Escherichia Coli: Guida Completa agli Esami del Sangue e Come Interpretarli Correttamente

Con il nome Escherichia coli (E. coli) si definisce un gruppo di batteri Gram-negativi che risiedono normalmente nell’ambiente, nei cibi e nell’intestino di soggetti sani ed animali. La maggior parte dei ceppi di E. coli sono innocui e fanno parte della normale flora batterica intestinale dell'uomo e di altri animali a sangue caldo.

Cos'è l'Escherichia Coli?

I batteri della specie Escherichia coli sono dei bastoncelli Gram-negativi, anaerobi facoltativi che appartengono al genere Escherichia della famiglia delle Enterobacteriaceae. L'Escherichia coli è presente nell’intestino dei mammiferi e degli uccelli; insieme ad altri batteri anaerobi, rappresenta uno dei principali componenti della flora batterica dell’intestino umano e contribuisce a mantenere il corretto e normale habitat del microbiota intestinale.

La sua presenza nell’intestino è importante. Purtroppo, in corso di terapie antibiotiche, anche se mirate ad altri microrganismi, l'Escherichia coli e altri componenti della flora batterica vengono colpiti generando un dismicrobismo che è spesso causa di disturbi gastro-intestinali e situazioni favorevoli alla moltiplicazione di altri microrganismi dannosi.

L'Escherichia coli è una specie batterica comune e, grazie alla sua velocità di moltiplicazione, è un batterio utilizzato anche come modello in molti studi scientifici. Ad esempio, è stata utilizzata per studiare la replicazione del DNA, l'espressione genica, la biologia cellulare e lo sviluppo di nuovi farmaci.

L'Escherichia coli, insieme agli altri componenti della flora intestinale, viene eliminato dall’intestino con le feci. Nel caso di una scorretta raccolta e smaltimento del rifiuto umano o animale, la grande quantità di batteri eliminata nell’ambiente può determinare una contaminazione delle falde acquifere rendendo le acque non potabili. Quindi, se ingerite, possono essere causa di diarree e disturbi gastrointestinali o delle acque superficiali rendendole non balneabili.

Uno dei test effettuati per la verifica della balneabilità consiste nella conta del numero di batteri presenti (principalmente coliformi) ed è denominata colimetria.

L'Escherichia coli presente nel tratto intestinale non è normalmente considerato patogeno, la sua presenza però in altri distretti corporei è causa di infezioni anche gravi. Oltre alla più comune e frequente infezione delle vie urinarie, l'Escherichia coli può anche essere agente responsabile di Sepsi, Meningite e Polmoniti.

L’ingresso in altri distretti può essere dovuto a una contaminazione esterna a fronte di scarsa igiene (contiguità della zona anale e uretrale in particolar modo nei bambini nel caso delle IVU) o per meccanismi attivi di ceppi di escherichia coli che gli permettono il passaggio attraverso le mucose.

Ceppi Patogeni di E. Coli

Esistono inoltre alcuni ceppi di Escherichia coli capaci di produrre enzimi di invasività ed altri in grado di produrre tossine; vengono classificati come Escherichia coli Enteropatogeni ovvero Enteroinvasivi, Enteroemorragici ed Enterotossici. A seguito di queste loro caratteristiche sono responsabili di infezione anche con esito grave, sia intestinale che renale.

E. Coli produttori di Shiga Tossina (STEC): noto anche come Escherichia coli produttore di verocitotossina (VTEC) o E. Coli enteroemorragico (EHEC). Il ceppo di STEC più comunemente diffuso in Nord America è l’E. Coli O157.

Escherichia Coli Enteroemorragici: possono essere ingeriti con acque o alimenti a base di carne bovina contaminata da reflui bovini e sono causa di gastroenterite negli adulti e nei bambini e causa di Sindrome Emolitico-Uremica (SEU) particolarmente nei bambini.
Escherichia coli Enterotossici: se ingeriti con acque contaminate, possono essere responsabili di forti diarree acquose. Spesso la loro ingestione si osserva con l’assunzione di acqua o cibi contaminati, in particolar modo in Paesi dove le condizioni igieniche sono precarie. Questa sintomatologia è chiamata anche Diarrea del viaggiatore.
Escherichia Coli enteroinvasivi
E.Coli tossigeno
E.Coli enteropatogeni (Epec): Attaccano i microvilli intestinali, a livello dell’intestino tenue e sono i principali responsabili della diarrea durante l’età infantile.
E. coli entero aderenti
E. coli enteroemorragici

Trasmissione di E. Coli

L’Escherichia Coli, presente nell’ambiente e negli alimenti, può essere trasmesso all’uomo in modalità diverse. Essendo sensibile al calore, questo batterio viene eliminato a temperature superiori ai 60 gradi. Pertanto, il rischio di infezione è particolarmente elevato consumando cibi crudi o poco cotti (come carne, pollame, pesce crudo, frutta e verdura non lavata accuratamente) o bevendo acqua non potabile.

Diversi animali possono trasmettere ceppi patogeni di E. coli all’uomo. In particolare, i bovini sono considerati la principale fonte di E. coli enteroemorragico (EHEC), un ceppo particolarmente pericoloso. Gli animali domestici, come cani e gatti, rappresentano un rischio minore, ma possono comunque trasmettere il batterio attraverso il contatto con le feci.

Sintomi dell'Infezione da E. Coli

I sintomi dell’infezione da E. coli dipendono dalla parte del corpo colpita e dal ceppo di E. coli coinvolto.

Questi Escherichia Coli producono tossine che aggrediscono le mucose dell’intestino tenue, provocando come manifestazione sintomatologica principale diarrea. Oltre ai classici sintomi quali nausea, vomito, diarrea, diarrea acquosa, gravi crampi addominali, senso di fatica e febbre, l’infezione da STEC può anche essere associata a presenza di sangue nelle feci.

Possono insorgere gravi complicanze, in particolare la Sindrome Emolitico Uremica (SEU). Questa condizione può portare ad insufficienza renale (uremia o accumulo di scorie azotate nel sangue) ed essere anche pericolosa per la vita. I segni e sintomi di SEU includono la diminuzione della frequenza della minzione (evidenza di uremia), senso di fatica e pallore dovuti all’anemia emolitica.

La SEU si manifesta in circa l’8% delle persone alle quali viene diagnosticata un’infezione STEC del ceppo O157. Sono a maggior rischio i bambini, gli anziani e le persone immunocompromesse. Tuttavia, molte persone in buona salute guariscono dall’infezione da STEC entro una settimana senza sviluppare SEU. I ceppi STEC non-O157 possono causare gli stessi segni e sintomi del ceppo O157-H7.

Gli E.Coli possono causare anche infezioni del tratto urinario.

Sindrome Emolitico-Uremica (SEU)

In questa sindrome, i globuli rossi vengono distrutti (emolisi) e si verifica un’insufficienza renale, che provoca un accumulo di sostanze tossiche nel sangue (uremia).

Diagnosi di Infezione da E. Coli

La diagnosi di infezione da E. coli avviene attraverso diversi metodi, a seconda del tipo di infezione sospettata.

Urinocoltura: L’infezione delle vie urinarie (la più frequente) è diagnosticata con urinocoltura. L'esame delle urine e l'urinocoltura sono disponibili sia attraverso il Servizio Sanitario Nazionale (con ricetta del medico), sia privatamente. Entrambi gli esami sono ad accesso libero nei Punti Prelievo di Auxologico. Il tempo di refertazione dell'esame urine è di 24 ore, mentre per l'urinocoltura è di 24 ore se negativa, o di alcuni giorni se positiva (a seguito dell'identificazione del microrganismo e dell'esecuzione dell'antibiogramma).
Metodi colturali: Negli altri casi di infezioni relative ad altri distretti corporei Escherichia coli può essere ritrovato sempre ricorrendo a metodi colturali sugli specifici materiali.
Metodi di biologia molecolare: Nel caso dei particolari ceppi di Escherichia coli Enteropatogeni è possibile ricorrere a indagini basate su metodi di biologia molecolare con la ricerca direttamente nelle feci dell’acido nucleico di questi microorganismi (vedi anche: Screening Infezioni Gastroenteriche).

Esame culturale per E. coli O:157: è un test di laboratorio specifico per rilevare la presenza del ceppo enteroemorragico Escherichia coli O:157, un batterio che può causare gravi infezioni gastrointestinali. Questo ceppo è noto per produrre la tossina Shiga, che può portare a complicazioni come la sindrome emolitico-uremica, soprattutto nei bambini e negli anziani. L’esame culturale per E. coli O:157 richiede un campione di feci. Il campione viene coltivato in laboratorio su terreni specifici per isolare il ceppo O:157.

Interpretazione dei Risultati dell'Esame Culturale per E. Coli O:157

Risultato Positivo: Indica la presenza di E. coli O:157 nel campione.
Risultato Negativo: Indica che E. coli O:157 non è stato rilevato nel campione.

Test per la Rilevazione di STEC

Questi test vengono utilizzati per rilevare la presenza di Escherichia coli producente la tossina Shiga (STEC) e come supporto alla diagnosi dell’infezione del tratto gastrointestinale ad opera di questi batteri. Oltre ad una grave diarrea, la tossina Shiga può causare la Sindrome Emolitico Uremica (SEU), una patologia seria che può portare ad insufficienza renale fino a morte, se non trattata in maniera adeguata. Questo tipo di infezioni sono spesso associate al consumo di acqua o cibo contaminati, al contatto con animali da fattoria o con il loro ambiente e sono trasmissibili da persona a persona. La diagnosi precoce di questo tipo di infezione è di primaria importanza per la prevenzione della diffusione del patogeno alla comunità e per prevenire, se necessario, la SEU.

Coprocoltura: la coltura del campione di feci viene effettuata utilizzando uno specifico terreno di coltura che permette la crescita selettiva del patogeno STEC O157 e non dei batteri che fanno normalmente parte della flora batterica intestinale. Una volta che il batterio è cresciuto in coltura, vengono effettuati ulteriori test con lo scopo di identificarlo. Il campione di feci può essere utilizzato anche per effettuare le colture di altri microrganismi patogeni, come Salmonella, Shigella e Campylobacter.

Test immunoenzimatico (EIA): questo tipo di test viene utilizzato per rilevare la presenza della tossina Shiga. La coprocoltura permette l’identificazione dello STEC O157 ma non di quelli non-O157. Pertanto, viene raccomandato l’utilizzo del test EIA per la rilevazione della tossina Shiga in associazione all’esame colturale. Il test EIA permette la rilevazione della tossina ma non permette la distinzione dei sierotipi di E. coli.

Elettroforesi in campo pulsato (PFGE): questo metodo viene utilizzato per identificare i sierotipi di E. coli responsabili di un’epidemia. Viene generata una “impronta digitale” del DNA del batterio che, tramite il confronto con un database internazionale, permette l’identificazione del sierotipo. Questo test può essere richiesto nel caso in cui il clinico sospetti un’infezione di E. Questi test possono essere richiesti anche nel caso in cui si sospetti un’epidemia di E. coli.

Interpretazione dei Risultati dei Test STEC

Risultato negativo: per la ricerca di Escherichia coli producente la tossina Shiga (STEC) indica che il sierotipo E. coli O157:H7 non è presente o è presente in quantità troppo piccole per essere rilevato. Pertanto, i sintomi possono essere causati da un altro agente patogeno, come Salmonella, Shigella, Campylobacter, altri patogeni virali o parassiti.
Test colturale positivo: Indica la presenza di E. coli.
Risultato positivo (Test EIA): suggerisce invece la presenza della tossina nelle feci; per identificare il sierotipo di E. coli, è necessario effettuare ulteriori test.

Antibiogramma e Resistenza Antimicrobica

L’antibiogramma è il risultato di un test in cui viene saggiata, in vitro, la suscettibilità di un microrganismo espressa in MIC (concentrazione minima inibente) a diversi antibiotici. La MIC rappresenta la concentrazione più bassa espressa ad es. in mg/L in grado di inibire la crescita di un batterio dopo 18-24 ore di incubazione.

L’uso degli antibatterici in terapia è condizionato dal rapporto fra sensibilità del patogeno e la concentrazione che il farmaco raggiunge nella sede d’infezione. Ad esempio i farmaci liposolubili raggiungono livelli più elevati nel tessuto di quanto non facciano nel siero. I farmaci escreti dal rene raggiungono nella vescica livelli molto più elevati rispetto ai livelli sierici.

Il Comitato Europeo per i Test di Suscettibilità Antimicrobica (EUCAST) è un comitato scientifico per la definizione di linee guida per l'interpretazione della resistenza antimicrobica. Ad oggi, i breakpoint clinici definiti da EUCAST (i breakpoint clinici sono gli unici ad essere ufficialmente riconosciuti dall’EMA (European Medicines Agency), organismo che autorizza l’immissione in commercio dei farmaci nei paesi dell’Unione Europea.

I breakpoint clinici sono usati per definire la categoria clinica di suscettibilità (S-I-R) e vengono stabiliti da EUCAST valutando diversi parametri: microbiologici, farmacologici (rapporto tra PK/PD e risposta al trattamento) e clinici (evidenze dalla letteratura). I laboratori di Microbiologia italiani hanno adottato le linee guida EUCAST dal 2011 (in precedenza avevano adottato gli standard statunitensi del CLSI).

I breakpoint clinici di un determinato antibiotico nei confronti di un particolare patogeno comprendono di regola due valori-soglia (il breakpoint della sensibilità e quello della resistenza), che separano le tre categorie S, I e R. Se i due valori soglia di breakpoint S e R coincidono significa che non esiste una categoria I per quella associazione di microrganismo/antibiotico.

EUCAST rispetto a CLSI fornisce anche un secondo tipo di valore-soglia, i così detti cut-off epidemiologici. I cut-off epidemiologici prevedono un unico valore soglia che separa i microrganismi così detti wild-type (WT), che non hanno mai acquisito meccanismi di resistenza all’antibiotico in questione, dai microrganismi non wild-type (NWT), che hanno invece acquisito meccanismi di resistenza all’antibiotico in questione.

A volte si potrà riscontrare una MIC per un antibiotico inferiore al valore del breakpoint di sensibilità, ma superiore a quello del cut-off epidemiologico. Il confronto delle MIC di diversi antibiotici non si basa esclusivamente sul valore numerico, ma sopratutto su quanto dista la MIC dal suo valore di breakpoint clinico. Più è distante la MIC dal valore di breakpoint minore è la probabilità di insorgenza di resistenza.

Per la scelta della terapia mirata quindi non si dovrebbero mai confrontare i valori di MIC dei vari antibiotici refertati alla ricerca del valore minore, in quanto un antibiotico con un valore MIC di 0,25 mg/L può essere meno efficace di uno con un valore MIC di 4 mg/L. In questi casi il Microbiologo clinico può comunque refertare i valori di MIC per gli antibiotici in asssociazione ai breakpoint PK-PD, se forniti da EUCAST.

I breakpoint PK-PD sono dipendenti dal regime farmacologico (indipendenti dalla specie) e pertanto è possibile ottenere diversi breakpoint PK-PD per lo stesso antibiotico. Valori di MIC inferiori o uguali ai valori di breakpoint PK-PD indicano quali farmaci potrebbero essere efficaci in vivo. È il caso ad esempio della tigeciclina per Enterobacterales (esclusi Escherichia coli e Citrobacter koseri).

EUCAST suggerisce che la tigeciclina ad alte dosi può essere presa in considerazione in pazienti gravemente malati infetti da agenti patogeni resistenti a tutte le altre classi di antimicrobici (MDR). In questi casi EUCAST ritiene comunque utile determinare se la MIC per l'isolato è inferiore al cut-off epidemiologico (quindi siamo in presenza di un ceppo WT). Ciò indicherebbe che il ceppo batterico in questione non ha acquisito meccanismi di resistenza all’antibiotico in questione.

Se l’isolato è una specie di raro riscontro clinico può essere utile consultare la letteratura scientifica per verificare i dati di MIC ottenuti. Solitamente non è possibile testare tutti gli antibiotici utilizzabili in clinica per un dato isolato batterico, per questo vengono previste nei diversi profili dell’antibiogramma le molecole effettivamente indispensabili per la terapia mirata, oppure quelle “di riferimento”, la cui valutazione può essere predittiva dell’attività di altre molecole non testate.

Isolati clinici di Staphylococcus spp. resistenti alla penicillina e sensibili all’oxacillina, sono in genere produttori di beta-lattamasi e quindi resistenti a tutte le penicilline inattivate da tale enzima, ma risultano ancora sensibili alle associazioni con inibitori di beta-lattamasi, a meticillina, cloxacillina e alle cefalosporine.

Streptococcus pyogenes è sensibile a penicillina e ampicillina e non produce beta-lattamasi (inutile testare quindi associazioni del tipo amoxicillina-acido clavulanico). Tra gli streptococchi beta-emolitici, la sensibilità alle penicilline è tuttora la regola; isolati sensibili alla penicillina sono sensibili anche ad ampicillina, amoxicillina e cefalosporine. Può risultare utile testare la sensibilità di Enterococcus spp.

In alcuni casi il referto può essere integrato da note o commenti utili per interpretare e utilizzare al meglio il referto microbiologico. Ad esempio nel caso di Enterobacterales con MIC ai carbapenemici superiori ai valori di breakpoint di resistenza il Microbiologo clinico può e deve aggiungere un commento che segnala se il ceppo è produttore di carbapenemasi di tipo KPC, NDM, VIM o IMP oppure OXA-48.

Il drammatico incremento delle infezioni causate da batteri MDR rende il ruolo del Microbiologo clinico centrale sia in termini di tempestività diagnostica che di consulenza nella scelta della migliore terapia. Da queste mutate esigenze nasce quindi la necessità di un dialogo sempre più stretto fra Microbiologo e Clinico, sia nella scelta ragionata dell’antibioticoterapia più appropriata che negli interventi di infection control.

Trattamento delle Infezioni da E. Coli

La terapia di supporto con gestione dei fluidi, degli elettroliti e della nutrizione è la pietra miliare del trattamento della malattia diarroica causata da Escherichia coli. Per i pazienti con diarrea da Escherichia coli di specie patogena identificata dall’esame delle feci, può essere valutata la somministrazione di una terapia antibiotica solamente per le forme più severe. Gli antibiotici possono essere efficaci nel ridurre la durata della diarrea associata ad Escherichia coli di specie patogena. Tuttavia, la maggior parte dei casi di diarrea associata ad Escherichia coli si risolve spontaneamente e la terapia antibiotica è associata alla selezione di organismi resistenti e ad altri effetti avversi.

Molte infezioni STEC, inoltre, non vengono diagnosticate poiché non tutti si recano dal curante o effettuano un test tramite raccolta di campione appropriato, o addirittura perché molti laboratori non sono attrezzati per la diagnosi delle non O157 STEC.

Gli antibiotici andrebbero evitati, poiché non esistono sufficienti evidenze a supporto del loro utilizzo (se non nei pazienti con grave diarrea data da E. Coli enteropatogeno) e possono incrementare il rischio di sviluppo di sindrome uremico emolitica (soprattutto nei casi di E. Coli produttori di Shiga Tossina). Anche l’utilizzo di farmaci antidiarroici come il loperamide può aumentare lo sviluppo di tale rischio.

Nel caso di infezioni del sierotipo O157 nelle quali la malattia non abbia progredito verso la Sindrome Emolitico Uremica (SEU) si raccomanda una terapia di supporto caratterizzata da riposo e idratazione. Le persone maggiormente a rischio di sviluppare SEU, come i bambini e gli anziani, devono essere continuamente monitorati. Perché in questo tipo di infezioni non viene raccomandata una terapia antibiotica?In corso di infezione di E. coli O157:H7 la somministrazione di antibiotici può aumentare il rischio di sviluppare SEU.

Nei casi di cistite ricorrente da Escherichia coli, la condizione può essere trattata con una terapia prolungata o con una profilassi antibiotica. Naturalmente, sarà il medico a stabilire come intervenire.

Prevenzione delle Infezioni da E. Coli

La principale prevenzione dal contrarre infezioni da Escherichia coli è basata sulle norme igieniche personali (lavaggio delle mani e delle parti intime) e comportamentali evitando l’ingestione di cibi e bevande contaminate e latte non pastorizzato o bagni in acque dichiarate non balneabili. Nessun farmaco è in grado di prevenire dall’infezione da Escherichia coli.

L'Escherichia coli è sensibile al calore e muore se sottoposto al oltre 60°. Nel corso di infezioni, l'Escherichia coli può essere ucciso ricorrendo all’uso di antibiotici.

Si può prevenire l’infezione da Escherichia Coli seguendo semplici regole di igiene personale. La cottura accurata della carne, specialmente quella macinata, è essenziale per eliminare il batterio. È bene evitare alimenti a rischio, come il latte e i succhi non pastorizzati.

Domande Frequenti

Quanto è pericoloso l’Escherichia Coli? L’infezione può colpire chiunque, ma ci sono categorie della popolazione più a rischio, con maggiori probabilità di sviluppare complicanze anche gravi. Si tratta dei bambini piccoli e degli anziani, nei quali l’infezione può degenerare nella sindrome emolitica uremica, ossia un’insufficienza renale associata ad anemia e deficit di piastrine. In queste circostanze l’infezione da E. coli può essere fatale.
Cosa non si deve mangiare con l’Escherichia coli? Durante un’infezione da E. coli, è consigliabile evitare cibi crudi o poco cotti, latte non pastorizzato e bevande contaminate.
Quanto tempo ci vuole per guarire? L’infezione da E.Coli ha generalmente un periodo di incubazione di tre o quattro giorni di distanza dalla contaminazione (ingestione di bevande o alimenti contaminati). Le gastroenteriti causate da E.Coli non richiedono necessariamente e sempre una terapia antibiotica.