Baktérie Escherichia coli (E. coli) je běžnou součástí lidského zažívacího traktu. Tam je velmi prospěšná, neboť se podílí na syntéze hned několika vitamínů zároveň. Problém představuje v prostředí.

Spolu s látkovou přeměnou se dostává nejen do půdy, ale hlavně do vodních zdrojů. Kromě pití závadné vody, požití špatně upravených či skladovaných potravin, se lze nakazit také na koupalištích, přírodních, ale i v bazénech. E. coli nevyvolává jen známé gastrointestinální potíže (průjmy). Dohromady s toxiny, jež uvolňuje, bývá příčinou komplikovaných zánětů močových cest. Zvlášť agresivní kmeny mohou způsobovat krvácivé průjmy i sepsi celého organismu, která může vést až k selhání ledvin.

Metabolity E. coli poškozující lidský organismus

Termolabilní a termostabilní enterotoxiny (jsou příčinou většiny vodnatých průjmů)

Shiga-like toxiny (stojí za onemocněními typu úplavice)

Hemolyziny (látky způsobující rozpad červených krvinek)

Odstranění koliformních baktérií z vody lze spolehlivě provádět dezinfekčními prostředky na bázi chlóru a UV světlem, jehož výhodou je, že nemění chuť ani chemické složení vody. Nicméně neupravuje-li se tak voda preventivně, je nezbytný včasný záchyt přítomnosti patogenů ve vodním zdroji.

Diagnostika E. coli

Kultivace E. coli není nijak složitá. V podobě drobných, lehce narůžovělých kolonií roste dobře na laktózovém nebo Endově agaru. Na krevním agaru se kultivují kmeny, u nichž je podezření, že produkují hemolyziny.

Zpracování v laboratoři

Vzorek vody se přefiltruje, zkoncentruje a pomocí kličky nanese na živnou půdu. Kolonie se vytvoří zpravidla do druhého dne (kultivační teplota je 37 °C). Přesto je tento proces někdy zdlouhavý – personál musí půdy připravit a narostlé kolonie je třeba spočítat.

Není divu, že vědci hledají „instantní“ způsob, jenž by umožnil odhalit koliformní baktérie ve vodě během pár hodin, a hlavně na místě, bez složitého transportu vzorků do laboratoře. Řešením v rychlé diagnostice se mají stát úhlavní nepřátelé enterobaktérií – bakteriofágy (fágy).

Co jsou to bakteriofágy

Bakteriofágy jsou viry vázané svým životním cyklem na baktérie. Všechny vypadají dost podobně – mají hlavičku a bičíky. Jejich názvy nejsou nijak vzrušující – pojmenovávají se zpravidla čísly. Pomocí bičíků přilnou k bakteriální buňce a vypustí do ní svojí DNA. DNA se replikuje, z proteinů se sestaví krček, hlavička, bičíky a obal (kapsida). Hostitelská buňka praskne a nové fágové „potomstvo“ je připraveno vyhledat si další obět

Potenciál bakteriofágů v medicíně a diagnostice

Vědci testují bakteriofágy jako alternativu k antibiotikům. Mnohé baktérie totiž začínají být rezistentní k běžně užívaným preparátům. Geneticky modifikované bakteriofágy se také mohou stát účinným nástrojem při diagnostice koliformních baktérií v pitné vodě.

Pilotní studie zkoumají využití geneticky modifikovaných fágů v diagnostice závadné vody

Pití vody infikované baktériemi je celosvětovým problémem. Geneticky upravené fágy by tak mohly pomoci při vývoji levných a účinných testů, které by bylo možné použít přímo v místě podezření na kontaminaci. Rychlým otestováním vzorku vody by se tak dalo efektivně ochránit veřejné zdraví. V mnoha případech nelze čekat několik dní na výsledky kultivace a zejména v rozvojových zemích není síť diagnostických laboratoří dostatečně hustá.

Bakteriofág jako světluška

Co zkusit metodu, prostřednictvím které bude koliformní (nebo jakákoliv jiná) baktérie světélkovat a nebude nutné čekat na výsledek kultivace? Řešení existuje. Jen je třeba do bakteriofága vložit gen pro syntézu enzymu luciferázy, což dnes již není žádný problém. Metody fluorescenčně značených fágů se neustále zdokonalují, a tak jsou pomocí nich detekovány stále nižší koncentrace koliformních baktérií (1).

Baktérie infikované bakteriofágem produkují luciferázu. Enzym poté katalyzuje reakci, která vede k tvorbě světla a vzniku bioluminiscence. Celý postup je zatím ve vývoji. Přidat do vody fágovou suspenzi, protřepat a sledovat fluorescenci zatím možné není. Některé laboratoře vytvářejí z vody koncentrát, jiné baktérie pomnožují v tekutém živném médiu.

Cílená likvidace konkrétních druhů baktérií dokonce i v biofilmech

Další týmy přemýšlejí nad tím, že fágy mohou být samy o sobě účinnými nástroji v odstraňování koliformních baktérií. Každá baktérie má totiž svého specifického nepřátelského bakteriofága, a tak je možné cíleně odstranit jen konkrétní bakteriální druh či kmen.

Metoda se jeví být slibná zvlášť v případech baktérií se silnou rezistenci k více antibiotikům zároveň nebo k likvidaci odolných bakteriálních biofilmů. Vědci zkoušeli různé kombinace – sloučeniny chlóru, chlórovou dezinfekci s bakteriofágy dohromady a fágy samotné. Biofilmy byly všem testovaným směsím vystaveny několik dní. Bakteriofágy prokázaly v likvidaci biofilmů velkou úspěšnost, a studie tak dávají naději, že klasická chemie je sice nenahraditelná, ale je-li vhodně doplněná „biologickými zbraněmi“, může být její účinnost v boji s koliformními baktériemi výrazně znásobená (2).

(1) T. C. Hinkley, S. Garing, S. Singh, A-L. M. Le Ny, K. P. Nichols, J. E. Peters, J. N. Talbert, S. R. Nugen. Reporter bacteriophage T7NLC utilizes a novel NanoLuc:: CBM fusion for the ultrasensitive detection of Escherichia coli in water. The Analyst, 2018; 143 (17)

(2) Yanyan Zhang, Zhiqiang Hu. Combined treatment of Pseudomonas aeruginosa biofilms with bacteriophages and chlorine. Biotechnology and Bioengineering, 2012; DOI: 10.1002/bit.24630

Autor: Marcela Malcová, EuroClean s.r.o., ilustrační foto (E.coli) euroclean