2011年德國大腸桿菌疫情 —（1）大腸桿菌與變異 (E. coli &O104:H4)

2011年德國大腸桿菌疫情 (EHEC infection outbreak in Germany) —（1）大腸桿菌與變異 (E. coli & O104:H4)
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 大腸桿菌有什麼特色？

2. 造成此次疫情的品系為何？有什麼特色？

甚麼是大腸桿菌 (Escherichia coli ; E. coli) ？

大腸桿菌是人類和動物腸道中最主要且數量最多的一種細菌，主要寄生於大腸內。大腸桿菌為革蘭氏陰性短桿菌(Gram-negative, rod-shaped bacterium)，除某些品系的大腸桿菌能引起腹瀉外，一般對人體不會致病，且能合成維生素B和K，對人體有益，算是人體腸道的常在菌，屬於正常菌叢(normal flora)之一。然而某些品系會引起嚴重的腎臟和血液併發症，例如溶血性尿毒症侯群 (hemolytic-uremic syndrome ; HUS)。

圖1：大腸桿菌，10000倍放大。(圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/E._coli)

甚麼是大腸桿菌各品系 (Strains of E. coli)？

每一菌種因為遺傳物質的變異，會有不同的品系，大腸桿菌也一樣。會引起人類生病的大腸桿菌品系通常是會產生毒素(toxins)的品系。一些對腸道無害的品系，當跑到身體其他部位時，可能會引起疾病；例如當他們出現在膀胱或腎臟時，會引起泌尿道感染症(urinary tract infection)。大腸桿菌會出現在身體其他部位，可能是藉由血流，也可能是上洗手間後或是準備食物之前的手部衛生沒有做好而造成。

會引起HUS的品系起因於此品系的菌是放出的毒素作用。這些品系有機會從之前無害的大腸桿菌突變而來。

圖2：溶血性尿毒綜合症(hemolytic-uremic syndrome ; HUS)患者體中的紅血球裂體。 (圖片來源: http://en.wikipedia.org/wiki/2011_E._coli_O104:H4_outbreak )

這些大腸桿菌從何而來？

大部分的人正常情況下在腸道內均帶有無害的大腸桿菌株。這些引起腹瀉的的菌株主要都是因吃入受汙染的食物或水而進入人體。人傳人或是動物傳人的傳染方式都是藉由糞口途徑(faecal-oral route)。

在德國爆發疫情的大腸桿菌是哪一種品系？

大腸桿菌之血清分型主要依據二種抗原，一種是O抗原，又稱體抗原（Somatic Ag）；另一種是H抗原，又稱鞭毛抗原（Flagellar Ag）。大腸桿菌有超過160種O抗原，是分群的基礎，而H抗原約有50餘種。血清分型主要用於流行學調查。此次在德國爆發疫情的大腸桿菌，根據基因體比對結果，為變異型的大腸桿菌O104:H4。此變異株會產生破壞腎臟的毒素，同時也具備較佳黏附腸道的能力。

O104:H4是較少見的一種血清型，以往有單一的病例被報導，但之前從未與疫情爆發有關。這類大腸桿菌株是屬於腸出血性大腸桿菌（enterohaemorrhagic E. coli, EHEC），而EHEC有時也被稱為產生類志賀毒素大腸桿菌(shigatoxin-producing E. coli, STEC）或產生志賀樣毒素大腸桿菌（verocytotoxin-producing E. coli, VTEC），會產生志賀毒素(shigatoxin)或是志賀樣細胞毒素(verocytotoxin)。此次與疫情有關聯的品系似乎有不尋常高毒力特性，因此科學家認為是大腸桿菌中O104:H4血清型中的一種新品系菌株。

EHEC 和STEC與VTEC不同還是是他們都是一樣的？

STEC和VTEC是同義字，但是EHEC則是用來描述會引起出血性腹瀉(bloody diarrhea)的大腸桿菌品系。一些VTEC會引起出血性腹瀉，故它們也可以被稱為EHEC，例如引起2011德國疫情的O104:H4和最常見的O157品系。

參考資料：
1. Health Protection Agency 2011: “Q&A on large outbreak of HUS in Germany caused by E. coli.” (http://www.hpa.org.uk/web/HPAweb&Page&HPAwebAutoListName/Page/1296687744200)
2. WHO: “Frequently asked questions on the EHEC infection outbreak in Germany”. (June 6, 2011). (http://www.euro.who.int/en/what-we-do/health-topics/emergencies/international-health-regulations/ehec-outbreak-in-germany/faq-background)
3. Gill Jenkins: “E. coli infections” (June 2011) BBC. (http://www.bbc.co.uk/health/physical_health/conditions/ecoli.shtml)