大肠杆菌 - 全界百科

大肠杆菌（Escherichia coli）又叫做大肠埃希氏菌，大小为（0.5×1）～3微米，是一种两端钝圆、有鞭毛、能运动、无芽孢的革兰氏阴性杆菌。

1885年，埃希里克发表研究论文《新生儿和婴幼儿的肠道细菌》中现代大肠杆菌的最初名称——共存大肠杆菌（Bacterium coli commune）首次出现。1919年，卡斯特兰尼（Castellani）和查莫士（Chalmers）在《热带医学手册》第3版中予以确定，至此“大肠杆菌”名称固定下来。大肠杆菌是短杆菌属，大肠杆菌的生化代谢非常活跃。大肠杆菌可以发酵葡萄糖产酸、产气（个别菌株不产气）；还能发酵多种糖类，也可以利用多种有机酸盐。大肠杆菌主要栖息在人和高等动物的放射性肠炎或大肠中，是粪便中的主要微生物，也是地球表面上分布最广的细菌之一。婴儿出生后即随哺乳进入肠道，与人终身相伴，几乎占粪便干重的1/3。多数大肠杆菌在肠道内并不致病，但如移位至肠道外的组织或器官则可引起肠外感染。肠道外感染中，以化脓性感染和尿路感染最为常见。化脓性感染包括腹膜炎、阑尾炎、手术创口感染、败血症和新生儿脑膜炎；泌尿道感染常见的有尿道炎、膀胱炎、肾盂肾炎等。另外，部分类型的大肠杆菌也会引起肠道感染，造成急性腹泻。

大肠杆菌按致病作用分类分为6类：肠致病性大肠杆菌（EPEC）、肠产毒性大肠杆菌（ETEC）、肠侵袭性大肠杆菌（EIEC）、肠出血性大肠杆菌（EHEC）、肠黏附性大肠杆菌（EAEC）和弥散粘附性大肠杆菌(DAEC)。按溶血性分为溶血性大肠杆菌和非溶血性大肠杆菌，按产肠毒素性分为产肠毒素性大肠杆菌和非产肠毒素性大肠杆菌。其检测方法有多管发酵法、滤膜法、平板计数法等。

命名

1885年，在德国慕尼黑，小儿科医师T・埃希里克（Theodor Escherich）任职于儿童综合诊所和胡纳氏儿童医院，担任临床助理。埃希里克在细菌学蓬勃发展的时期接受培训，此前于1884年，他以科学助手身份前往意大利那不勒斯城，对当地霍乱病展开研究。除临床实践外，埃希里克对儿童肠道微生物群与腹泻病传染源的关联产生兴趣，并开展相关科学研究。1885年，埃希里克发表研究论文《新生儿和婴幼儿的肠道细菌》。在《进步》（《Fortschritte》）第3卷518页，现代大肠杆菌的最初名称——共存大肠杆菌（Bacterium coli commune）首次出现。

自“共存大肠杆菌”被发现，该菌种研究热度迅速攀升，初期几年被赋予多个名称。1889年称埃希氏杆菌（Bacillus escherichii），1895年命名为大肠杆菌（Bacillus coli），1900年又有短矛杆菌（Bacterium verus）、共存大肠杆菌（Bacillus coli communis）、大肠气杆菌（Aerobacter coli）等称呼。1895年，Migula提出以埃希氏菌属（Escherichia）作为大肠杆菌属名，1919年，卡斯特兰尼（Castellani）和查莫士（Chalmers）在《热带医学手册》第3版中予以确定，至此“大肠杆菌”名称固定下来。

病原学

形态结构

大肠杆菌是短杆菌属，两端呈钝圆形，革兰阴性。有时因环境不同，个别菌体出现近似球杆状或长丝状；大肠杆菌多是单一或两个存在，但不会排列呈长链形状；大多数的大肠杆菌菌株具有荚膜或微荚膜结构，但不能形成芽孢；多数大肠杆菌菌株生长有菌毛，其中一些菌毛是针对宿主及其他一些组织或细胞具有黏附作用的宿主特异性菌毛。大肠杆菌细胞的拟核有1个脱氧核糖核酸分子，长度约为4 700 000个核苷酸碱基对，在DNA分子上分布着大约4 400个基因，每个基因的平均长度约为1 000个碱基对。它的基因组 DNA为拟核中的一个环状分子，同时可以有多个环状质粒 DNA。

生物学特性

大肠杆菌是短杆菌属，属于农杆菌（G-），大肠杆菌的生化代谢非常活跃。大肠杆菌是人和动物肠道中的正常栖居菌，婴儿出生后即随哺乳进入肠道，与人终身相伴，几乎占粪便干重的1/3。大肠杆菌可以发酵葡萄糖产酸、产气（个别菌株不产气）；还能发酵多种糖类，也可以利用多种有机酸盐。在常用的生化特性检测项目中：大肠杆菌甲基红试验呈阳性；吲哚产生和乳糖发酵呈阳性（个别菌株表现阴性）；维-培试验呈阴性；脲酶和柠檬酸盐利用呈阴性（极个别菌株表现阳性）；硝酸盐还原试验呈阳性；氧化酶呈阴性；氧化-发酵试验表现为F型。

致病性

对人和多种动物来讲，由于病原大肠杆菌常常倾向于具有一定的宿主特异性，对人有致病作用的菌株常常很少引起动物的感染，反之亦然。据此，可将病原大肠杆菌大致划分为两种：即人病原大肠杆菌和动物病原大肠杆菌。动物的致泻性大肠杆菌已被明确的特征，主要是类似于ETEC的菌株。UPEC是一群能够引起人尿道感染的最常见的病原大肠杆菌。尿道感染很少独立存在于动物的大肠杆菌病的感染症状中。

流行病学特征

区域分布

大肠杆菌的发生与流行感染呈世界性分布，但大肠杆菌的流行性仍存在一定的区域分布特征。这些区域分布特征在人的大肠杆菌感染中表现得更明显些，最大的可能是因为与区域间经济条件和社会卫生状况等有一定联系。动物养殖环境的卫生条件、养殖密度、饲养管理水平、集约化程度以及畜禽粪便无害化处理效果等多种因素，直接影响着动物大肠杆菌病的发生与流行，在猪、鸡、牛、家兔等养殖动物中，这些因素的影响表现尤其突出。这种较大的差异即使在同一个国家或区域也会存在。

大肠杆菌主要栖息在人和高等动物（如猫狗宠物等）的放射性肠炎或大肠中，它是粪便中的主要微生物，因此它也是地球表面上分布最广的细菌之一。大肠杆菌在自然界生活力强，在土壤、水中可存活数月，其繁殖的最低水分活度为0.935-0.96。

易感宿主

动物的大肠杆菌病可以发生在多种家畜、家禽、养殖经济动物，以及其他陆生动物和某些水产动物中。其中，猪和鸡最为易感，而且危害十分严重。通常，大肠杆菌的感染均以幼龄动物的发病率和死亡率较高。

发病季节

大肠杆菌在动物群体间感染的季节发病特征不是非常明显。在一年四季，猪均可发生大肠杆菌感染，但主要发生在猪的产仔期至断乳期，这与猪的易感日龄相关联。犊牛和羔羊多发生于冬季和春季的舍饲时期。其他动物的大肠杆菌感染在常年均有发生，季节性不明显。

传染源与传播途径

人的大肠杆菌病的主要传染源是胃肠道感染患者的粪便，其中有大量大肠杆菌病原菌排至体外。大肠杆菌在人之间的传播途径多是粪-口传播途径，在一定条件下可引起大肠杆菌病散发或流行。常见的可能携带大肠杆菌的被污染物品包括鸡蛋、蔬菜水果（种植时使用受污染的水或肥料，或在收获、运输、储存过程中接触污染环境）以及原料受污染的自制酸奶等奶制品。

大肠杆菌病的病原菌多随粪便从动物体内排出，污染饲料、饮水及饲养环境等。这些污染物经饮食或饮水，通过消化道传给健康动物。在鸟纲，通常通过被污染的饲料和水传播，其中，由污染水源导致的消化道传播最为常见；此外，还有通过带菌的尘埃导致呼吸道感染、蛋壳被粪便污染后穿透蛋壳传播、患有输卵管炎的种禽通过种蛋垂直传播等途径。在哺乳期的仔猪、犊牛或其他幼龄哺乳动物中，乳头污染是主要的传播途径，主要是母体乳头被污染后，仔动物通过吮乳经消化道发生感染。

临床表现

肠外感染

多数大肠杆菌在肠道内并不致病，但如移位至肠道外的组织或器官则可引起肠外感染。肠道外感染中，以化脓性感染和尿路感染最为常见。化脓性感染包括腹膜炎、阑尾炎、手术创口感染、败血症和新生儿脑膜炎；泌尿道感染常见的有尿道炎、膀胱炎、肾盂肾炎等。除新生儿脑膜炎外，大肠杆菌引发的感染常来源于病人肠道，属于内源性感染。

败血症

大肠杆菌是从败血症病人中分离到的最常见革兰阴性菌，占比达 45%。大肠杆菌败血症通常由尿道和胃肠道感染引发，例如肠穿孔导致的伴有败血症的腹腔内感染。大肠杆菌败血症死亡率较高，尤其是婴儿、老人、免疫功能低下者，或原发感染部位为腹腔或中枢神经系统的患者。

新生儿脑膜炎

大肠杆菌是1岁以下婴儿中枢神经系统感染的主要致病因子之一。

泌尿道感染

引发泌尿道感染的大肠杆菌大多源自放射性肠炎，污染尿道后，上行至膀胱、肾脏和前列腺，属于上行性感染。女性泌尿道感染的发生率高于男性，性交、怀孕、男性前列腺肥大均为危险因素。插管和膀胱镜检查也可能带入细菌，增加感染风险。尿道感染的临床症状主要包括尿频、排尿困难、血尿和脓尿等。虽然多数大肠杆菌菌株都能引发泌尿道感染，但由某些特殊血清型引起的感染最为常见。这些能引起泌尿系统感染的特殊血清型统称为尿路致病性大肠杆菌，常见的有 O1、O2、O4、O6、O7、O16、O18、O75 等。这些血清型能产生特殊的毒力物质，如 P 菌毛、AAF/I、AAF/Ⅱ 和 Dr 菌毛等黏附素，以及溶血素。溶血素能够溶解红细胞和其他一些类型细胞，导致细胞因子释放和炎症反应。

肠道感染（急性腹泻）

引起肠道感染的大肠杆菌主要有五种类型。

肠产毒型大肠杆菌

是婴幼儿和旅游者腹泻最常见的病原菌，致病物质主要是肠毒素和粘附素。临床表现可从轻度腹泻至严重的霍乱样水泻。常见的血清型有 O6 和 O8 等。

肠致病型大肠杆菌

是新生儿腹泻的主要病原菌，严重者可致死亡，成人少见。该菌不产生肠毒素，主要导致粘膜上皮细胞结构和功能受损，引起严重腹泻。腹泻具有自限性疾病，但可以转为慢性。

肠侵袭型大肠杆菌

较少见，主要侵犯较大儿童和成人。本菌不产生肠毒素，主要侵犯肠粘膜，细菌死亡崩解后释放内毒素破坏细胞，形成炎症、溃疡，产生粘液脓血便，引起类似痢疾样腹泻。应注意与志贺氏菌属鉴别。

肠出血型大肠杆菌

肠出血型大肠杆菌可产生Vero毒素（志贺样毒素），该毒素会损伤肠道上皮细胞及血管内皮细胞，触发凝血功能异常，导致微血管栓塞，进而引发散发性或爆发性出血性结肠炎。其症状表现存在差异，从轻度水泻到伴有剧烈疼痛的血便均可能出现。研究显示，约10%的10岁以下患儿可能并发急性肾衰竭、血小板减少、溶血性尿毒综合症。主要因食用消毒不完全的牛奶、肉类而感染。细菌的血清型主要是 O157:H7。

肠集聚型大肠杆菌

产生毒素和粘附素，引起婴儿持续性腹泻、脱水，偶有便血。

检测方法

多管发酵法（MTF，Multiple-tube fermentation）

多管发酵法起源于上世纪20年代，被用来检测水体中大肠杆菌的数量。若多管发酵的大肠菌群阳性，在44.5度的培养基中进行24小时的培养，能释放出荧光产物，使培养基在紫外光源的照射下呈现荧光反应，此种方法即可检测出样本中是否含有大肠杆菌。具体步骤为先将样品进行发酵实验，发酵在单、双料乳糖胆盐发酵管内进行，发酵后需要对样本进行分离培养，将分离培养的样本进行二次发酵，再通过革兰氏染色、芽孢颜色和显微镜观测来完成实验。多管发酵法方法简单，实验要求和成本低，但是该方法易受其他因素的干扰而影响结果的准确性。

滤膜法（MF，membrane filter）

滤膜法是目前最为流行的微生物检验方法。滤膜法的具体步骤是：首先将检测的水体样本用0.45微米的滤膜过滤，水中的细菌则被留在滤膜上；将滤膜放在培养基（成分为红色硫酸钠）上培养24小时，温度为恒温37度，这使得菌群因发酵乳糖而使滤膜出现紫红色，通过计算滤膜上的菌落进而计算出单位样本中的大肠杆菌的数量。

平板计数法（plate count）

该方法操作的顺序是：首先将样本进行稀释，使其中的微生物通过稀释进而分散成单个细胞，取定量的稀释液进行培养使其逐渐生长成肉眼可观察的菌落，然后通过稀释度和样本数量来计算菌数。

高效液相色谱法（HPLC）

该方法的主要思路是根据离子配对反相层析的理论来分析核酸。高效液相色谱法采用分离脱氧核糖核酸片段的方法，DNA链的长度同磷酸基团的数量成正比，因此更多的TEAA与之相融合进而增加其在柱内的保留时间，乙腈的亲水特性可以通过增加其浓度来将DNA分离，在恰当的变性温度下通过图谱显示吸收峰。这种技术的准确率高，而且成本较低，不仅能节省工作量，还能在大批量的试验中广泛采用。

聚合酶链式反应（PCR，Polymerase Chain Reaction）

又称为无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术，其基本原理是利用碳、磷或者硫的同位素来标记特异核苷酸片段做探测针。这种方法主要用来检测那些不能通过人工方法培养的菌落。在目前的食品检验中，通常用氧化酶与之相结合，这两种方法的结合使结果的准确度高，但是需要较长时间对样品进行提纯化处理，而且相关的实验人员需要具有较强的分子生物学基础。

免疫磁珠技术（IMS）

免疫磁珠技术也是一种大肠杆菌的分离技术，其基本原理是将磁珠作为抗体的载体，在磁珠同大肠杆菌结合以后，通过磁力来实现力学移动，进而将大肠杆菌进行了分离。同其他的细菌分离方法相比，免疫磁珠技术在很大程度上提高了样本中病原性副溶血弧菌的检测率。免疫磁珠技术可以快速地在不同菌种的样本中分离出不同的微生物，该方法如果同聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction）技术相结合可以大幅度地提升检测的效率。

酶联免疫吸附测定法（ELISA，Enzyme - Linked Immunosorbent Assay）

酶联免疫吸附测定法的基本原理是在不损坏抗体免疫活性的前提下预先将其结合到某种固相载体的表面，将待检验的样本按照一定顺序同结合在固相载体上的抗体进行化学反应而变成抗体配位化合物，在反应结束后将其他物质洗去并且加入酶反应底物使其产生变色反应，最后计算有色物来测定单位样本中所含待检测物的数量。

上述的方法是采用的比较常见的生化测定技术，除此之外还有很多的检测方法，如脱氧核糖核酸探针技术、基因芯片技术、生物传感器和即用型纸片法等相关的方法，这些方法往往通过互相配合使用来测定样本。两种或更多技术的联合使用使得测定的结果更加准确。

预防措施

食材要新鲜并清洗干净，肉类煮熟后再食用；生熟食材要分开，分区处理和存放，变质食物切忌食用；水和奶制品消毒后再饮用；养成良好的个人卫生习惯，饭前便后勤洗手；通过体育锻炼、合理安排休息、多吃新鲜的蔬菜水果、保持良好的情绪来共同提高机体的免疫力。

干预治疗

大肠杆菌肠炎的治疗

补充液体和电解质，以纠正失水和电解质紊乱，是治疗大肠杆菌肠炎腹泻最重要的措施。对于腹泻失水不甚严重者，可予以口服补液。其配方为：在 1000ml 液体中，含葡萄糖 20g、氯化钠 3.5g、碳酸氢钠 2.5g 和氯化钾 1.5g。口服补液正在被广泛使用，疗效达 90% 以上，婴儿腹泻伴脱水者一般于 12 小时内可得到纠正。腹泻（尤其是肠毒素引起的腹泻）时，肠道黏膜仍保持一定吸收功能，口服葡萄糖即可被吸收，并因此可促进水和电解质的吸收。

大肠杆菌所致的腹泻，一般不应用抗菌药物。只有在肠毒素所致腹泻持续不愈、病情严重时，才考虑采用抗菌药物治疗。在需要使用抗菌药物时，可选用复方磺胺甲基异唑，每次 2 片，每日 2 次；或吡哌酸，每次 0.5g，每日 4 次。卡那霉素或多粘菌素 B 口服也能发挥一定作用。

大肠杆菌尿路感染的治疗

在治疗大肠杆菌尿路感染时，除根据细菌对药物的敏感度选用适当抗菌药物外，还应强调多进水、多次排尿等一般治疗措施的重要性。Greenwood 等（1982）指出，无并发症、有症状的下尿路感染，至少半数病人仅应用利尿等简单、非特异性的治疗措施即可痊愈。治疗大肠杆菌尿路感染的药物基本与其他肠杆菌科细菌相同。绝大多数抗菌药物在尿中浓度很高，不少抗菌药物在肾组织中也有较高浓度，因此抗菌药物对急性无并发症的尿路感染疗效甚为满意。

磺胺类药物

磺胺药对大肠杆菌等常见致病菌有较强抗菌作用，与甲氧啶（TMP）合用会出现协同现象。常用于尿路感染的磺胺药有复方磺胺甲恶唑（SMZ-TMP）、复方磺胺嘧啶（SD-TMP）、磺胺异恶唑、磺胺 - 6 - 甲氧嘧啶等。

呋喃妥因

是治疗急、慢性尿路感染以及长期预防性或抑制性治疗常用的比较理想的药物。它对大肠杆菌和多数其他尿路感染致病菌（包括肠球菌）有抑菌作用，在肾脏浓度较高。

萘啶酸及同类药物

啶酸对多数肠杆菌科细菌的最低抑菌浓度小于 10mg/L，但细菌对本品易产生耐药性。口服后吸收良好，在肝内迅速代谢为无抗菌活性物质，然后经肾排出体外。本品治疗急性尿路感染效果比较满意，但对慢性及复发病例的细菌清除率不够理想。萘啶酸的同类品奥索利酸（oxolinic acid）、西诺沙星（cinoxacin）、吡咯酸（piromidic acid）和吡哌酸（pipemidic acid）的抗菌作用皆较萘啶酸强。吡哌酸的血药浓度和尿药浓度皆较萘啶酸为高，对急性或无并发症尿路感染的有效率在 90% 以上，对有并发症的慢性尿路感染的有效率也可达 65%。新近用于临床的另一种萘啶酸同类品 —— 诺氟沙星（norfloxacin）的抗菌作用最强，对大肠杆菌等肠杆菌科细菌的最低抑菌浓度（MIC）小于 1mg/L，治疗大肠杆菌、吲哚阳性变形杆菌、克雷伯菌、绿脓杆菌等所致的上尿路感染和下尿路感染的痊愈率分别为 84% 和 79%。

乌洛托品与孟德立胺

乌洛托品（环六亚甲基四胺，methenamine）为甲醛与氨缩合产物，在酸性尿中分解释出甲醛而发挥抗菌作用。 L-扁桃酸（mandelic acid）也仅在酸性尿中才有抗菌作用。两者合成的盐称孟德立胺（methenamine mandelate），用于治疗或预防反复发作的慢性尿路感染，对多种抗生素耐药的肺炎克雷伯菌，特别是大肠杆菌尿路感染或放置保留导尿管伴有慢性菌尿症者皆可应用。由于甲醛释放量常不足以杀灭细菌，所以不能用于急性感染。

青霉素类与头孢菌素类

广谱苄青霉素如氨苄青霉素、阿莫西林、羧苄青霉素、呋苄青霉素和氧青霉素，以及主要作用于革兰阴性杆菌的氨曲南对大肠杆菌皆有抗菌活性；各种头孢菌素对大肠杆菌也有一定的抗菌作用，第三代头孢菌素的抗菌活性尤为突出。青霉素类和头孢菌素类的抗菌作用强、疗效好、毒性低，但其价格高昂，难以普遍应用。

氨基糖苷类抗生素与多粘菌素

氨基糖苷类抗生素和多粘菌素对大肠杆菌和其他肺炎克雷伯菌有强大杀菌作用，对尿路感染有较好疗效，但其临床应用受到其毒性的限制。

其他大肠杆菌感染

大肠杆菌引发的败血症、心内膜炎、肺部感染、脑膜炎、肝胆系统感染、腹膜炎等，病情大多较为严重，病死率高。应及时给予抗菌作用强、疗效高的抗生素，尽早控制感染。一般采取氨基糖类抗生素与半合成苄青霉素或头孢菌素联合治疗。常用的氨基糖甙类抗生素有庆大霉素、卡那霉素、妥布霉素、丁胺卡那霉素等。半合成青霉素中包括氨苄青霉素、羧苄青霉素、呋苄青霉素、氧哌嗪青霉素等。头孢唑林钠是第一代头孢菌素中对大肠杆菌抗菌作用最强的，但仍逊色于第二代头孢菌素（头孢羟唑和头孢呋肟），更不及第三代头孢菌素和其他 β - 内酰胺抗生素，如头孢噻肟钠、头孢去甲噻肟、头孢三嗪、头孢噻甲羧肟、头孢哌酮钠、羟羧氧酰胺菌素、氨曲南（aztreonam）等。

每 8 小时静脉注射羟羧氧酰胺菌素和头孢氨噻肟后，脑脊液浓度分别为 15 - 27mg/L 和 2 - 10mg/L。两者治疗由大肠杆菌、克雷伯菌等肺炎克雷伯菌引起的脑膜炎时，治愈率均可达 85%。大肠杆菌败血症的病死率在不同作者的报告中为 17% - 48%。处理大肠杆菌败血症时，除选用强有力的抗生素外，还应加强一般支持疗法，提高病人的免疫力。对于中性粒细胞减少者，可考虑输入白细胞。大肠杆菌 J5（核心抗原）的抗血清，可明显降低大肠杆菌和其他革兰阴性杆菌败血症以及并发休克病例的病死率。革兰阴性杆菌心内膜炎病死率可达 80% 以上，未经手术处理者几乎难以存活。因此，在处理大肠杆菌心内膜炎时，应采用抗生素联合治疗，剂量宜充足；内科治疗无效者，应考虑外科手术。

杀菌方法

常用杀灭大肠杆菌的方法包括高温堆肥、滚筒干燥、厌氧消化等。因大多数种类的大肠杆菌不耐热，高温堆肥是最常用的杀灭病菌虫卵的方法，但其杀灭效果受曝气量、物料C/N、堆体pH值、含水率等堆肥工艺影响。

生物价值

在现代生物学研究中，大肠杆菌是被研究最多的细菌之一，属于模式生物，其基因组序列已全部测定。借助分子生物学方法在大肠杆菌研究中得到的结论，能应用于其他生物的研究。在生物工程领域，大肠杆菌常作为外源基因表达的宿主，遗传背景清楚，技术操作简单，培养条件简单，大规模发酵经济，倍受遗传工程专家的重视，其应用已涉及多种疫苗（如人类乳头瘤病毒疫苗）的研发与生产，有助于降低生产成本并提升可及性。

命名

分类

按致病作用分类

按溶血性分类

按产肠毒素性分类

病原学