Enterobactérias e principais gêneros de Escherichia coli

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Tutoria 13
M. H., sexo masculino, 21 anos de idade mora na cidade de Três Lagoas/MS e estuda enfermagem na UFMS. Em sua viagem de férias a São Paulo, ao encostar seu carro na estrada para descanso, parou em uma lanchonete e ingeriu duas coxinhas fritas de frango com catupiry. Horas depois, começou a sentir fortes dores abdominais, vômitos e diarreia muito forte. No outro dia seu estado de saúde se agravou, levando o para uma unidade básica de saúde. No pronto socorro, M. H. foi orientado que várias bactérias podem causar diarreia, febre e cólicas abdominais, principalmente as bactérias pertencentes à família das Enterobactérias, como a Escherichia coli. Entretanto, M. H. ficou confuso, e perguntou ao médico:
“Mas a Escherichia coli não é uma bactéria que vive em nosso intestino sem causar doença, como que ela está causando isso em mim?”.
O médico respondeu: “Existem vários tipos de Escherichia coli, normalmente são inofensivas, mas certas linhagens podem ser patogênicas. Você entrou em contato com um sorotipo diferente e mais virulento causador de gastroenterites. Identificar a bactéria causadora da gastroenterite por coprocultura irá determinar qual antibiótico que poderá ser utilizado para reverter sua gastroenterite”. M. H., agora mais informado, seguiu ao laboratório para a realização do exame solicitado pelo médico.
Objetivos:
Estudar as características gerais das enterobactérias
Identificar os tipos de E. coli, suas manifestações clínicas e patogênese: EPEC, STEC, EAEC, EIEC, EXPEC
Enterobactérias
Características Gerais
São os principais agentes de infecção hospitalar e a principal causa de infecção intestinal em muitos países. 
Gênero e Espécies
A cada ano novos membros são incluídos nesta família. Antigamente a classificação era feita com base nos métodos fenotípicos, mas atualmente tem-se o emprego de métodos moleculares, o que torna o estudo desses micro-organismos cada vez mais complexo.
A família é constituída por aproximadamente 40 gêneros e mais de 170 espécies. Pode-se dividir os gêneros da família em dois grandes grupos: 
 
Estrutura
Característica:
Bacilos Gram-negativos
Possuem membrana citoplasmática, espaço periplásmico, peptideoglicano e membrana externa. 
A maioria apresenta flagelo 
Muitas possuem cápsulas ou estrutura tipo capsular (antígenos K). 
A membrana externa contém o LPS, porinas e diferentes tipos de fímbrias. 
Cromossomo é único e circular.
Aspectos Fisiológicos
São anaeróbias facultativas, reduzem nitrato a nitrito, fermentam glicose, metabolizam carboidratos, proteínas, aminoácidos, lipídeos e ácidos orgânicos. 
Utilizam glicose e amônia como fontes únicas de carbono e nitrogênio e produzem catalase. Estas propriedades metabólicas são usadas na classificação e identificação dos gêneros e espécies da família. 
Apresentam mecanismos de secreção de proteínas, muito particular, o sistema de secreção do tipo III, que injeta proteínas efetoras no citosol das células hospedeiras.
Aspectos genéticos
Obteve-se, recentemente o sequenciamento do cromossomo e de vários plasmídios de enterobactérias. 
Descobriu-se, por meio deste que o genoma de enterobactéria é constituído por um cerne comum a todas as espécies, o qual é marcado por ISs (sequência de inserção), fagos, ilhas de patogenicidade, pseudogenes, sequências repetidas, mutações e deleções que explicariam as diferenças entre as espécies. 
Estrutura antigênica
Várias das estruturas celulares são antigênicas:
Flagelos – antígenos H
LPS – antígeno O (polissacarídeo da cadeia lateral da molécula)
Cápsulas – antígenos capsulares – antígeno K
Esses antígenos representam a base da identificação sorológica dos membros da família Enterobacteriaceae, que muito contribuiu para o conhecimento da epidemiologia das infecções e da patogenicidade de muitas delas.
Fatores de Virulência
Elas apresentam ou produzem grande quantidade de fatores de virulência comprovados e potenciais.
Com relação aos patógenos que causam bacteremias (bactérias na corrente sanguínea) e septicemias (inflamação causada pela resposta imunológica a uma inflamação) dá-se importância ao antígeno K (cápsula), que protege o patógeno da ação dos fagócitos e dos anticorpos.
As toxinas EAST e CDT são muito importantes. 
O lipídeo A e o peptideoglicano são também fatores de virulência, pois estimulam a produção de citocinas, que geram a febre e as manifestações gerais das infecções pelas enterobacteriaceas
A expressão dos fatores de virulência é mediada por sistemas complexos de regulação, que são sensíveis a diferentes condições ambientais, permitindo a adaptação das bactérias a diferentes nichos ecológicos
Infecções
Podem causar infecções intestinais e extraintestinais (localizadas ou sistêmicas). As infecções localizadas mais frequentes são as das vias urinárias, dos pulmões e do tecido celular subcutâneo (feridas). 
As infecções podem permanecer localizadas ou se transformarem em infecções sistêmicas. As bacteremias são frequentes e podem ocorrer após a translocação para a corrente sanguínea de enterobacteriáceas presentes nos intestinos. 
Principais Gêneros
Edwardsiella
E. tarda espécie mais importante isolada de casos de infecções em seres humanos. 
É conhecida como agente de gastrenterites e infecções de feridas. Estudos demonstram que ela pode causar diarreia, apesar de não ser enteropatogênica. 
A E. tarda invade e destrói células HeLa. Obs.: células de HeLa são células retiradas de Henrietta Lacks, a qual teve câncer no colo do útero e morreu. Um médico retirou um pedaço de tecido para uma biópsia, sem pedir autorização, e desde então essas células vem se multiplicando. Puta história legal, procurem.
Providencia
P. alcalifaciens, tem potencial de enteropatogêni-ca. É mais frequente em crianças com diarreia. Um de seus ribotipos invade células HeLa. As demais espécies do gênero têm sido isoladas de pacientes com infecção urinária.
Hafnia
Hafnia alvei é a única espécie do gênero. Pode estar associada à diarreia de turistas e crianças. Raramente, H. alvei pode estar associada a infecções extraintestinais, principalmente das vias biliares.
Klebsiella
Possui duas espécies, K. oxytoca e K. pneumoniae. A segunda é encontrada nas fezes de 30% dos indivíduos normais e, em menor frequência, na nasofaringe. Nas fezes de crianças e depois do uso de antibióticos, a frequência é mais elevada.
A K. pneumoniae causa pneumonias, bacteremias e infecções em outros órgãos. Frequente nas infecções hospitalares e é também um patógeno oportunista (recém-nascidos, pacientes cirúrgicos, portadores de neoplasias e diabetes). Em etilistas e diabéticos a colonização na orofaringe é alta, o que aumenta o risco de pneumonia. 
Este patógeno tem facilidade em colonizar mucosas, podendo colonizar os tratos intestinal e respiratório. Também pode causar meningite nos imunocomprometidos, endocardite, infecção de tecidos moles, feridas cutâneas e enterite. 
Em relação a infecção hospitalar, a colonização por Klebsiella está mais relacionada com o uso de antibióticos do que com os problemas hospitalares em si.
Os demais membros do gênero estão associados a doenças menos comuns: K. rhinoscleromatis é o agente da rinoescleroma, K ozenae é agente da ozena e K. granulomatis é o agente do granuloma inguinal (DST)
Citrobacter
Não são consideradas enteropatógenos.
As mais importantes são C. freudii e C. diversus (C. koseri). A primeira tem sido ligada a infecções urinárias, bacteremias e infecções respiratórias entre outras. A espécie C. diversus suspeita-se estar envolvida em casos de meningites em recém-nascidos. 
Enterobacter
E. cloaceae e E. aerogenes, predominam sobre todas as demais como causa de infecções humanas em vários órgãos. 
São capazes de contaminar equipamentos médicos, apresentam-se multirresistentes e estão envolvidas em surtos de infecção hospitalar, causando, principalmente, infecções urinárias e infecções respiratórias.
Proteus
P. mirabilis é a espécie mais importante,possui relação com infecções. Produzem grandes quantidades de urease que degrada a ureia formando amônia. A alcalinização da urina durante as infecções urinárias contribui para a formação de cálculos urinários.
Morganella
M. morganii causa infecções urinárias. As duas também produzem urease.
Serratia
S. marscescens causa a grande maioria das infecções, que costuma contaminar equipamentos médicos e soluções com baixo poder desinfetante.
Escherichia coli
Compreende cinco categorias de amostras que causam infecção intestinal por diferentes mecanismos e várias outras especificamente associadas com infecções urinárias, meningites e provavelmente outras infecções extraintestinais. 
As categorias que causam infecção intestinal são coletivamente chamadas de E. coli diarreiogênica e as associadas a infecções extraintestinais de EXPEC (Extra intestinal Pathogenic E. coli). 
A E. coli é membro da microbiota intestinal normal do homem, sendo encontrada nas fezes de todos os indivíduos hígidos, e é, portanto, a base do teste para verificar contaminação fecal da água e dos alimentos tão usado em saúde pública.
Outros gêneros e espécies não tradicionais
A maioria destes gêneros foi caracterizada por métodos moleculares a partir de 1980 e inclui um número variável de espécies. 
Alguns estão associados a infecções humanas, outros são principalmente ambientais e ainda outros estão associados a vegetais e insetos. 
Diagnóstico
O diagnóstico tem por base o isolamento da enterobacteriácea e sua identificação. O isolamento não oferece dificuldade, porque as enterobacteriáceas crescem bem nos meios de cultura simples e também em meios seletivos, como o de MacConkey. 
Devemos considerar separadamente as mais frequentes e típicas das mais raras e difíceis.
Alguns exemplos de características culturais muito úteis em identificação podem ser mencionados:
Morfologia das colônias: em placas de MacConkey, E. coli e Klebsiella pneumoniae formam colônias altamente sugestivas das espécies. Já em placa de ágar- sangue, Proteus mirabilis tem um crescimento em forma de véu bastante característico.
 E. coli em MacConkey P. mirabilis em ágar-sangue
Pigmentação: algumas enterobacteriáceas produzem pigmento característico. O mais típico é o pigmento vermelho produzido por Serratia marcescens.
Testes bioquímicos: mostra o comportamento de algumas espécies de Enterobacteriaceae, quando submetidas a um número relativamente pequeno de testes bioquímicos. Estes testes podem ser feitos de forma clássica, em que são utilizados meios de cultura sólidos ou líquidos distribuídos em tubos de ensaio ou em diferentes modalidades de kits, como o kit do sistema API.
Sorotipagem
A presença dos antígenos O, K e H permite que as espécies sejam divididas em sorogrupos e sorotipos. 
Essa divisão é usada em espécies de interesse epidemiológico, por exemplo, para o estudo dos agentes de infecção intestinal. 
Aspectos Epidemiológicos
A epidemiologia das infecções intestinais é dita nos próximos objetivos, quanto às infecções extraintestinais, algumas são adquiridas na comunidade outras são de natureza hospitalar.
Infecções da comunidade urinárias causadas por E. coli e Proteus mirabilis
Em hospitais, diferentes órgãos podem ser afetados e a frequência varia de acordo com diferentes fatores.
As espécies tradicionais continuam sendo as mais importantes e frequentes que outras, no quesito infecções humanas. 
Tratamento
As enterobacteriáceas são resistentes a vários antibióticos, como ácido fusídico, clindamicina, estreptograminas, glicopeptídeos, linezolida, macrolídeos e penicilina G. Além disso, algumas podem ainda apresentar resistência a outros antibióticos e adquirir resistência a praticamente todos eles. 
A resistência é múltipla, por isso, a frequência dos diferentes tipos de amostras resistentes está intimamente ligada ao uso dos antibióticos. A variabilidade de sensibilidade aos antimicrobianos, faz com que haja necessidade de se pesquisar o perfil de sensibilidade de cada cepa isolada.
Escherichia coli Enteropatogênica (EPEC)
Características Gerais
Atualmente a EPEC é definida como cepas de E. coli que:
induzem uma lesão histopatológica no epitélio intestinal denominada lesão attaching and effacing (tradução: anexando e apagando; Lesão AE) e;
são desprovidas dos genes que codificam a toxina Shiga (stx1 e stx2).
As EPEC podem ainda ser divididas em típicas e atípicas, sendo que as típicas possuem o plasmídio EAF (pEAF: EPEC adherence factor) e as atípicas não o possuem. 
Apesar dessa diferença, o segundo grupo é capaz de produzir diarreia de igual severidade ao grupo portador do plasmídio. 
O pEAF (plasmídio EAF) contém genes que codificam uma fímbria denominada BFP (pilus formador de feixes) que confere as EPEC típicas um fenótipo de adesão localizada (AL) em células epiteliais. 
No padrão AL, ocorre a formação de microcolônias compactas em uma ou mais áreas da superfície da célula eucariota in vitro, após um período de infecção de 3h. As EPEC atípicas podem ou não aderir-se às células epiteliais em cultura. Dentre aquelas que se aderem, há a formação de um padrão de aderência semelhante à localizada (AL-like, ALL), nesse padrão as microcolônias são mais frouxas e que são visualizadas apenas após períodos mais prolongados (6h).
Manifestações Clínicas
A principal manifestação clínica das EPEC, típicas e atípicas, é a diarreia aguda, a qual pode variar desde infecções subclínicas até infecções fatais, provavelmente e devido a fatores do hospedeiro.
Essa diarreia tem como características: ser secretora abundante, com muco, desprovida de sangue, com importante perda de fluidos e eletrólitos nas fezes; assim como febre baixa e vômito. 
Em alguns casos a infecção por EPEC pode levar à má-absorção severa de nutrientes e evoluir para intolerância alimentar, o que pode resultar em diarreia persistente e desnutrição.
Alguns estudos apontam que as EPEC atípicas possuem importância na causa de diarreias persistentes, isto é, com duração igual ou maior a 14 dias.
Fatores de Virulência
Lesão AE: Esse é o principal mecanismo de patogenicidade da EPEC. Nessa lesão observam-se: a eliminação das microvilosidades e a aderência íntima da bactéria à membrana do enterócito. Sob a bactéria aderida, ocorre intensa polimerização de actina e outros elementos do citoesqueleto, formando uma estrutura elevada, semelhante a um pedestal.
A formação da lesão AE depende da expressão de vários genes cromossômicos, agrupados em uma ilha de patogenicidade denominada LEE (locus de eliminação de enterócitos). A região LEE possue genes que codificam proteínas associadas à biogênese do Sistema de Secreção do Tipo Três (SST3).
Por meio do SST3, a EPEC insere a Tir (receptor translocado de intimina) na célula do hospedeiro, assim, a proteína de membrana intimina é capaz de interagir com o Tir, favorecendo a colonização intestinal.
Proteínas secretadas: As EPEC secretam para a célula do hospedeiro sete proteínas efetoras codificadas por genes localizados na região LEE. 
Essas proteínas em geral estão relacionadas com evitar a fagocitose da bactéria, causar alterações no citoesqueleto da célula e proporcionar a sobrevivência da célula hospedeira durante o processo de infecção. São elas: 
EspB - inibe a fagocitose de EPEC por macrófagos
Tir - atua como receptor da adesina intimina
EspF - inibição da fagocitose, induz alterações nas junções oclusivas
Map - alterações nas funções oclusivas, alteração da estrutura e função de mitocôndrias
EspG - interage com a tubulina e altera componentes do citoesqueleto
EspH - inibe a fagocitose de EPEC por macrófagos
EspZ - relacionada com a sobrevivência da célula hospedeira, durante o processo de infecção por isolados de EPEC.
Adesinas: Paa, Saa, Iha, ToxB, ECP e Efa1/LifA. Outra estrutura que desempenha papel auxiliar na aderência das EPEC às células é o flagelo. Esporadicamente algumas EPEC atípicas podemaderir às células epiteliais com padrões característicos de outros patotipos de E. coli diarreiogênica. Em ensaios de aderência realizados em períodos de incubação mais prolongados, tem-se detectado cepas de EPEC atípica capazes de produzir o padrão AL independentemente da produção de BFP.
Toxinas: Hemolisina de EHEC, toxina termoestável EAST1 e toxina citoletal distentora (CDT). As EPEC não produzem enterotoxinas termo-lábeis (LT) e/ou termo-estáveis (ST) nem toxinas semelhantes à Toxina Shiga.
Regulação
A produção de BFP, de intimina e de proteínas secretadas é maior na fase exponencial de crescimento e fortemente estimulada pela temperatura de 37ºC, pH neutro, presença de cálcio e de bicarbonato de sódio e níveis apropriados de sais de ferro, que são as condições encontradas no intestino delgado.
Proteínas reguladoras codificadas na região LEE participam ativamente no processo de regulação da expressão de fatores de virulência, codificados por genes nessa região.	
A regulação dos fatores de virulência também passa por genes localizados no pEAF. 
Os genes de virulência da região LEE também são regulados por quorum sensing: mecanismo de sinalização célula-a-célula através de compostos conhecidos como autoindutores os quais permitem a uma bactéria “sentir” a sua própria população, bem como a população de outras bactérias em um determinado ambiente. O quorum sensing é capaz de ativar a expressão flagelar e de BFP, estando diretamente envolvido nos processos de mobilidade e aderência bacteriana.
Patogênese
Uma vez ultrapassada a barreira gástrica, as EPEC aderem às mucosas dos intestinos delgado e grosso, primeiramente de uma forma mais superficial e depois de modo mais íntimo. Essa aderência é multifatorial.
Após a colonização, várias proteínas efetoras são translocadas pela SST3, cujos efeitos produzem alterações nas células epiteliais culminando na lesão AE. Essa lesão, contudo, não é o único fator para os sintomas da diarreia, uma vez que alterações no transporte de íons e água, abertura de junções oclusivas entre os enterócitos, desarranjo do sistema de enzimas digestivas/absortivas (com redução da atividade enzimática) assim como a própria inflamação na mucosa intestinal (com edema e infiltração de neutrófilos) podem contribuir.
Infecções severas por EPEC podem levar à total destruição do epitélio absortivo intestinal, com marcante atrofia vilositária e afinamento da camada mucosa.
Resposta Imunológica
	Uma vez que o hospedeiro identifique fatores de virulência de EPEC, foi verificado que muitos deles (ex. intimina, BFP, EspA, EspB e Tir) induzem resposta imunológica no soro (IgG e IgM) e em leite, colostro e saliva (sIgA) de hospedeiros humanos doentes e saudáveis e em colostro e leite de bovinos. O IgA, assim como fatores do leite materno (ex. frações oligossacarídicas), são capazes de bloquear a aderência de EPEC, contribuindo para o desenvolvimento da imunidade.
	Foi demonstrado forte resposta de anticorpos no soro e na saliva de crianças contra fatores de virulência de EPEC. Isso ocorre porque crianças em torno de um ano de idade possuem repertório de anticorpos equivalentes ao de adultos da mesma região geográfica. Assim, a diminuição na frequência de EPEC típicas em crianças menores de 2 anos de idade é, pelo menos em parte, resultado do desenvolvimento de um repertório de anticorpos anti-EPEC.
Epidemiologia
Vários surtos de diarreia têm sido descritos atualmente apontando como agente etiológico as EPEC atípicas, as quais vendo sendo isoladas não somente em crianças de até 5 anos de idade, mas também de adultos e indivíduos portadores de AIDS com diarreia.
Diagnóstico
EPEC é identificada na detecção de isolados de E. coli que contenham a região LEE e que sejam desprovidos de genes que codificam a toxina Shiga.
Quando isolados e bioquimicamente confirmados como E. coli, são submetidos a testes específicos para identificação de EPEC: 
Detecção da região LEE por reação de PCR para o gene eae 
Isolados que contenham, a região LEE devem ser discriminados dos isolados de STEC por reações de PCR para os genes stx1 e stx2, sendo que os isolados de EPEC são negativos para esses genes. 
Uma vez confirmado como EPEC, os isolados podem ser discriminados como EPEC típica ou atípica pela presença ou ausência do pEAF, discriminação essa que ocorre através de reação de PCR para o gene bfpA. típicas, em células HeLa/HEp-2 in vitro.
Tratamento e Profilaxia
Como tratamento, a medida terapêutica mais efetiva contra infecções brandas por EPEC é a reidratação oral, reduzindo a mortalidade precoce.
Contudo, algumas crianças não respondem a essa medida e podem apresentar intolerância ao leite de vaca, levando à diarreia persistente e exigindo hospitalização. A recuperação é provavelmente lenta, pois exige completa recuperação das funções intestinais (digestão, absorção e defesa) que foram deterioradas nas lesões causadas por EPEC.
A terapia com antimicrobianos é recomendada apenas nos casos mais severos de diarreia persistente associadas com EPEC. Os padrões de sensibilidade de EPEC variam nas diferentes regiões geográficas e a resistência é bastante comum, razão pela qual a determinação do perfil de sensibilidade para as cepas isoladas é necessária, antes do tratamento.
Como prevenção, o aleitamento materno é bastante protetor contra infecções por EPEC, provavelmente, devido à combinação do efeito de sIgA específicas e oligossacarídeos que inibem a colonização intestinal, ou ao efeito inibitório direto da lactoferrina. Não há vacina licenciada para prevenção de infecções humanas por EPEC.
A prevenção de infecções por EPEC, principalmente nos países em desenvolvimento, também é possível através de medidas preventivas mais genéticas como saneamento básico adequado e práticas apropriadas de higiene e de alimentação.
Escherichia coli produtora de Toxina Shiga (STEC)
Categoria de E.coli diarreiogênica, produz potentes citotoxinas que inibem a síntese proteica de células eucarióticas. Essas toxinas são chamadas de verotoxinas (VT), por sua atividade em cultura de células Vero, como também de toxinas Shiga (Tx), por semelhanças com a toxina produzida por Shigella dysenteriae. Essas amostras podem ser nomeadas de E. coli produtora de Stx (STEC) ou de E. coli produtora de VT (VTEC).
A partir de 1982, surtos de colite hemorrágica (CH) e de síndrome hemolítica urêmica (SHU), relacionados a um sorotipo até então raro de E. coli (o O157:H7), foram pela primeira vez identificados.
As STEC estão presentes em intestino de grande variedade de espécies de animais domésticos e selvagens. Os ruminantes (especialmente bovinos e ovinos) são seus principais reservatórios naturais. Alguns sorotipos de STEC podem causar doença em animais, como diarreia em bezerros e doença do edema em suínos. 
Nomenclatura
E. coli enterro-hemorrágica (EHEC) é um subgrupo das STEC e surgiu primeiramente pra nomear amostras O157:H7 que causam CH e SHU. Depois, passou a englobar STEC que apresentavam características clínicas, epidemiológicas e patogênicas similares a EHEC O157:H7. Mais tarde, o termo EHEC também foi utilizado para amostras de STEC que causam diarreia em humanos. O termo STEC designa todos os tipos de amostras de E. coli produtoras de Stx.
Manifestações clínicas
STEC possui amplo espectro de doenças no homem, desde casos assintomáticos, diarreia branda, até casos mais graves de colite hemorrágica (CH) que podem evoluir para complicações extraintestinais, sendo a mais grave a síndrome hemolítica urêmica (SHU).
Outras complicações podem ser observadas: púrpura trombocitopênica trombótica (PTT), apendicite, cistite hemorrágica e até anormalidades neurológicas.
SHU: tríade anemia hemolítica, plaquetopenia ou trombocitopenia e insuficiência renal aguda
PTT: presença de trombocitopenia e anemia hemolítica. É considerada ume extensão da SHU que inclui sintomas neurológicos e febre. É reconhecida como SHU de adulto.
Infecção por STEC: 
Geralmente se inicia após ingestão de alimentos ouágua contaminados, algumas vezes em doses infectantes muito baixas, especialmente em surtos causados pelo sorotipo O127:H7.
Período de incubação: 3 a 4 dias.
Sintomas iniciais: diarreia não sanguinolenta e dor abdominal.
A partir de 1 a 2 dias, a diarreia se torna sanguinolenta e a dor abdominal mais intensa, caracterizando CH. Pode ficar assim até 10 dias, mas a partir daí, a maioria evolui para cura sem sequelas.
Em cerca de 10% dos pacientes, pode progredir para SHU. Em crianças, a mortalidade é de 3 a 5% e em média de 12 a 30% permanecem com graves sequelas. 
Geralmente associada com infecção intestinal, SHU também pode ocorrer após infecção urinária, com ou sem histórico prévio de diarreia.
Fatores e Determinantes genéticos de virulência
Toxina Shiga (Stx):
É o principal fator de virulência das STEC. Constitui uma família de citotoxinas estruturalmente relacionadas e com atividades biológicas similares. 2 grupos distintos: Stx1 (quase idêntica à Stx produzida por S.dysenteriae) e Stx2. 
Apresentam estrutura básica comum a várias toxinas bacterianas de natureza proteica, o modelo 1A:5B. A subunidade A é composta de duas subunidades (A1, que é a função ativa da toxina e A2, que liga a subunidade A às subunidades B).
O tipo de Stx e a variante da toxina apresentada pela amostra de STEC estão relacionados com a capacidade em causar doenças com gravidades distintas. Pacientes infectados com amostras produtoras de Stx2 desenvolvem mais frequentemente SHU do que os infectados por amostras só de Stx1.
Entre variantes de Stx2, geralmente, Stx2 e Stx2c – relacionadas a casos de SHU. Stx2d – amostras isoladas de pacientes com diarreias mais brandas e sem complicações.
Mecanismo de ação das toxinas da família Stx: inibição da síntese proteica na célula-alvo, mediado pela subunidade A1, que remove um resíduo de adenina na fração 28S da subunidade 60S do ribossomo eucariótico, inibindo o processo de tradução. Os diferentes tipos de Stx variam quanto à potência, relacionadas possivelmente à maior ou menor afinidade pelo receptor na superfície celular e/ou à maior eficiência no transporte intra e extracelular.
Lesão A/E:
Alguns sorotipos de STEC colonizam a mucosa intestinal, alterando a função da célula epitelial e induzindo lesão histopatológica característica: attaching and effacing (A/E), que é codificada por genes localizados em ilha de patogenicidade, a região LEE, semelhante às das EPEC. Mesmo a lesão A/E sendo importante, não é essencial para a patogênese da doença. 
Adesão celular
Além da lesão A/E, outros mecanismos de aderência permitem a colonização da mucosa intestinal, como a presença de adesinas. Podem formar biofilmes em superfícies bióticas e abióticas. Estruturas fimbriais, afimbriais e flagelos estão associados à formação dos biofilmes. 
Fatores adicionais de virulência
Além de Stx, existem outras toxinas em amostras de STEC. A enteroemolisina (Ehx) é uma hemolisina da família de toxinas citolíticas do tipo RTX (repeats in toxin) e sua produção é um marcador de alta virulência de STEC, já que em muitos casos de CH e SHU existe a produção concomitante de Stx e Ehx. Os genes para sua produção estão em plasmídio e sua contribuição na patogênese de doenças causadas por STEC é semelhante à de outras hemolisinas: acesso ao Ferro, p/ metabolismo bacteriano.
A toxina citoletal distensora (CDT) é uma ciclomodulina presente em diversas espécies de bacilos Gram-negativos, como E.coli em STEC. É capaz de bloquear o ciclo celular eucariótico, sendo um importante mecanismo de escape imunológico. 
Patogênese
A patogênese das infecções por STEC é complexa, multifatorial e fica evidente que a atuação sinérgica de vários fatores de virulência deve contribuir para piorar o prognóstico das doenças causadas por algumas destas amostras. 
Depois de ultrapassar a barreira gástrica, por ter um sistema eficiente de regulação que permite adaptação e sobrevivência à acidez do estômago, as STEC atingem o intestino grosso e é onde aderem à mucosa, proliferam e produzem Stx. A toxina é absorvida pelo epitélio intestinal, entra na circulação e se liga rapidamente aos leucócitos polimorfonucleares. 
As células-alvo Stx se ligam ao receptor glicolipídeo globotriacilceramida (Gb3), expresso principalmente nos pequenos vasos de células endoteliais do rim, intestino e cérebro.
Após a endocitose de Stx mediada pelo receptor, há a interação da toxina com componentes subcelulares, resultando na inibição da síntese proteica ou apoptose. Além das células endoteliais, Stx também afeta células dos túbulos renais, células mesangiais, monócitos e plaquetas. 
Citocinas pró-inflamatórias circulantes (principalmente fator de necrose tumoral alfa e interleucina-1β) são estimuladas por ação direta da toxina sobre os monócitos, potencializam a ação de Stx nas células endoteliais por induzir a expressão de Gb3 A ligação da toxina com seu receptor inicializa uma cascata de reações, incluindo coagulação e processos inflamatórios que resultam na SHU. No cólon: ocorre rompimento dos vasos. Nos rins: ocorre obstrução dos vasos do glomérulo, levando à insuficiência renal. SHU é uma microangiopatia trombótica. Os trombos são formados por plaquetas e fibrina, e a hemólise é resultado da fragmentação dos eritrócitos. 
STEC produzem fatores distintos de Stx que também lesam o hospedeiro. Além da intimina (forma a lesão A/E), outros fatores de aderência e toxinas são produzidos pelas STEC.
Diagnóstico
A seleção do método para o diagnóstico deve levar em consideração: rapidez, especificidade, sensibilidade e custo de cada uma das alternativas. O ideal seria pesquisar a presença de STEC em todas as amostras de fezes, não só nas sanguinolentas. 
O êxito deste isolamento depende de: coleta do material no início da diarreia, transporte adequado e utilização de meios de cultura apropriados. O ideal é semear as fezes em duas placas de MacConkey, uma com sorbitol (SMAC) e outra com lactose (ágar MacConkey) e selecionar colônias das duas placas, identificando com ensaios imunológicos, biológicos ou moleculares. 
É utilizado análise de PCR das colônias isoladas para detectar genes stx. A detecção de anticorpos circulantes anti-LPS ou anti-Stx também diz sobre infecção por STEC, particularmente em pacientes com SHU, onde isolar STEC é dificultado pelo tempo entre início dos sintomas intestinais e aparecimento de complicações extraintestinais.
Epidemiologia
STEC tem distribuição mundial e grandes surtos e alto número de infecções esporádicas estão em países desenvolvidos, sendo uma das mais frequentes doenças de origem alimentar. A dinâmica evolução e a plasticidade genômica de E.coli podem levar ao surgimento de cepas muito virulentas. 
Bovinos: principal reservatório natural das STEC. Formas mais comuns de transmissão da bactéria para o homem: carne bovina, principalmente a moída, leite e seus derivados, vegetais e água contaminados por material fecal ingeridos crus ou com cozimento insuficiente.
Transmissão pessoa a pessoa, especialmente do sorotipo O157:H7 está bem estabelecida, sendo facilitada por baixa dose infectante. Há também modos de transmissão associados à água de recreação de lagos e piscinas, ou pelo contato com outros ambientes contaminados (ex: fazendas).
Tratamento e controle
Em casos de diarreia, são utilizados tratamentos com antimicrobianos e com agentes que diminuem o peristaltismo intestinal. Porém, a utilização destes medicamentos sem conhecer a etiologia da diarreia apresenta risco para evolução mais grave da doença. 
Crianças que receberam tratamento com antiperistálticos evoluíram mais frequentemente para SHU. Em outros pacientes, diarreias sanguinolentas se estenderam por mais tempo. O tratamento de infecções por STEC com antimicrobianos é mais prejudicial que benéfico. Alguns aumentam produção ou liberação de Stx.
O uso de drogas que promovem lise das bactérias no lúmen intestinal poderia desencadear uma maior liberação da toxina. Antimicrobianos que interferem na duplicação do DNA bacteriano(ex: sulfatrimetoprim, muito utilizado em crianças e ciprofloxacina em adultos) ativam a resposta SOS e induzem o bacteriófago a produzir mais toxina, aumentando o risco em desenvolver infecções intestinais porque há maior circulação de Stx no paciente.
É possível utilizar probióticos para competir com STEC na mucosa intestinal ou compostos químicos sintéticos que têm capacidade de absorver a tonixa Stx no intestino (previnem sua disseminação sistêmica). SHU precisa de tratamento imediato em centros especializados. 
Medidas de controle: práticas de higiente em toda a cadeia de produção de alimentos, cuidados no manuseio e descarte de dejetos animais, boas práticas de higiene no contato com animais, especialmente de crianças que visitam minizoológicos e fazendas, evitar contaminação cruzada entre alimentos crus e os prontos para o consumo, como evitar ingerir produtos não pasteurizados (carnes cruas ou mal cozidas).
Escherichia coli Enteroagregativa (EAEC)
É diarreiogênica, e tem como característica principal a capacidade de apresentar um padrão de adesão exclusivo em determinadas linhagens celulares cultivadas in vitro.
Adesão agregativa (AA): nesse padrão, as bactérias estão aderidas umas às outras, à superfície da célula e à superfície da lamínula na ausência de células, parecendo tijolos empilhados, formando agregados heterogêneos ou distribuindo-se em forma de cordões. Associado à expressão de adesinas fimbriais ou não fibriais em cepas de EAEC. Associado à presença de plasmídeo de alto peso molecular.
EAEC = cepas que produzem o padrão AA em células HeLa e HEp-2 e são desprovidas de marcadores de virulência que definem as outras categorias de DEC.
EAEC é um patógeno emergente, presente em casos de diarreia e infecções do trato urinário. 
Fatores de virulência
Mecanismos de patogenicidade de EAEC estão sendo investigados e várias proteínas, toxinas e adesinas tem sido descritas, principalmente na cepa protótipo de EAEC 042.
Toxinas: as mais bem caracterizadas são a toxina termoestável de EAEC (EAST-1) e a plasmid-encoded toxin (Pet).
EAST-1: relacionada com a toxina termoestável (ST) de E.coli enterotoxigênica. Provoca aumento dos níveis de GMP cíclico em enterócitos e altera a corrente iônica de células intestinas de coelhos.
Pet: é uma serino-protease, de família de proteínas autotransportadoras. Apresenta atividade enterotóxica e citotóxica. Degrada a proteína α-fodrina e induz alterações na rede de actina do citoesqueleto. 
Proteínas extracelulares: 
Protein involved in intestinal colonization (Pic): serino-protease, também autotransportadora. Tem atividade de mucinase, resistência ao soro e de hemaglutinação. Envolvida no processo de colonização intestinal de EAEC.
ShET1 (Shigella enterotoxin 1): é uma toxina do tipo AB que causa acúmulo de fluido em modelo in vivo de alça intestinal ligada de coelhos. O mecanismo enterotóxico mediado por ela independe de AMPc, GMPc e cálcio, e pode envolver sinalização por óxido nítrico.
Dispersina: imunogênica, promove a dispersão de EAEC na mucosa intestinal, espalhando a infecção. É secretada para a superfície da bactéria, e se liga não covalentemente a moléculas de LPS na membrana externa.
2 genes que codificam potenciais fatores de virulência: plasmideal (shf) e cromossômico (irp2). Shf codifica proteína relacionada com formação de biofilme. 
Patogênese
Infecções intestinais por EAEC podem acometer adultos e crianças e a doença típica apresenta diarreia secretora, mucoide e aquosa, com curto período de incubação, pouca febre e vômito. Marcadores inflamatórios como IL-8, IL-1β, INF-α e lactoferrina estão nas fezes de muitos pacientes. 
EAEC parece ser capaz de colonizar muitas regiões do trato intestinal sem danos aparentes na mucosa do intestino delgado, onde há abundante adesão ao muco e secreção de muco, mas com efeitos citotóxicos na mucosa do cólon. Induz aumento na secreção de muco na mucosa intestinal e as bactérias ficam emaranhadas em uma espessa camada de biofilme contendo muito muco. 
A formação do biofilme pode estar envolvida na capacidade da bactéria de colonizar e causar doença persistente e má absorção de nutrientes.
Algumas cepas de EAEC induzem encurtamento das vilosidades intestinais, necrose hemorrágica do topo das vilosidades e uma resposta inflamatória branda, com edema e infiltração mononuclear na submucosa. Há extrusão (expulsão) de enterócitos.
Modelo de 3 estágios da infecção por EAEC: 
Bactérias aderem à mucosa intestinal e à camada de muco (mediado por adesinas, conferindo adesão das bactérias entre si, à camada de muco intestinal e depois aos enterócitos)
Bactérias continuam se multiplicando na camada de muco. Estimulam a hipersecreção dele e assim aumenta a camada de muco embebida de bactérias, formando biofilme.
Elaboração de toxinas ou processo inflamatório, resultando em lesões na mucosa do intestino.
Danos nas microvilosidades e a camada de biofilme (composta de bactérias e muco intestinal) causam má absorção de fluidos e solutos, desencadeando a diarreia. 
Demora no reparo da mucosa lesada, desnutrição ou outros comprometimentos podem levar à doença causada por EAEC. A colonização, com diarreia ou não, pode levar à desnutrição por uma alta demanda metabólica após inflamação intestinal, à barreira de absorção criada pela adesão intensa da bactéria e/ou aos danos à mucosa ocasionados por citotoxinas.
Resposta imunológica
Existe resposta imune protetora contra diarreia por EAEC, mas é cepa específica, por apresentar grande heterogeneidade. 
Existem anticorpos contra adesina e toxinas de EAEC. A produção de IgA secretora intestinal é induzida em pessoas convalescentes de diarreia por EAEC. Anticorpos IgA do colostro, reativos com antígenos de EAEC, tem papel importante na proteção de crianças contra diarreia por essa categoria, pois o colostro inibe a adesão da cepa protótipo 042 a células HEp-2. Essa mesma inibição é encontrada empregando leite humano, em que seus componentes contribuem para a defesa contra EAEC.
Diagnóstico
É necessário o isolamento de cepas de E.coli das fezes, submetidas a ensaios de adesão em células HEp-2 ou HeLa para pesquisar o padrão AA.
Técnicas de PCR que detectam mais de um marcador genético simultaneamente (PCR multiplex) porque não existe um determinante genético comum para todas as cepas de EAEC.
Epidemiologia das diarreias causadas por EAEC
EAEC é agente de diarreia aguda e persistente (dura 14 ou mais dias), tanto em crianças, como em adultos e infectados por HIV. Associada também à diarreia do viajante, que é a que afeta indivíduos de países desenvolvidos que visitam países em desenvolvimento onde EAEC é endêmica. 
Tratamento 
Antibioticoterapia é indicada apenas para casos de diarreia persistentes causadas por EAEC. Para diarreias agudas, é recomendada terapia de reidratação. 
Na antibioticoterapia, é necessário realizar testes de sensibilidade, pois a resistência múltipla é frequente em cepas de EAEC isoladas de diferentes tipos de pacientes e regiões geográficas. 
Em pacientes imunocomprometidos, tratar com antimicrobianos apropriados diminui o quadro diarreico e pode erradicar o patógeno das fezes de pacientes portadores do vírus HIV com diarreia persistente por EAEC.
Controle
Medidas profiláticas para diarreias por EAEC: saneamento básico e aleitamento materno durante o primeiro ano de vida. 
Há grande heterogeneidade de sorotipos e potenciais de fatores de virulência. 
EAEC produtora da toxina Shiga
Em 2011 houve um grande surto de diarreia sanguinolenta e SHU, veiculado por alimento contaminado, acometendo vários países da Europa, principalmente Alemanha. Mais de 4 mil infectados e 54 mortes. Foi resultado de uma rara combinação entre EAEC e E.coli produtora da toxina Shiga (STEC), responsável pela patogênese da SHU.
EAEC como agente de infecções do trato urinário
Em um estudo sobre ocorrência de determinantes de virulência das diferentes categorias de DEC entre cepas de E.coli envolvidas com infecções urinarias (UPEC),o padrão AA e/ou o gene aatA (marcador genético de EAEC) foram encontrados em 7% das cepas estudadas.
Marcadores de irulência de UPEC já foram encontrados em estudos de caracterização molecular de várias cepas de EAEC. 
Escherichia coli Enterotoxigênica (ETEC)
Patogenicidade
O mecanismo de patogenicidade das ETEC compreende basicamente a colonização da mucosa intestinal e a produção de enterotoxinas.
A colonização está relacionada à capacidade desta bactéria em aderir a receptores específicos presentes na superfície do epitélio intestinal através de estruturas que foram denominadas genericamente de fatores de colonização (CFs). – importante pois facilita a interação enterotoxina–receptor, evitando a degradação da toxina por enzimas proteolíticas.
As enterotoxinas, por sua vez, provocam alteração nos níveis intracelulares de nucleotídeos cíclicos levando à alteração do equilíbrio hidrossalino do lúmen intestinal, resultando na secreção de eletrólitos e, consequentemente, na redução de absorção de água. A eliminação de água é, então, decorrente do mecanismo de ação das enterotoxinas.
Fatores de Virulência
Fatores de colonização (CFs): Os CFs, geralmente, são estruturas filamentosas de natureza proteica, antigênicas e que se encontram distribuídas de forma peritríquia na superfície bacteriana - apresentam especificidade em relação ao hospedeiro. Já foram descritos mais de 25 tipos.
Os CFs podem apresentar uma estrutura fimbrial, fibrilar ou helicoidal, mas alguns têm uma estrutura não definida sendo então considerados afimbriais.
Bactérias portadoras de CFs são capazes de colonizar e induzir diarreia – comprova a importância dessas estruturas na patogenicidade da ETEC.
Embora os CFs sejam antigenicamente distintos entre si, alguns apresentam epítopos em comum e similaridades na sequência de aminoácidos da região N-terminal – essa informação têm importância fundamental nos estudos para o desenvolvimento de fórmulas vacinais.
Uma vez os CFs sendo expressos e localizados na superfície da célula, a sua subunidade adesiva poderá interagir com o respectivo receptor presente na célula hospedeira. 
Toxinas: As enterotoxinas LT e ST produzidas por ETEC compreendem duas grandes famílias de toxinas de natureza proteica que diferem quanto a sua tolerância à temperatura, estrutura, imunogenicidade e mecanismos de ação.
Algumas amostras de ETEC são capazes de produzir as duas toxinas, enquanto outras produzem apenas uma delas.
Enterotoxinas LT: Constituem os determinantes de virulência mais bem caracterizados em ETEC.
São enterotoxinas do tipo AB e possuem duas subunidades: A e B. A subunidade A possui dois domínios, o A1 é um componente tóxico e o A2 tem a função de se ligar à subunidade B, a qual é responsável pelo reconhecimento e ligação da toxina ao receptor presente na mucosa intestinal.
LT é secretada através da membrana externa bacteriana. Após uma cascata de reações nas células alvo dessa toxina, ocorre uma profunda alteração no metabolismo hidrossalino da célula, levando ao acúmulo de água no lúmen intestinal e diarreia pois é impedida a absorção dessa água.
Outros mecanismos alternativos estão associados à resposta secretora induzida pela toxina LT, como a estimulação do metabolismo do ácido araquidônico, potencializando a produção de prostaglandinas e leucotrienos que estimulam o transporte eletrolítico e a mobilidade intestinal.
Além de seu importante papel na indução de secreção de fluidos, LT é também reconhecida por sua alta imunogenicidade e potente capacidade adjuvante. 
Enterotoxinas ST: São proteínas monoméricas e são classificadas em dois subgrupos: STa e STb. STh é o nome da variante dessa toxina que foi isolada de amostras de ETEC de origem humana. Outra variante é a STb. Embora ela tenha sido originalmente relacionada à diarréia em suínos, sua ocorrência tem sido também relatada em amostras de ETEC de origem humana.
Também provoca uma cascata de reações nas células que resultam no acúmulo de água e eletrólitos no lúmen intestinal.
 Existem, ainda, outros potenciais fatores de virulência. Um deles é a proteína TIBa, a qual promove agregação bacteriana e formação de biofilme. Outro é a proteína Tia, que atua como adesina e invasina. Pela ação da Tia, existem estudos que afirmam que além de aderir à mucosa intestinal, a ETEC pode ser capaz de invadir células epiteliais.
Epidemiologia
Amostras de ETEC são responsáveis por 400 mil mortes anuais. Acometem principalmente regiões de baixas condições socioeconômicas e deficientes em saneamento básico. Constitui uma das principais causas da diarreia aguda em crianças menores de cinco anos de idade em todo o mundo. ETEC é também o principal agente da “diarreia do viajante”.
As infecções são transmitidas principalmente por ingestão de água e alimentos contaminados. A infecção por ETEC pode levar desde uma diarreia branda até uma diarreia mais grave acompanhada de desidratação, podendo em casos extremos levar ao choque.
Diagnóstico
A partir do isolamento e identificação bioquímica de E. coli das fezes de pacientes, os métodos utilizados para o diagnóstico das infecções relacionadas a ETEC se baseiam na detecção das enterotoxinas LT e/ou ST.
Tratamento
As infecções por ETEC dispensam na maioria das vezes uso de antibióticos.
Em caso de indicação de uso, deve ser feito o antibiograma, já que a ETEC pode apresentar resistência múltipla com frequência.
Importante repor água e eletrólitos.
Escherichia coli Enteroinvasora (EIEC)
Características Gerais
Esse grupo de bactérias invade as células do cólon do homem provocando uma infecção semelhante à provocada pelas espécies de Shigella. EIEC interage preferencialmente com a mucosa do cólon, e esse é o seu sítio de interação com o hospedeiro.
	Clinicamente o paciente expressa febre, mal-estar, cólicas abdominais e diarreia aquosa seguida de disenteria consistindo de poucas fezes, muco e sangue.
	EIEC e Shigella sp posssuem características bioquímicas, genéticas e fisiopatológicas muito semelhantes, sendo as duas bactérias estreitamente relacionadas, sendo que a virulência de ambas depende de um plasmídeo denominado pINV.
Patogênese
A capacidade de invasão e sobrevivência das EIEC depende de genes contidos no plasmídeo pINV assim como genes cromossômicos: células sem o plasmídeo de invasão são avirulentas, não penetram em células epiteliais e não causam ceratoconjuntivite em cobaias.
Diagnóstico Laboratorial
A característica bioquímica marcante dessa categoria á a perda da capacidade de descarboxilar a lisina. 
Quando a amostra isolada for identificada por não descarboxilar a lisina, o AgO deve ser pesquisado por meio de reação de aglutinação com soros hiperimunes anti-AgO encontrados comercial-mente. 
Uma vez caracterizada a amostra bioquímica e sorologicamente como EIEC, devemos pesquisar a presença de sequências genéticas do plasmídio Inv por meio de PCR (proteína C reativa). Para demonstração de patogenicidade, deve-se mostrar a capacidade invasora da amostra, pelo teste Séreny.
Epidemiologia
Infecções intestinais provocadas por EIEC são mais frequentes em crianças com mais de 2 anos de idade e no adulto. O reservatório é o próprio homem e a transmissão é fecal-oral, adquire-se a doença pela ingestão de água e alimentos contaminados. Pouco se conhece da epidemiologia da EIEC, uma vez que a prevalência não obedece a um padrão de uniformidade.
Escherichia coli Patogênica Extraintestinal (ExPEC)
Patógenos extraintestinais (cepas da E. Coli) caracterizam-se por ser habitantes intestinais inócuos, neste sentido confundindo-se com os comensais não patogênicos. Filogeneticamente, as ExPEC caracterizam-se por ser primordialmente originárias do grupo B2 e, mais raramente, do grupo D
Patogenicidade de ExPEC
ExPEC pode causar infecção em todos os sítios extraintestinais, tanto em seres humanos como em diversos animais.
E. coli isoladas de infecções em sítios extraintestinais são denominadas segundo o seu local de isolamento. Dessa forma, denominam-se E. coliuropatogênicas (UPEC) as amostras isoladas de infecções do trato urinário, E. coli associadas à meningite neonatal (NMEC) as isoladas de meningites em recém-nascidos, e E. coli causadoras de septicemia (SEPEC). Outras cepas que têm recebido denominações próprias são: E. coli necrotoxigênicas (NTEC) isoladas de casos de infecções do trato urinário e E. coli aderentes-invasoras (AIEC) associadas à doença de Crohn.
As ExPEC isoladas de outras infecções importantes para o ser humano, como por exemplo: pneumonias, infecções de feridas cirúrgicas e infecções intra-abdominais, não recebem denominações específicas.
Deve-se ressaltar que a definição de patotipos em função do sítio de isolamento ou do tipo de hospedeiro, em geral, não se mostra adequada uma vez que um mesmo clone pode ser isolado de diferentes locais ou hospedeiros infectados.
A Plasticidade Genética e os Fatores de Virulência de ExPEC
E. coli é uma espécie dotada de grande variabilidade genética. Contém 4800 genes, dos quais 2000 são essenciais para a sobrevivência da célula. Os genes variáveis chegam à E. coli por meio de mecanismos de transferência horizontal mediados por elementos genéticos móveis como: plasmídeos, bacteriófagos, sequências de inserção e ilhas genômicas.
A grande diversidade de genes envolvidos com a virulência e adaptabilidade de ExPEC a diferentes nichos advém, basicamente, da aquisição de ilhas de patogenicidade, normalmente inseridas no cromossoma e com conteúdo diverso do apresentado pelo genoma básico da bactéria hospedeira.
É associada à ExPEC uma variedade de fatores genéticos de virulência: adesinas/invasinas, sistemas de captação de ferro, protectinas (relacionadas à evasão das defesas do hospedeiro) e toxinas. Essas propriedades encontram-se codificadas em determinantes genéticos variados.
Admite-se que muitas das propriedades associadas à virulência de ExPEC tenham evoluído com a finalidade de adaptação e colonização, como ocorre quando elas são expressas no ambiente intestinal, e não como fatores de virulência intrinsicamente danosos ao hospedeiro.
Potencial Patogênico e a Imunidade do Hospedeiro
A diversidade nas defesas inatas do hospedeiro (ser humano) espelha a diversidade do potencial de patogenicidade das E. coli isoladas das infecções extraintestinais.
O sucesso da infecção em indivíduos imunocompetentes requer cepas portadoras de um potencial de patogenicidade intrínseco, isto é, que podem causar doença independentemente do estado imunológico do hospedeiro. Portanto, isolados de infecções urinárias, por exemplo, poderão apresentar uma grande variedade de perfis de virulência, de acordo com os diferentes estados imunológicos de seus hospedeiros.
Ficou estabelecido um critério molecular para caracterizar as cepas de ExPEC intrinsecamente virulentas, seja dentre as isoladas de infecções, seja as presentes no meio ambiente, nas fezes ou em produtos provenientes da agropecuária e avicultura. Esse critério especifica que é necessário, no mínimo, dois dentre cinco fatores de virulência específica.
Doenças Extraintestinais Causadas por E. coli
Entre as doenças causadas por ExPEC encontram-se as infecções do trato urinário (ITU), meningite em neonatos, pneumonia hospitalar, peritonite, osteomielite, artrite infecciosa, celulite, colecistite e conlangite as quais, frequentemente, evoluem para sepse.
Infecções do Trato Urinário
Inclui as cistites não complicadas, que acometem a bexiga vesical, as pielonefrites, que acometem os rins, a bacteriúria assintomática (persistência das bactérias na urina) e a prostatite.
Os fatores de risco são: a faixa etária (crianças e idosos), a uretra curta e próxima ao ânus característica do sexo feminino, a gravidez, implante de sondas vesicais, alteração urológica de origem anatômica (malformações) ou funcional (paralisia por dano medular, esclerose múltipla, etc.), diabetes, obstipação, entre outros.
Mecanismos de patogenicidade de UPEC
20 a 30% da população sadia de todas as faixas etárias, alberga ExPEC em sua microbiota intestinal. Especialmente nas mulheres, por questões anatômicas já mencionadas, as ExPEC com potencial uropatogênico alcançam a região peri-uretral e, via uretra, seguem em uma rota ascendente chegando à bexiga, ureteres e rins. Ao alcançar a bexiga, a UPEC adere à uroplaquina glicosilada, que recobre as células do uroepitélio, por meio da adesina FimH presente na extremidade das fímbrias tipo1. Essa ligação induz uma cascata de sinalização que culmina com a invasão da célula hospedeira. Formam-se comunidades bacterianas que ficam protegidas das defesas hospedeiras. Este ambiente de células epiteliais danificadas expõe células epiteliais imaturas à nova invasão promovendo a disseminação das UPEC. A formação recorrente das comunidades encistadas pode propiciar longa permanência das UPEC no hospedeiro, causando repetidos episódios de cistite.
Determinantes de virulência de UPEC
Fimbria Tipo 1: é um polímero formado por unidades de pilina. A proteína apical FimH, adesina propriamente dita, adere-se especificamente a resíduos de manose, em especial mono-manose presente no epitélio vaginal e da bexiga. Além de auxiliar na colonização, a fímbria tipo 1 promove formação de biofilmes e invasão celular.
Fimbria P: Sua morfologia é muito semelhante à da fímbria tipo 1. Associadas principalmente com casos de pielonefrite, fato esse que até nomeia seus genes (pap - pyelonephritis associated pili)
Flagelo: permitem que as bactérias se movam de forma ascendente no trato urinário desde a bexiga até os rins. A expressão coordenada das fímbrias tipo 1, P e do flagelo, nas diversas etapas da infecção, permite que a bactéria alcance os rins.
Fimbria S: possui atividade hemaglutinante. Seu nome advém da especificidade de ligação por galactosídeos contendo ácido siálico. Ocorre em cerca de 50 % dos isolados de UPEC, em particular os de pielonefrite aguda. Isto é concordante com a presença de ácido siálico em estruturas como o endotélio vascular renal e cerebral.
Fimbrias FIC: são fímbrias proteicas, não hemaglutinantes, que promovem a adesão da bactéria às células epiteliais dos rins, ureteres e bexiga que, em resposta, produzem a citocina pró-inflamatória IL-8. Estas fímbrias também têm importante papel na formação de biofilmes.
Alfa-hemolisina: exotoxina que, ao aderir-se à célula alvo, insere-se na membrana citoplasmática formando poros que facilitam a liberação de nutrientes e íons ferro. A ação sobre células fagocíticas permite que a bactéria escape das defesas hospedeiras.
CNF1: é o fator citotóxico necrotizante tipo1, com ação necrotóxica em diversos tecidos do hospedeiro. Após sofrer endocitose, modifica várias propriedades funcionais da célula. Na bexiga, contribui para a invasão do epitélio e encistamento bacteriano, promovendo as infecções urinárias recorrentes. Também tem papel fundamental na transposição da barreira hemato-encefálica por NMEC.
Epidemiologia
200 milhões de casos de ITU humana em todo o mundo anualmente, sendo 80% causados por ExPEC e a grande maioria no sexo feminino. As ITUs também são frequentes entre os neonatos do sexo masculino, aonde a não circuncisão é um fator de risco. Outros fatores de risco para a ocorrência de ITU são: danos na medula, diabetes, esclerose múltipla, cateteres urinários, HIV/AIDS, hipertrofia de próstata e anormalidades urológicas
Diagnóstico bacteriológico
O exame confirmatório de uma infecção urinária é a urocultura, cuja confiabilidade depende de uma coleta de urina bem realizada e que segue padronização para cada tipo de paciente. A antissepsia pré-coleta é fundamental. A urina assepticamente coletada deve ficar sob refrigeração a 4 ºC, para que não haja proliferação bacteriana. O cultivo realizado em meio seletivo para Gram-negativos (como o Ágar MacConkey) revelará a presença de E. coli. Para urina obtida por jato intermediário, números maiores que 105 colônias/mL refletem infecção, entre 104-105 há suspeita de infecção e números abaixo de 104 sugerem contaminação durante a coleta.Meningite Neonatal
A meningite neonatal é uma inflamação aguda das membranas que envolvem o cérebro e a medula espinhal, que ocorre no primeiro mês de vida do recém-nascido. Os agentes etiológicos podem ser Gram-positivos ou Gram-negativos. São várias as fontes de contaminação a serem consideradas: canal do parto, infecções umbilicais, feridas de circuncisão, ou a própria colonização intestinal do recém-nascido. A bactéria presente no hospedeiro chega à corrente sanguínea a partir da região contaminada, de forma direta ou, possivelmente, por translocação bacteriana a partir do trato intestinal.
As bactérias alcançam a barreira hematoencefálica composta de uma única camada de células endoteliais cerebrais que constitui a parede dos microcapilares cerebrais – BMEC. Pela ação de invasinas e do CNF1, a bactéria consegue penetrar e por fim ultrapassar essa BMEC para chegar no SNC. A presença das bactérias no SNC promove a liberação de citocinas pró-inflamatórias, espécies reativas de oxigênio e óxido nítrico, que induzem aumento da permeabilidade da barreira hematoencefálica, com consequente aumento de leucócitos no líquido cefalorraquidiano, edema cerebral com aumento da pressão intracraniana e dano neuronal.
Determinantes de virulência de NMEC
Além das fímbrias tipo 1, fimbria S e do fator CNF1, que também atuam aqui, existem outros determinantes.
Cápsula K1: está presente em 80% dos isolados de NMEC, é constituída de um polímero de ácido siálico. As cápsulas K1 conferem à E. coli duas propriedades que são comuns às cápsulas do grupo capsular II: inibição da fagocitose por granulócitos/monócitos e resistência ao soro. Além disso, conferem propriedades específicas às NMEC, promovendo invasão celular e aumentando a sobrevivência intracelular por meio da inibição da fusão lisossomal nas células endoteliais microvasculares (BMECs).
ompA: OmpA liga-se a um receptor presente exclusivamente nas células endoteliais cerebrais. A ligação de OmpA com seu receptor induz condensação de actina local e auxilia na invasão das BMECs. Em pesquisas recentes foi demonstrado que OmpA também interfere com a ação do sistema complemento por meio de sua ligação com o componente C4b.
IbeA: Essa proteína contribui para a invasão de células pelas bactérias causadoras de meningite neonatal. Seu papel nesse processo parece ser indireto, promovendo adesão ás células eucarióticas por meio da ativação de expressão dos genes das fímbrias tipo 1. Afirma-se, ainda, que a IbeA tem envolvimento em reações de óxido-redução, que levam E. coli a ser resistente a peróxidos como H2O2.
Epidemiologia
A meningite neonatal acomete 5 casos em 10 mil nascimentos. A participação das ExPEC como agente etiológico irá variar com a região geográfica. Um fator de risco é a imaturidade do sistema imune dos neonatos, associada ao nascimento pré-termo, ou baixo peso. As principais fontes de infecção são canal do parto, infecções umbilicais e feridas de circuncisão.
Diagnóstico bacteriológico
O diagnóstico bacteriológico de meningite requer a bacterioscopia e cultura do líquido cefalorraquidiano (LCR), antes do início da antibioticoterapia. Ao exame bacterioscópico do LCR corado pelo Gram, a presença de células polimorfonucleares e de bactérias é muito útil para decisão terapêutica empírica de início imediato.
Sepse
A septicemia envolve a multiplicação bacteriana na corrente sanguínea e pode desencadear uma resposta inflamatória sistêmica, condição que, frequentemente, evolui para sepse.
Na sepse grave há comprometimento generalizado dos processos de coagulação, disfunção do sistema circulatório, gerando hipotensão, diminuição da perfusão dos tecidos, e instalação de um quadro de falência múltipla dos órgãos, com alto índice de mortalidade. 
A origem da sepse pode ser uma infecção em qualquer sítio extraintestinal, em especial as que acometem o trato urinário, a pele (celulites), a cavidade peritoneal (peritonites) e os pulmões (pneumonias).
Determinantes de virulência de SEPEC
Determinantes já citados anteriormente, como OmpT, os sistemas de captação de ferro tipo aerobactina, yersiniabactina e salmoquelina, fatores promotores de resistência ao soro e as adesinas fímbriais tipo1e P.
Epidemiologia
O risco de sepse por ExPEC é maior em neonatos, idosos e imunocomprometidos. 
Nos quadros desenvolvidos logo na primeira semana de vida a bactéria é adquirida intraútero, por via placentária ou por ascensão do agente presente no trato genital materno; na sepse tardia, a aquisição ocorre por passagem pelo canal de parto ou por contaminação de origem ambiental. 
Atualmente, a E. Coli mata mais por sepse do que o Streptococcus agalactiae. 
As infecções comunitárias nos idosos parecem correlacionar-se com a incontinência urinária, sugerindo as ITU como fonte de sepse.
Diagnóstico bacteriológico
O diagnóstico bacteriológico de sepse é feito a partir de hemocultura, com sangue obtido por punção venosa. As coletas múltiplas em intervalos de tempo curtos (até 24 horas) aumentam a chance de um resultado bacteriológico correto.
 A coleta do sangue deve ser realizada antes da administração de antibióticos, os quais devem ser iniciados de imediato junto com outras medidas de suporte, até que se disponha dos dados bacteriológicos.
A realização de cultura de urina e secreções auxilia na definição bacteriológica dos casos clínicos.
Pneumonia
Infecções do trato respiratório por E. coli não são comuns, mas quando se instalam, são frequentemente associadas a ITU acompanhada de bacteremia.
Em indivíduos hospitalizados também podem originar-se por aspiração de secreções do trato superior contaminadas.
Epidemiologia
Os indivíduos que apresentam maior incidência de pneumonias de qualquer etiologia encontram-se nas faixas menores de cinco anos e maiores de 60 anos. 
As etiologias infecciosas têm como fatores de risco: a internação em instituições (como asilos e orfanatos), aglomeração domiciliar, indivíduos fumantes e etilistas, portadores de doenças de base, sazonalidade
A E. coli é um dos seis agentes bacterianos mais frequentes nas pneumonias associadas aos cuidados com a saúde.
Diagnóstico bacteriológico
A hemocultura e a cultura de escarro podem ser realizadas para o isolamento de E. coli de infecções pulmonares. Amostras de escarro contendo grande número de polimorfonucleares sugerem um espécime adequado para a realização da cultura em meio de MacConkey Ágar.
Prevenção e Tratamento das Infecções por ExPEC
Os métodos gerais de prevenção das infecções por ExPEC na comunidade são os mesmos indicados para prevenção de outros patógenos de transmissão fecal-oral.
Os métodos visam controlar a disseminação bacteriana por meio de higiene, tratamento dos alimentos de forma a eliminar possíveis contaminantes, e descarte apropriado de dejetos humanos e animais, para impedir a contaminação da água e do meio ambiente. Nos ambientes de cuidado com a saúde, devem-se seguir as práticas preconizadas para prevenção de infecções bacterianas em geral.
Alguns estudos buscam métodos de prevenção mais específicos, dentre eles estão os processos denominados de interferência ativa, como o uso de bactérias não virulentas capazes de ocupar receptores do trato urinário, moléculas sintéticas que mimetizam o sítio ligante de estruturas bacterianas resultando na não formação das adesinas. Antígenos vacinais também têm sido estudados na prevenção de ITU.
O problema de disseminação de resistência múltipla é agravado pelo envolvimento de elementos genéticos móveis, em particular a ocorrência de plasmídeos conjugativos, presentes em ExPEC e carreando, simultaneamente, genes de resistência e virulência.
Caracterização do Potencial de Virulência de E. coli Isolada de Infecções Extraintestinais
A determinação de E. coli como agente etiológico de qualquer infecção extraintestinal dependerá da demonstração da bactéria em material clínico representativo do local afetado.
Para fins epidemiológicos, a caracterização das cepas intrinsecamente virulentas deverá utilizar o critériomolecular, com pesquisa por PCR (reação em cadeia da polimerase) de marcadores genéticos de virulência específicos, ou ainda testes de virulência em modelo animal.
Qual o Habitat das ExPEC?
Admite-se que a origem das infecções por ExPEC possa ser tanto endógena quanto exógena. A origem exógena das ExPEC ainda carece de uma demonstração epidemiológica inquestionável, diferentemente da endógena.
Baseado em dados tanto de filogenia quanto de presença de marcadores de virulência, estima-se que, cerca de, 20 % da população de indivíduos sadios alberga ExPEC em sua microbiota intestinal.