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È una delle specie principali di batteri che vivono nella parte inferiore dell'intestino dianimali asangue caldo (uccelli emammiferi, incluso l'uomo). Sono necessari per la correttadigestione delcibo. La sua presenza nei corpi idrici segnala la presenza di condizioni difecalizzazione (è il principale indicatore di contaminazione fecale, insieme con glienterococchi).
Il numero di cellule diE. coli nellefeci che un umano espelle in un giorno va da 10 a 100 milioni di unità formanti colonia (UFC) per grammo di feci[1]. Il genereEscherichia, insieme ad altri generi (Enterobacter, Klebsiella,Citrobacter, Serratia, ecc.), viene raggruppato sotto il nome dicoliformi. Tecnicamente il "gruppo dei coliformi" comprende batteriaerobi eanaerobi non sporigeni.
Nel gruppo deicoliformi la specieEscherichia coli è ampiamente rappresentata ed è in esclusivo rapporto col tratto gastrointestinale dell'uomo e degli altri animali a sangue caldo, a differenza dei microrganismi appartenenti a diversi generi, tra cuiEnterobacter, Klebsiella eCitrobacter (che si caratterizzano per una potenziale capacità di ricrescita una volta pervenuti nell'ambiente).
La specieEscherichia coli è un microrganismo a forma di bastoncello, gram-negativo, aerobio e anaerobio facoltativo, non sporigeno, che cresce alla temperatura di 44,5 °C, lattosio-fermentante, indolo-positivo in terreni contenenti triptofano, beta-D-glucuronidasi-positivo. In letteratura, la presenza di questo enzima è stata evidenziata nel 94-99,5 % dei biotipi diEscherichia coli, con l'eccezione dei sierotipiO157:H7.Alcuni ceppi diEscherichia coli enterotossigeni possono portare alla cosiddetta "diarrea del viaggiatore".
Nelle acque destinate al consumo umano, nelle acque di fonti termali, nelle acque adibite alla balneazione e in altri tipi di matrici (per es. alimenti, cosmetici) è prescritta l'assenza diEscherichia coli in quanto indicatore primario di contaminazione fecale. La mancata rispondenza al valore parametrico stabilito costituisce una non-conformità del prodotto (acqua, alimento, ecc.).Per la sua ricerca nell'ambiente sono stati elaborati, negli anni più recenti, metodi basati sull'attività enzimatica dellabeta-D-glucuronidasi (Saggio GUS), evidenziabile dall'idrolisi dibeta-glucuronidicromogeni ofluorogeni con rilascio di composti colorati o fluorescenti; o, allo stesso modo, si usa l'X-gal, facendo leva sull'enzimabeta-galattosidasi. Queste caratteristiche, eliminando spesso la necessità di svolgere prove di conferma, permettono di ottenere risultati in tempi più rapidi e di giungere con maggiore accuratezza alla determinazione del microrganismo ricercato.
Anche se rappresenta un comune simbionte dell'intestino e ha un ruolo nel processo digestivo, ci sono situazioni in cuiE. coli può provocare malattie nell'uomo e negli animali. Alcuni ceppi diE. coli sono l'agenteeziologico di malattieintestinali ed extra-intestinali, come infezioni deltratto urinario,meningite,peritonite,setticemia epolmonite. Nel bovino da latte è noto per causare forme acute dimastite.Alcuni ceppi diE. coli sono tossigenici, producono cioètossine che possono essere causa didiarrea. Ladissenteria daE. coli è una comunetossinfezione alimentare, poiché viene contratta principalmente da alimenti contaminati. La contaminazione può avvenire da carni infette non adeguatamente cotte, da latte nonpastorizzato e formaggi derivati, e da altri alimenti contaminati da feci.E. coli produce quattro tipi di tossine che si distinguono, per la diversa sensibilità al trattamento termico, in termolabile e termostabile, e per l'azione tossigena (tossineshiga e tossine emolitiche, HlyA).
La tossina termolabile, denominata LT, è molto simile nella struttura e nelle funzioni alla tossina delcolera. Contiene una subunità 'A' e cinque subunità 'B' in un'olotossina. Le subunità B contribuiscono all'aderenza e all'entrata della tossina nelle cellule intestinali dell'ospite, dove la subunità A stimola le cellule a rilasciare acqua, provocando diarrea.
Secondo ilGlobal Antibiotic Resistance Surveillance Report 2025 dell'OMS,Escherichia coli eKlebsiella pneumonia sono i batteri più resistenti agli antibiotici, che causano leinfezioni del sangue più gravi, spesso consepsi, insufficienza d’organo e morte.[2]
E. coli èil batterio più comune isolato nelleemocolture nei casi dibatteriemia; la colonizzazione del torrente ematico può avvenire a causa ditraumi intestinali, tumori delcolon e del tenue. Le scarse misure igieniche nel posizionamento dicateteri o di accessi venosi centrali sono comuni cause di batteriemie daE. coli.
E. coli è comune causa diuretrite ecistite in persone anziane,diabetiche ecateterizzate. Grazie allefimbrie formanti fasci, aipili P e allefimbrie Dr,E. coli riesce ad ancorarsi saldamente all'epitelio diuretra evescica, resistendo al flusso urinario. Questa condizione è necessaria manon sufficiente all'instaurarsi dell'infezione. Questa è infatti provocata maggiormente dall'emolisina A (HlyA), in grado di ledere l'epitelio urinario e promuovere chemiotassi, infiammazione e invasione dei tessuti.
E. coli, soprattutto ilsierotipo K1, è il principale isolato (insieme con glistreptococchi di gruppo B) nelle emocolture di bambini con età inferiore a 5 anni affetti dameningite.
Un "ceppo" diE. coli è un gruppo con caratteristiche particolari in grado di renderlo riconoscibile da altri ceppi diE. coli, analogamente a come si riescono a distinguere cani appartenenti a razze diverse. Diversi ceppi diE. coli vivono in differenti specie animali, così è possibile stabilire se il materiale fecale nelle acque proviene, ad esempio, da uomini o da uccelli.
Nuovi ceppi diE. coli sorgono continuamente dal processo biologico naturale dellamutazione, e alcuni di questi ceppi hanno caratteristiche che possono essere nocive per un animale ospite. Sebbene nella maggior parte degli umani adulti un ceppo patogeno non provocherebbe probabilmente altro che diarrea, e potrebbe non dare alcun sintomo, in bambini piccoli o in persone malate o debilitate da malattie recenti, o in persone sotto particolari cure, un nuovo ceppo potrebbe provocare malattie serie e persino la morte. Un esempio di ceppo particolarmente virulento diE. coli èE.coli O157:H7.
Leinfezioni del tratto urinario (UTI) rappresentano una delle più comuni infezioni causate da batteri in grado di risalire l'uretra fino alla vescica. L'infezione della vescica prende il nome di cistite. Se l'infezione batterica si diffonde ai reni e agli ureteri, si parla di pielonefrite. La cistite è considerata un'infezione delle basse vie urinarie, lapielonefrite interessa le alte vie urinarie ed è più grave. I ceppi diE. coli uropatogeni (UPEC) sono responsabili di circa il 90% delle cistiti non complicate acquisite in comunità. Nel primo stadio del processo infettivo, le fimbrie rappresentano il fattore adesivo che consente aE. coli di aderire alle cellule uro-epiteliali. Alcuni studi hanno suggerito che il consumo di prodotti a base di mirtillo (Vaccinium macrocarpon) sono utili nella prevenzione delle infezioni del tratto urinario. Leproantocianidine presenti nel mirtillo contengono legami di tipo A e sono responsabili dell'azione preventiva nei confronti dell'adesione dei ceppi diE. coli, che posseggono fimbrie di tipo P, alle cellule uro-epiteliali.
L'E. coli enteropatogeno (EPEC) fu il primo patogeno associato con la malattiadiarroica ed è tuttora una causa importante nei pazienti in etàpediatrica. La tipizzazionesierologica degliantigeni O non risulta utile nel caso di EPEC. La malattia è causata dal fatto che questi ceppi sono in grado di aderire all'epitelio dell'intestino tenue e di interferire con l'assorbimento delle sostanze; questo provoca la formazione di un ambiente iperosmolare nel lume dell'intestino, un conseguente richiamo d'acqua e, infine, la diarrea. Il quadro di adesione all'epitelio e la distruzione dei microvilli giustifica la definizione di istopatologia A/E (attachment/effacement). I ceppi diE. coli che esprimonobfp possono stabilire dei blandi legami con latonaca mucosa, consentendo alsistema di secrezione di tipo 3 diinstallare sulla membrana degli enterociti ilrecettore traslocato per l'intimina. Quest'ultimo permette il legame tenace diE. coli, grazie all'intimina espressa sulla membrana del batterio.
Questi ceppi (E. coli enterotossigeno) sono in grado di provocaregastroenteriti molto gravi, soprattutto nei viaggiatori e nelle persone che hanno ingerito cibi o liquidicontaminati dafeci. Questi ceppi producono siatossine labili al calore (LT-1 e LT-2), siatossine stabili al calore (StA e Stb).LT-1 è formata da unasubunità A e da cinquesubunità B; queste ultime sono in grado di legare unganglioside con un residuo diacido sialico (GM1) particolarmente espresso dagli enterociti. Il legame promuove l'internalizzazione della subunità A, una proteina con attivitàADP - ribosiltransferasica nei confronti di unaproteina G stimolatoria, in grado di attivare l'adenilato ciclasi. Gli elevati livelli di amp ciclico, portano a un rapido rilascio deisoluti nel lume intestinale; questi richiamano acqua e il quadro clinico connesso è la diarrea. Analogamente a LT-1, StA lega GM1; tuttavia la sua attività influenza laguanilato ciclasi e non l'adenilato ciclasi. Si noti come l'attività di LT-1 assomigli all'attività della tossina diVibrio cholerae; tuttavia, LT-1 ha un'attività molto minore. I geni che codificano per LT-1 e per StA si trovano in unplasmide associati ai geni che codificano perAAF/1, AAF/2 e AAF/3, importanti fattori di adesione in grado di garantire una colonizzazione più duratura dei ceppi ETEC (i fattori di virulenza sono quindi trasmissibili). NegliUSA vengono registrati circa 80.000 casi l'anno.
I ceppi diE. coli enteroemorragico sono i principali responsabili di malattia nei paesi industrializzati. Si calcola che questi batteri causino circa 73.000 casi d'infezione e quasi 60 morti ogni anno negliUSA. Circa 50sierotipi causano malattia; tuttavia il sierogruppo principalmente responsabile èO157:H7. L'ingestione di meno di 100 bacilli può causare la malattia; questa è stata associata al consumo di carne di manzo o pollo[3] non ben cotta, di latte non pastorizzato, di succhi di frutta contaminati (ad esempio da feci bovine) e di verdura cruda.
La malattia si manifesta a carico dell'intestino crasso dopo un periodo di incubazione di 3-4 giorni durante i quali comincia a comparire unadiarrea non sanguinolenta. Circa al terzo giorno compaiono forti doloriaddominali accompagnati da diarrea sanguinolenta. I ceppi EHEC sono in grado di promuovere un'istopatologia A/E (vedi EPEC) e di secernere la tossinaStx-1 (identica alla tossina diShigella) insieme con la tossinaStx-2 (60% di analogia alla tossina diShigella).
Entrambe le tossine sono codificate dafagi lisogeni e hanno una subunità A e cinque subunità B, in grado di legarsi alglobotriaosilceramide oGb3. Il legame con questo recettore promuove l'internalizzazione della subunità A nell'enterocita; questa è in grado di legarsi al frammento di RNAribosomiale 28s, bloccando la sintesi proteica. La distruzione degli enterociti, accompagnata da una diminuzione della capacità di assorbimento, comporta la presenza di una diarrea molto liquida e sanguinolenta. La produzione diStx-2 si associa spesso (nel 10% dei ragazzi con diarrea da EHEC) allasindrome emolitico-uremica (HUS in inglese oSEU in italiano), caratterizzata da:
Infatti Stx-2 è in grado di legarsi con maggior affinità al Gb3 espresso dalle cellule renali, provocandone la distruzione. Inoltre le tossine Stx sono in grado di stimolare la produzione diTNF-α einterleuchina-6 che, oltre a sostenere il quadroinfiammatorio, promuovono l'esposizione di Gb3.E. coli O157:H7, al contrario degli altri sierotipi,non fermenta il sorbitolo; questo permette l'identificazione nei terreniagar Mac Conkey contenentisorbitolo (si valutano le colonie che mancano dell'attivitàfermentativa).
Tuttavia l'esame colturale deve essere affiancato dall'identificazione delle tossine mediante test immunoenzimatici commerciali. I ceppiO124,O143 eO164 (E. coli enteroinvasivi), strettamente simili aShigella, sono in grado di provocare diarrea sanguinolenta (sono inoltre presentileucociti), crampi addominali e febbre. Una serie di geni espressi in un plasmide, denominatipInv, codificano per una serie di proteine di membrana in grado di promuovere la fagocitosi e la lisi intracellulare del vacuolo fagocitico, con proliferazione del batterio all'interno delcitoplasma degli enterociti dell'intestino crasso. Questo comporta depolimerizzazione dell'actina (comelisteria), lisi cellulare edemorragia. I quadri più gravi evolvono inulcerazioni dell'intestino.
E. coli enteroaggreganti sono coinvolti in una diarrea acquosa persistente nei viaggiatori e negli infanti dei paesi in via di sviluppo. Questi ceppi esprimono siaBfp siaAAF/1,AAF/2 eAAF/3 (tutti codificati da un plasmide), fattori di adesione in grado di promuovere la colonizzazione dell'intestino tenue, con stimolazione della produzione dimuco. Questo forma unbiofilm in grado di isolare e aggregare i batteri. In seguito all'aggregazione si ha riduzione della lunghezza deimicrovilli, infiltrazione mononucleata ed emorragia.
E. coli diffusamente aderenti provocano una diarrea acquosa benigna nei bambini di età compresa tra 1 e 5 anni. Il quadro è provocato da un allungamento dei microvilli degli enterociti dell'intestino tenue, con inglobamento dei batteri negli enterociti.
Un rapporto congiunto del Centro europeo per la prevenzione e il controllo delle malattie (Ecdc), dell’Autorità europea per la sicurezza alimentare (Efsa) e dell’Agenzia europea per i medicinali (Ema), datato maggio 2025, ha stimato tra il 2014 e il2021 una riduzione del 40% dell'impiego diantibiotici negli animali destinati all'alimentazione umana. A ciò è corrisposto una riduzione dei casi diresistenza per l'Esterichia Coli.[4]
Trattandosi di un batterio molto studiato e con DNA facilmente modificabile è molto utilizzato in processi biotecnologici, cioè direcombineering del DNA con l'inserimento di DNA di altri batteri per ottenere organismi non presenti e non ottenibili in natura, allo scopo di produrre sostanze con processi biotecnologici.
L'Escherichia coli ingegnerizzato è utilizzato per la degradazione dei rifiuti, ad esempio le materie plastiche.[5]
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