Sinh học phẩy khuẩn tả
Bài viết bổ sung và cụ thể thêm cho trang viết trước. Phần lớn nội dung được dịch từ tài liệu trên www.textbookofbacteriology.net
Mục lục
Bệnh tả[sửa]
Bệnh tả hay còn gọi là dịch tả, bệnh tả châu á là bệnh đặc trưng bởi triệu chứng ỉa chảy. Bệnh do Vibrio cholerae gây ra. Người nhiễm vi khuẩn do uống nước hoặc ăn phải thức ăn nhiễm vi khuẩn này. Nguồn bệnh tự nhiên vẫn đang được nghiên cứu nhưng có nhiều bằng chứng dịch tễ học cho thấy môi trường nước đóng vai trò quan trọng trong lưu trữ mầm bệnh.
V. cholerae sản sinh độc tố gây tiêu chảy do tác động của độc tố lên niêm mạc ruột. Cơ thể bị nhiễm trùng nặng có thể biểu hiện triệu chứng bệnh trầm trọng hoặc tử vong. Biểu hiện hạ huyết áp ở người đang khoẻ mạnh bị nhiễm vi trùng có thể sảy ra vài tiếng đồng hồ tiếp theo là truỵ tim mạch. Trong đa số trường hơp, khoảng 4-12 tiếng sau lần đi ỉa chảy đầu tiên người bệnh bị sốc do mất nước và có thể bị tử vong sau khoảng 18 giờ đến vài ngày nếu không được điều trị.
Do đi ỉa chảy nặng nên cơ thể bị mất nước, các chất điện giải, bicarbonat, và các ion trong vòng một hai ngày. Hiện tượng này sảy ra do độc tố đường ruột của vi khuẩn hoạt hoá enzyme xúc tác adenylate cyclase trong các tế bào biểu mô niêm mạc ruột, biến các tế bào này thành "những chiếc bơm" thực hiện "bơm" nước cùng chất điện giải từ trong máu và các mô vào trong ruột làm cơ thể nhanh chóng bị mất nước, thiểu niệu, toan huyết và bị sốc. Phân của người bệnh có các tế bào biểu mô của ruột, các mảng nhầy (phân nước gạo) và đồng thời có nhiều vi khuẩn. Mất ion trầm trọng có thể dẫn đến biến chứng tim mạch. Tỷ lệ chết của bệnh rất cao (có thể tới 50-60%) nếu bệnh nhân không được điều trị kịp thời.
Cho bệnh nhân uống nhiều nước và chất điện giải hoặc truyền tĩnh mạch là biện pháp hữu hiệu bù lại lượng dịch thể đã mất, phục hồi hoạt động của hệ tuần hoàn và các mô. Hầu hết các khác sinh và các thuốc hoá học trị liệu không có tác dụng trong điều trị bệnh tả.
Lịch sử của bệnh[sửa]
Bệnh tả được cho là xuất hiện cách đây hàng thế kỷ tại lục địa Ấn độ dương trong các tư liệu của Hippocrates . Năm 1563, Garcia del Huerto (một bác sỹ người Bồ Đào Nha tại Goa, Ấn Độ) đã mô tả bệnh này. Năm 1849, John Snow (BS người Anh) cho rằng nước là môi trường truyền bệnh. Năm 1883, Robert Koch (nhà vi sinh vật người Đức) phân lập thành công vi khuẩn từ phân của bệnh nhân biểu hiện các triệu chứng của bệnh này. Có tài liệu cho rằng trước đó 30 năm nhà giải phẫu học người Ý đã phát hiện ra phẩy khuẩn là nguyên nhân gây bệnh
Năm 1817 bệnh xuất hiện tại Châu Âu và Mỹ. Đến đầu thế kỷ 20 đã có 6 "làn sóng bệnh tả" lan khắp thế giới. Tiếp đó, đến những năm 60 phạm vi "tung hoành" của vi khuẩn tả đã được "khoanh vùng" và cho đến những năm gần đây chủ yếu bệnh xuất hiện ở Đông nam á. Năm 1961 týp "El Tor" gây dịch tại Philippin và tạo "làn sóng thứ bảy". Từ đó trở đi týp vi khuẩn này tiếp tục gây những vụ dịch tại châu Á, vùng Trung Đông, châu Phi và một phần châu Âu.
Những đặc điểm của týp El Tor giúp nó khẳng định khả năng "tiếp tục gây nguy hiểm" bao gồm: (1) Tỷ lệ nhiễm El Tor thấp hơn nhiều so với tỷ lệ nhiễm týp cổ điển; (2) Thời gian mang trùng sau khi bị bệnh do El Tor dài hơn so với trường hợp nhiễm týp cổ điển; (3) El Tor có khả năng tồn tại ngoài môi trường tốt hơn, dài hơn týp cổ điển. Chính vì vậy El Tor có khả năng gây dịch tại cả những nơi Týp cổ điển từng "tung hoành"! .
Khoảng thời gian từ 1969 đến 1974, El Tor đã chiếm ưu thế trong dịch tễ học bệnh tả.
Năm 1991, El Tor gây dịch tại Pêru (sau vụ dịch trước 100 năm tại nơi này) và nhanh chóng lây lan tại vùng trung và nam Mỹ. Tính từ 1/1991 đến 1/9/1994 tổng số 1 triệu 41 ngàn 422 người bị bệnh trong đó 9 ngàn 642 người bị chết (tỷ lệ chết 0,9%). Riêng năm 1993, 204 ngàn 543 người bị bệnh và 2362 người chết.
Năm 1982 týp cổ điển gây dịch tại Bangladesh.
Tháng 12 năm 1992 một vụ dịch lớn lại sảy ra ở nước này. Vi khuẩn gây bệnh được xác định là V. cholerae O139 "Bengal". Về mặt di truyền, O139 "Bengal" hình thành từ El Tor nhưng cấu trúc kháng nguyên của chúng cũng biến đổi. Tất cả mọi lứa tuổi (kể cả trong vùng đã có dịch) đều có thể bị nhiễm. O139 đã gây bệnh tại ít nhất 11 nước ở Đông nam á (tính đến năm 2005). Không có số liệu chính xác số người bị bệnh do O139 vì các nước không thông báo cụ thể các trường hợp bệnh do O1 hay O139 riêng rẽ.
Tháng 4 năm 1997, dịch bùng phát trong cộng đồng 90 ngàn người tị nạn Ruanđa ở Cộng Hoà Công gô. Chỉ trong 22 ngày đầu đã có 1521 người chết. Đa số các trường hợp chết đều do không được can thiệp kịp thời.
Tại Mỹ, dịch tả xuất hiện vào những năm 1800 sau đó được khống chế do đảm bảo vệ sinh nguồn nước sinh hoạt. Tuy vật, giao thông và du lịch tạo điều kiện để bệnh xuất hiện lẻ tẻ. Đa số trường hợp do đi du lịch tại các nước Mỹ La tinh, châu Phi , châu Á. Một số trường hợp nhiễm bệnh do ăn thức ăn mang về từ các quốc gia còn lưu hành bệnh.
Phẩy khuẩn tả có mặt trong các vùng nước lợ, nước mặn ven biển. Một số người bị bệnh tại Mỹ do ăn sống hay ăn tái sò từ vịnh Mêhico.
Kháng nguyên và cấu trúc lớp vỏ vi khuẩn[sửa]
Sự thay đổi tính chất kháng nguyên là yếu tố quan trọng trong nghiên cứu dịch tễ và độc lực của vi khuẩn. Đối với vi khuẩn tả, khả năng gây thành dịch của chủng Bengal nói trên là môt ví dụ minh hoạ. Nhiều loại vi khuẩn khác trong môi trường nước cũng có kháng nguyên roi như vi khuẩn tả vì vậy không thể căn cứ vào loại kháng nguyên này để phân biệt. 139 týp huyết thanh phẩy khuẩn đã được phân biệt dựa trên đặc điểm vào kháng nguyên O (kháng nguyên vỏ). Hầu hết các chủng vi khuẩn tả đều không có độc tính. Chủng Bengal gây thành dịch được định danh là O1. Tuy vậy có tới 3 týp sinh học của O1 được gọi tên Ogawa, Inaba và Hikojima. Mỗi chủng trong 3 loại này có khả năng thể hiện đặc tính của chủng cổ điển hay của El Tor. Chủng Bengal O139 là chủng huyết thanh mới có kháng nguyên O đặc thù. Đặc tính kháng nguyên đặc thù của Bengal O139 có thể giúp chúng ta giải thích vì sao cơ thể không có miễn dịch sau khi bị bệnh.
Các kháng nguyên vỏ (O antigen) của phẩy khuẩn:
Týp Ogawa có kháng nguyên A và B
Týp Inaba có kháng nguyên A và C
Týp Hikojima có kháng nguyên A, B, C
Nội độc tố có mặt trong phẩy khuẩn cũng như trong các vi khuẩn gram âm khác. Chúng ta còn biết ít về cấu trúc lớp vỏ liposaccharide của phẩy khuẩn. Tuy nhiên, một số đặc điểm đặc thù của lớp vỏ phẩy khuẩn cũng đã được nghiên cứu. Điều quan trọng nhất là sự thay đổi cấu trúc lớp vỏ có thể sảy ra trong cả điều kiện in vitro lẫn in vivo. Đây có thể là một nguyên nhân dẫn đến sự biến đổi của các chủng không có độc lực trong tự nhiên thành chủng cổ điển có khả năng gây thành dịch và ngược lại.
Độc tố của vi khuẩn[sửa]
Độc tố của phẩy khuẩn tả hoạt hoá enzym adenylate cyclase trong các tế bào niêm mạc ruột dẫn hình thành cAMP và tiết nước, các ion Na+, K+, Cl-, HCO3- vào trong lòng ruột. Ảnh hưởng của độc tố phụ thuộc vào một thụ quan đặc biệt có tên monosialosyl ganglioside (GM1 ganglioside) có trên bề mặt các tế bào niêm mạc. Phẩy khuẩn sản xuất men tan nhầy và chất giúp nó xâm nhập vào tế bào đồng thời tác động làm ganglioside chuyển thành monosialosyl có thể nhận độc tố.
Độc tố bao gồm 5 cấu phần kết hợp (11.500 dalton) được gọi là thành phần B và cấu phần có hoạt tính A1 (23.500 dalton), thành phần có tác dụng như cầu nối (A2) liên kết A1 với B. Khi xâm nhập được vào tế bào, A1 sẽ xúc tác quá trình chuyển đường ribose từ NAD đén protein có tên gọi Gs hoặc Ns. Protein này sẽ điều khiển hệ thống adenylate cyclase có mặt ở phía trong màng tế bào.
Như ta đã biết, adenylate cyclase là một enzyme liên kết với màng tế bào và có khả năng chuyển ATP (adenosine triphosphate) thành dạng AMP vòng (cyclic adenosine monophosphate). Hình thành cAMP là một trong những bước đầu tiên để bất cứ một tín hiệu hoá học nào tác động kích thích hay ức chế adenylate cyclase. .
Bình thường adenylate cyclase được hoạt hoá bởi protein điều hoà và GTP. Thời gian hoạt hoá adenylate cyclase thường ngắn do một protein khác (được gọi là Gi) có khả năng thuỷ phân GTP làm mất khả năng hoạt hoá adenylate cyclase của GTP. Thành phần A1 của phẩy khuẩn xúc tác cho quá trình gắn ADP-Ribose với protein điều hoà để hình thành dạng liên kết protein với ADP-Ribose (Gs-ADPR). Kết quả của sự liên kết này là GTP không bị thuỷ phân để tiếp tục thực hiện chức năng hoạt hoá adenylate cyclase dẫn đến hình thành hàm lượng cao hơn bình thường của cAMP. cAMP kích thích tế bào "bơm" ion Cl- vào lòng ruột. Do mất ion Cl- nên nước, Na+, và các chất điện giải khác sẽ ra khỏi tế bào (theo chiều gradient). Chính vì vậy các tế bào chịu tác động của độc tố phẩy khuẩn tả nghiễm nhiên trở thành những chiếc "máy bơm" chuyển nước vào lòng ruột dẫn đến ỉa chảy, mất chất điện giải. Mất nước và chất điện giải là đặc điểm dễ thấy nhất của bệnh tả.
Finkelstein tóm tắt cơ chế gây bệnh của phẩy khuẩn tả:
- Độc tố của phẩy khuẩn tiếp xúc với bề mặt màng tế bào;
- Các thành phần liên kết (B) gắn với oligosaccharide của GM1 ganglioside;
- Thay đổi dạng của thụ quan, cấu phần A tiếp xúc với màng tế bào;
- Cấu phần A xâm nhập vào tế bào;
- Liên kết dissulfide của cấu phần A chịu tác động của glutathione trong tế bào dẫn đến giải phóng tiểu phần A1 và A2;
- A1 thuỷ phân NAD giải phóng ADP-Ribose và nicotinamide;
- Một trong các protein G của adenylate cyclase chịu tác động của ADPR sẽ ức chế hoạt động của GTPase và giữ adenylate cyclase ở trạng thái hoạt động;
- adenylate cyclase xúc tác quá trình hình thành cAMP.
Khu trú của vi khuẩn trong ruột non[sửa]
Những đặc điểm quyết định đặc tính khu trú bao gồm: .
- Protein bề mặt vi khuẩn giúp quá trình cố định vào bề mặt tế bào;
- Men tan nhầy;
- Khả năng di động;
- Tình hướng động
- Tiết độc tố.
Khi theo nước uống hay thức ăn vào trong dạ dày, vi khuẩn chịu tác động của dịch dạ dày có độ pH thấp (môi trường axit). Những vi khuẩn sống sót sẽ tiếp tục xuống ruột non. Ở ruột non, vi khuẩn có khả năng tồn tại rất tốt. Phẩy khuẩn có khả năng kháng tác động của muối mật, xâm nhập qua lớp màng nhầy trên niêm mạc ruột. Quá trình xâm nhập được hỗ trợ bởi men tan nhầy và các men phân cắt protein thành các peptide. Do khả năng "tự bơi", vi khuẩn có thể chuyển động ngược chiều với nhu động ruột để tiếp cận với niêm mạc ruột nhờ đặc điểm hoá hướng động của chúng.
Khả năng gắn kết và cố định vào tế bào niêm mạc có thể được hỗ trợ bởi các "sợi lông" của chúng kết lại thành bó ở một đầu vi khuẩn. Các sợi này được gọi là Tcp pili (toxin coregulated pili: các sợi phối hợp điều hoà độc tố). Biểu hiện các gene của các lông này liên quan đến gene quyết định độc tố của vi khuẩn. Chúng ta chưa có hiểu biết đầy đủ về tác động qua lại giữa các Tcp pili với tế bào vật chủ. Các thụ quan trên về mặt tế bào tiếp nhận các sợi này cũng chưa được xác định. Chuỗi amino acid của Tcp pili tương tư như N-methylphenylalamine pili của Pseudomonas và Neisseria.
Phẩy khuẩn còn có thể sở hữu protein bề mặt gây ngưng kết hồng cầu và nhóm protein do acf gene mã hoá. Nhóm gene này quy định yếu tố hỗ trợ gắn kết của vi khuẩn (accessory colonization factor). Đột biến gene acf dẫn đến giảm khả năng cố định của vi khuẩn vào niêm mạc ruột. Có thể vi khuẩn đã sử dụng yếu tố hỗ trợ này giúp quá trình gắn kết của nó vào tế bào niêm mạc ruột thêm chặt chẽ. .
Men tan nhầy của phẩy khuẩn giúp chúng phân giải các protein như fibronectin, lactoferrin và phân giải chính độc tố của nó. Vai trò của men trong cơ chế gây độc vẫn còn là câu hỏi vì đột biến gene của men này vẫn không làm giảm độc lực của vi khuẩn. Có giả thuyết cho rằng men tan nhầy có tác dụng giúp vi khuẩn tách khỏi tế bào chứ không hỗ trợ quá trình gắn kết vì vi khuẩn có xu hướng tách khỏi các tế bào trần (không còn chất nhầy bao phủ) để tìm đến những tế bào khác mới
Xem tiếp sinh học phẩy khuẩn tả (trang 2)
Tham khảo thêm[sửa]
Tác giả[sửa]
Nguyễn Bá Tiếp, Các bài khác
