlüsse auf die Evolution von EHEC 026. Sie liefern die Erklärung, wie durch horizontalen Gentransfer Virulenzgene von z.T. weit entfernt verwandten Bakterien übernommen werden und zeigen beispielhaft, wie binnen kürzester Zeit neue und besonders virulente Varianten innerhalb eines E.coli Serovars entstehen können. Die alleinigen klassischen Methoden der Bakteriologie erweisen sich immer mehr als unzureichend, um das Gefährdungspotential dieser Erreger zu bestimmen. Diese Erkenntnisse erfordern die vollständige Erfassung des Pathogenitätsprofils, um die fortschreitende Entwicklung von neuen Pathogenen rechtzeitig zu entdecken.