Escherichia coli

Escherichia coli

Escherichia coli (zkráceně E. coli) je gramnegativní tyčinkovitá bakterie z čeledi Enterobacteriaceae. Patří k nejznámějším bakteriím vůbec, protože současně představuje běžného obyvatele střeva teplokrevných živočichů, významný laboratorní model a u některých kmenů také původce onemocnění.

Pod názvem E. coli se neskrývá jediný biologicky jednotný typ bakterie. Jednotlivé kmeny se mohou výrazně lišit genetickou výbavou, schopností využívat živiny, odolností i faktory virulence. Většina běžných střevních kmenů hostiteli neškodí, zatímco určité linie získaly geny, které jim umožňují vyvolávat průjmová onemocnění, infekce močových cest nebo další infekce.

Taxonomie

Doména	Bacteria
Kmen	Pseudomonadota
Třída	Gammaproteobacteria
Řád	Enterobacterales
Čeleď	Enterobacteriaceae
Rod	Escherichia
Druh	Escherichia coli
NCBI Taxonomy ID	562
Wikidata	Q25419

Stavba a základní vlastnosti

E. coli má typicky podobu krátkých tyčinek. Je gramnegativní, což znamená, že její buněčný obal tvoří tenká vrstva peptidoglykanu a vnější membrána obsahující lipopolysacharid. Mnohé kmeny jsou pohyblivé díky bičíkům, existují však i nepohyblivé varianty. Bakterie nevytváří endospory.

Jde o fakultativního anaeroba. Dokáže tedy získávat energii za přítomnosti kyslíku i v prostředí, kde kyslík chybí. Tato metabolická pružnost je výhodná ve střevě, kde se koncentrace kyslíku výrazně mění. Při vhodné teplotě a dostatku živin se může dělit velmi rychle, což je jedním z důvodů jejího oblíbeného využití v laboratořích.

Výskyt a vztah k hostiteli

Přirozeným prostředím mnoha kmenů je především dolní část trávicího traktu lidí a dalších teplokrevných živočichů. Ve střevě je E. coli jednou ze složek rozsáhlého mikrobiálního společenstva. Její zastoupení bývá ve srovnání s některými anaerobními bakteriemi relativně malé, přesto má velký biologický i diagnostický význam.

Po opuštění hostitele může E. coli určitou dobu přežívat ve vodě, půdě, sedimentech nebo na površích. Protože je spojena se střevním prostředím, sleduje se její přítomnost ve vodě a potravinách jako jeden z ukazatelů možného fekálního znečištění.

Neškodné a patogenní kmeny

Je důležité rozlišovat samotný druh od konkrétních patogenních kmenů. Mnoho E. coli je neškodných. Jiné kmeny získaly prostřednictvím plasmidů, bakteriofágů nebo dalších genetických elementů faktory virulence. Podle mechanismu onemocnění se rozlišují různé patotypy, například enterotoxigenní, enteropatogenní nebo shigatoxin produkující E. coli.

Právě rozdíly mezi kmeny vysvětlují, proč lze E. coli současně popsat jako běžnou součást mikrobioty i jako významného patogena. U mimostřevních linií se uplatňují jiné faktory, například schopnost přilnout k epitelu močových cest nebo pronikat do tkání.

Genom a genetická proměnlivost

Genom E. coli je tvořen kruhovým chromozomem a u mnoha kmenů také plasmidy. Takzvaný jádrový genom sdílí většina zástupců druhu, ale variabilní část genomu může být rozsáhlá. Obsahuje geny získané horizontálním přenosem a stojí za značnou částí rozdílů mezi jednotlivými kmeny.

Schopnost přijímat a předávat genetický materiál má význam také při šíření antibiotické rezistence. Rezistence není automatickou vlastností E. coli jako druhu; vždy závisí na konkrétním kmeni a jeho genetické výbavě.

Význam v biologii a biotechnologiích

E. coli patří mezi nejdůležitější modelové organismy moderní biologie. Na jejích buňkách byly objasňovány principy replikace DNA, genetického kódu, regulace genové exprese, rekombinace i metabolismu. Laboratorní kmeny jsou dobře charakterizované a lze je snadno geneticky upravovat.

V biotechnologiích se E. coli používá jako buněčná „továrna“ pro produkci rekombinantních proteinů a dalších molekul. Vložením vhodného genu do plasmidu lze bakterii přimět k syntéze požadovaného proteinu. Používají se přitom pečlivě vybrané laboratorní kmeny a kontrolované kultivační podmínky.

Historie poznání

Bakterii popsal v 19. století německo-rakouský pediatr Theodor Escherich při studiu střevních bakterií dětí. Rod Escherichia byl později pojmenován na jeho počest. Díky rychlému růstu a relativně jednoduché kultivaci se E. coli během 20. století stala jedním ze základních experimentálních organismů.

Význam E. coli dnes sahá od ekologie mikrobiomu přes klinickou mikrobiologii až po syntetickou biologii. Jen málo organismů ovlivnilo porozumění fungování buňky tak výrazně.

Zajímavosti

Jedním z nejslavnějších laboratorních kmenů je E. coli K-12, jehož potomci se po desetiletí používají v genetice a molekulární biologii. Laboratorní kmeny se mohou od divokých či klinických izolátů výrazně lišit.

Za běžným názvem E. coli se tedy skrývá mimořádně pestrý soubor linií: od neškodných střevních komenzálů až po kmeny vybavené specifickými toxiny nebo dalšími faktory virulence.

Pozorování a laboratorní identifikace

V mikrobiologické laboratoři se E. coli hodnotí kombinací kultivačních, biochemických a molekulárních metod. Samotný vzhled kolonie nebo mikroskopický obraz obvykle nestačí k určení konkrétního kmene. Důležité mohou být fermentační vlastnosti, enzymové reakce, antigenní znaky a podle účelu také genetické testy zaměřené na specifické faktory virulence.

U epidemiologických a výzkumných studií se využívá sekvenování genomu, které umožňuje rozlišit i velmi blízce příbuzné izoláty. Tím lze sledovat šíření konkrétních linií, porovnávat jejich geny rezistence nebo rekonstruovat evoluční vztahy. Rozdíl mezi „druhem E. coli“ a konkrétním kmenem je proto při interpretaci výsledků zásadní.

E. coli jako součást širšího mikrobiomu

Ve střevě E. coli nežije izolovaně. Je součástí složitého ekosystému tvořeného mnoha bakteriálními, archeálními i eukaryotickými mikroorganismy a je ovlivňována stravou, prostředím hostitele i konkurencí dalších mikrobů. Studium jejích interakcí s ostatními členy mikrobioty pomáhá vysvětlovat, proč se stejný kmen může chovat odlišně v různém prostředí.