EPIDEMIOLOGIA DAS INFECÇÕES POR Escherichia coli NA SUINOCULTURA BRASILEIRA

O gênero Escherichia pertence à família Enterobacteriaceae, que compreende as seguintes espécies: Escherichia coli, Escherichia blattae, Escherichia fergusonii, Escherichia hermannii e Escherichia vulneris, sendo que a espécie de maior importância em medicina humana e veterinária é Escherichia coli. E. coli foi primeiramente descrito pelo pediatra e bacteriologista alemão Theodor Escherich (1857-1911) em neonatos. São bactérias Gram-negativas não esporuladas, anaeróbias facultativas, apresentam-se como bastonetes moveis com flagelos peritriquios ou imóveis, e produtores de catalase (Fairbrother, & Gyles, 2012).

 

As estirpes de E. coli foram inicialmente classificadas sorogrupos de acordo com a combinação de antígenos somático - O, capsular - K e flagelar-H, atualmente mais de 700 sorogrupos foram caracterizados (Fairbrother, & Gyles, 2012). Apesar da sorotipagem ocupar uma posição central na história deste patógeno, o diagnóstico da infecção por E. coli sido cada vez direcionado a identificação dos fatores de virulência específicos. (Cheng et al. 2006)

 

Nos últimos anos as estirpes patogênicas de E. coli tem sido classificadas em diferentes patotipos com base nas doenças que causam, fatores de virulência que possuem e hospedeiro do qual foram isoladas. Segundo os tipos de doença causadas por esta espécie, as estirpes são divididas de uma forma geral em intestinais e extra intestinais (ExPEC). Atualmente são descritos seis patotipos de E. coli de origem intestinal, são eles: E. coli enterotoxigênica (ETEC), E. coli enteroinvasiva (EIEC), E. coli enteropatogenica (EPEC), E. coli enterohemorrágica (EHEC), E. coli enteroagregativa (EAEC) e E. coli de adesão difusa (DAEC) (Johnson and Nolan 2009). O patotipo EHEC abriga as estirpes produtoras de Shiga-toxinas ou Vero- toxinas, também descritas como STEC ou VTEC.

 

As estirpes de E. coli ExPEC representam um amplo grupo que coloniza compartimentos extra intestinais de hospedeiros humanos e animais resultando em quadro diversos como infecção urinária (UPEC), meningite (NMEC), peritonite e septicemia. Este grupo apresenta fatores de virulência distintos dos patotipos intestinais como fatores de colonização, sistemas de captura de ferro, toxinas, resistência ao soro, e invasinas. As estirpes de E. coli aviárias (APEC) estão contidas neste grupo e podem causar uma diversidade de quadros em aves incluindo infecções respiratórias, septicemia, celulite e peritonite (Kariyawasam et al. 2006).

 

Dentre estas categorias intestinais as estirpes ETEC são as causas mais importantes de enterites na indústria suinícola, incluindo cepas produtoras de uma ou várias enterotoxinas que causam diarreia secretória em suínos. Outros patotipos de E. coli como as STEC (doença do edema) e UPEC (infecções gênito urinária) também tem grande importância em suinocultura e serão discutidos (Zhang et al. 2007).

 

Na espécie suína E. coli pode causar infecções intestinais em leitões nas fases de lactação, após o desmame e nas fases de crescimento e terminação. As infecções extra intestinais mais frequentes em suínos são as do trato gênito-urinário, seguida pelas mastites e mais raramente casos de meningite e septicemia (Tabela 1).

 

Tabela 1- Principais características das E. coli que infectam os suínos.

Fonte: (Fairbrother, & Gyles, 2012; Krag, Hancock, Aalbaek, & Klemm, 2009; Zhang et al., 2007)

 

A diarreia neonatal pode ocorrer nas primeiras 24 horas de vida, acometendo leitões até 10 dias de idade, entretanto, é mais frequentemente observada em leitões de 1 a 3 dias. Trata-se de uma doença de evolução aguda, resultando em morbidade e mortalidade elevadas, principalmente nos primeiros dias de vida (Lippke, Borowski, and Marques 2011).

 

A severidade do processo depende dos fatores de virulência, da idade e da condição imunológica do leitão. Há maior predisposição em leitegadas de fêmeas primíparas, devido à baixa quantidade e qualidade do colostro. Os sintomas podem caracterizar–se por diarreia profusa, de aspecto pastoso a líquido, de coloração amarelada e causar desidratação acentuada, determinando acidose metabólica, podendo levar o animal a morte. Em alguns casos, particularmente nas primeiras horas de vida dos leitões, a infecção pode ser tão severa que a morte antecede a diarreia (Fairbrother, & Gyles, 2012).

 

A colibacilose da terceira semana varia de discreta a moderada, apresentando aspectos semelhantes a diarreia neonatal e os índices de morbidade e mortalidade são baixos. Observa-se apenas discreto atraso no desenvolvimento dos leitões, havendo uma evolução para a cura no período de uma a duas semanas, após o aparecimento da diarreia. A diarreia do leitão na terceira semana está diretamente relacionada a mudança alimentar, coincidindo com o início da ingestão de ração (Fairbrother, & Gyles, 2012).

 

A diarreia pós-desmame pode afetar animais no final do aleitamento e por todo período de creche, sendo menos severa do que as diarreias neonatais. Observa-se diarreia fluida de coloração amarelada à cinza, com duração de mais de uma semana, causando desidratação e emaciação, podendo atingir a maioria dos leitões de um recinto. Recidivas podem ser observadas até três semanas após o quadro inicial (Fairbrother, & Gyles, 2012).

 

Outro quadro que pode afetar animais desmamados é a doença do edema que foi descrita por Shanks em 1938, permanecendo como uma doença importante até os tempos atuais. A infecção é caracterizada pela ocorrência de morte súbita, edema acentuado das submucosas gástricas, intestinais e mesentério, associado a sintomas nervosos progressivos como incoordenação motora e paresia. A doença ocorre com maior frequência, quatro a quinze dias após o desmame (da Silva, Valadares, Penatti, Brito, & da Silva Leite, 2001, Cheng et al., 2006).

 

A morbidade da diarreia pós desmame é variável, apresentando uma média de 30 a 40% de leitões acometidos e podendo atingir 80% dos leitões da mesma leitegada. A mortalidade é inferior a 10%, entretanto, nos casos severos, pode atingir 100%. O período de duração da doença varia entre 4 a 14 dias, sendo em média de uma semana. A doença do edema e a diarreia pós desmame podem ocorrer simultaneamente (Fairbrother, & Gyles, 2012).

 

Dentre os principais fatores que predispõem a diarreia pós-desmame encontram-se o estresse, a queda da imunidade colostral, troca de ambiente, tensões e brigas entre os leitões. A imaturidade do trato gastrointestinal e a mudança na alimentação, associados à queda da atividade bacteriana gástrica determinada pela diminuição temporária do pH gástrico, bem como a ação parcial da nova dieta, podem causar hipersensibilidade da mucosa intestinal devido ao contato com os antígenos presentes na ração, e atuar como fatores predisponentes para o aparecimento da doença (Vu Khac et al., 2006, Osek, 2000, Fairbrother, & Gyles, 2012).

 

As infecções por estirpes intestinais em suínos estão geralmente associadas aos patotipos de E. coli ETEC e STEC. Para que estes patotipos causem infecção é necessário que as estirpes tenham capacidade de aderir e colonizar a mucosa intestinal. As adesinas fimbriais mediam a fixação da bactéria à superfície das células epiteliais do hospedeiro e iniciam a colonização bacteriana. Em suínos as fímbrias F4 (K88), F5 (K99), F6 (987p) e F41 estão relacionadas com distúrbios entéricos na fase de lactação.

 

A diarreia pós desmame e a doença do edema estão associadas a produção das fímbrias F4 (K88) e F18. A fimbria F18 tem duas variantes antigênicas denominadas F18ab (relacionada a estirpes ETEC e STEC) e F18ac (associada a estirpes ETEC). Recentemente foram descritos os genes codificadores de uma adesina afimbrial chamada AIDA (adesina envolvida na aderência difusa) e uma proteína de superfície denominada Paa, sendo ambas relatadas em animais desmamados com diarreia ou doença do edema (Fairbrother, Nadeau, and Gyles 2005).

 

A segunda etapa na ocorrência da doença está relacionada a produção de toxinas. Dois grupos importantes de enterotoxinas associadas às ETEC são denominadas termolábeis (LT) e termoestáveis (ST). As toxinas LT são classificadas em dois sorogrupos denominados LTI e LTII. Os genes codificadores de LTI e LTII estão associados ao DNA plasmidial e cromossomal, respectivamente. A toxina LTI difere da LTII ainda por ser neutralizada pelo soro anti-toxina colérica e pode ser subdividida em LTp produzida por E. coli isoladas de suínos e a LTh produzida por E. coli isoladas de humanos. As LT2 são também subdivididas em LTIIa e LTIIb, que são antigenicamente distintas (Dubreuil 2008)

 

Há dois grupos de toxinas termoestáveis, designadas de STa (também chamada de STI ou ST1) e STb (também chamada de STII ou ST2), que diferem entre si estruturalmente e no mecanismo de ação. Estas toxinas são codificadas por genes localizados em plasmídeos, variando muito no tamanho molecular. Há duas variantes de STa, denominadas STIa (também chamada de STap ou STI suína) e STIb (STah ou STI humana) (Dubreuil 2008).

 

E. coli enterohemorrágica (EHEC) também chamada de E. coli produtora de toxina Shiga (STEC) ou toxina verotoxigênica (VTEC) engloba as estirpes de produtoras de Shiga-toxinas do tipo 1 (Stx1),  o tipo 2 (STx2) e a Shiga toxina variante 2e causadora da doença do edema em suínos (Stx2e). Estas toxinas atuam inibindo a síntese proteica e são letais para culturas de células Vero, sendo também conhecidas e descritas na literatura como VT1, VT2 e VT2e (Zweifel et al. 2006). Cepas de E. coli produtoras de Stx1 são bem conhecidas como patógenos humanos e causadores de doenças graves como colite hemorrágica, síndrome hemolítico-urêmica, colite ulcerativa e outras doenças (Kaper, Nataro, and Mobley 2004).

 

Somado à produção de toxinas, outro fator de virulência expresso pelas EHEC é uma proteína chamada intimina a qual é responsável pela fixação da E. coli às células epiteliais intestinais, causando as lesões descritas como “attaching and effacing” na mucosa intestinal. Intimina é codificada pelo gene cromossomal Eae (Fairbrother et al. 2005).

 

As cepas de E. coli enteroagregativas (EAEC) foram reconhecidas por produzirem três toxinas potencialmente capazes de estimular a secreção intestinal. A enterotoxina termoestável denominada EAST-1 foi a primeira a ser reconhecida e também a melhor caracterizada. A EAST-1 tem sido detectada não somente em outras cepas de E. coli diarreicas, mas também em cepas de ETEC de suínos. Relatos sugerem que esta enterotoxina pode representar um importante determinante da virulência na patogênese da diarreia dos suínos (Fairbrother et al. 2005).

 

As ETEC de origem suína geralmente produzem uma alfa hemolisina que provoca a formação de um halo de hemólise total em ágar sangue de carneiro. A alfa hemolisina é uma citolisina de 110 kDa que pertence a famílias de toxinas RTX e cujo gene é parte de um operon localizado em um plasmídeo.

 

A associação desta hemolisina com a patogenicidade das estirpes de ETEC é frequentemente discutida e foi avaliada por diferentes autores. Em estudo realizado na Dinamarca com 563 isolados de suínos desmamados com diarreia, foram identificadas 87.8% das estirpes hemolíticas (Frydendahl 2002). Em estudo realizado com 215 estirpes de diarreia pós desmame na China os resultados descritos são bem inferiores, os autores descrevem apenas 11.6% das estirpes isoladas de suínos com diarreia hemolíticas (Cheng et al. 2005).

 

Desde a metade do século passado o uso de antimicrobianos para tratar infecções em humanos e animais gerou uma enorme pressão de seleção sobre agentes patogênicos alvo de tratamento assim como em bactérias da microbiota. Na batalha constante contra os antimicrobianos, bacterias patogênicas e comensais desenvolveram ou adquiriram armas apropriadas para sua defesa, e os mecanismos de resistência múltipla, são certamente as armas mais apropriadas. De modo similar a outros membros da família Enterobacteriaceae, E. coli pode escolher entre vários mecanismos para se defender do efeito de diferentes antimicrobianos (Szmolka and Nagy 2013).

 

Certas estruturas proteicas, que atuam como bombas de efluxo expulsando o antimicrobiano da célula, ou impedindo sua entrada através da alteração da permeabilidade da membrana celular, são as armas mais antigas, que atuam simultaneamente contra uma ampla gama de antimicrobianos e em sua maioria são codificadas por genes que estão no cromossomo bacteriano (Szmolka and Nagy 2013).

 

A coexistência entre mecanismos de resistência múltipla presentes em diferentes combinações na célula bacteriana leva a seleção de estirpes multirresistentes. A maior parte dos genes de resistência que codificam os mais diversos mecanismos é carreada por elementos móveis como plasmídeos, transposons e integrons, o que favorece a disseminação dos perfis de multirresistência entre bacterias comensais e patogênicas em humanos e animais (Szmolka and Nagy 2013).

 

Os plasmídeos são os vetores mais eficientes de disseminação da multirresistência, trata-se de elementos extra-cromossomais, auto replicantes, que promovem a mobilização e a transferência de elementos genéticos. Os plasmídeos são capazes de acumular uma grande variedade de elementos transponíveis, incluindo transposons e sequencias de inserção que mobilizam genes codificadores de resistência a antimicrobianos e transferem de uma estirpe bacteriana para outra.

 

Os padrões de resistência das estirpes de E. coli tem variado no decorrer dos anos e segundo a literatura há também muita variação de um país para outro. Dentro de um mesmo país ou região é possível notar que há grandes variações nestes padrões de um rebanho para outro, de acordo com o regime de antimicrobianos usado previamente, de acordo com a origem dos animais introduzidos no plantel e até mesmo dentre as diferentes fases da criação.

 

Por estes motivos é de grande importância a correta identificação do agente relacionado ao caso clínico, a caracterização dos fatores de virulência das estirpes de E. coli e a realização de antibiogramas para adequada instituição de programas de tratamento individual ou em massa (Fairbrother, & Gyles, 2012). Dados sobre o padrão de resistência de estirpes pertencentes aos diferentes perfis de virulência no Brasil serão discutidos assim como os a distribuição destes patotipos nos últimos anos.

 

Para o diagnóstico correto das infecções entéricas o produtor deve obrigatoriamente contar com o apoio de um bom laboratório veterinário e atualmente a pesquisa dos genes codificadores dos fatores de virulência é uma ferramenta confiável e acessível a ser empregada.

 

A prevenção e o controle de das infecções neonatais ou pós desmame por E. coli incluem a redução da contaminação ambiental e o aumento da imunidade dos animais contra o agente (Tabela 2). O acesso adequado a imunidade passiva colostral a partir de fêmeas vacinadas deve ser suficiente para prevenir ou reduzir de forma significativa a colibacilose neonatal, no entanto, a prevenção e imunização contra as infecções pós desmame e o quadro de doença do edema apresentam maiores dificuldades. Os maiores investimentos têm sido realizados no desenvolvimento de vacinas orais com estirpes selvagens avirulentas ou estirpes atenuadas(Melkebeek, Goddeeris, and Cox 2013).

 

Tabela 2 - Estratégias de prevenção e controle para infecções entéricas por E. coli.

Adaptado de Fairbrother, & Gyles, (2012)

 

Apesar de ser um problema antigo e muito conhecido em suinocultura, às infecções por E. coli continuam a ser um grande desafio para os profissionais da área. Os níveis crescentes de resistência observados entre as estirpes virulentas limitam cada vez mais as opções de tratamento.

 

O elevado uso de antimicrobianos de forma terapêutica e/ou metafilática em suínos tem levado a seleção de estirpes de E. coli multirresistentes e estas têm grade capacidade de disseminação dos genes de resistência para outras estirpes de E. coli, assim como para outras espécies bacterianas patogênicas ou não. Criadores, funcionários de granjas, profissionais que atuam na assistência a suinocultura e funcionários de abatedouros representam um grupo de maior risco na contaminação por bactérias multirresistentes e frequentemente se tornam carreadores destes agentes disseminando os mesmos na comunidade.

 

Devido às mudanças constantes no tipo e no padrão de multirresistência que os agentes entéricos sofrem nas criações intensivas, a monitoria das características de resistência fenotípicas e genotípicas é de grande importância tanto em agentes patogênicos como em estirpes da microbiota. Vários estudos têm sido conduzidos no Brasil e no mundo com o objetivo de avaliar a disseminação de genes de resistência e o potencial risco a saúde pública.

 

Os profissionais que atuam na agroindústria devem envidar os seus esforços para conhecer o comportamento e a distribuição dos agentes infecciosos que afetam os animais de produção, para que de posse deste conhecimento possam elaborar medidas de prevenção e controle que representem um menor custo para o produtor, menor impacto sobre o meio ambiente e menor risco a saúde do consumidor.

 

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