Pathophysiology of enteroaggregative Escherichia coli infection: an experimental model utilizing transmission electron microscopy / Fisiopatologia da infecção pela Escherichia coli enteroagregativa: um modelo experimental utilizando microscopia eletrônica de transmissão

ABSTRACT

CONTEXT Enteroaggregative Escherichia coli strains have been associated with persistent diarrhea in several developing countries. In vivo procedures with animal models as rat, rabbit and gnotobiotic piglets intestinal loops, in vitro assays with cellular lines like T84, Caco 2, HT29, HeLa e HEp-2 and in vitro organ culture with intestinal fragments have been applied to study these bacteria and their pathogenicity. OBJECTIVES: The present experimental research assessed the pathogenic interactions of three enteroaggregative Escherichia coli strains, using the in vitro organ culture, in order to observe and compare alterations in different regions of both, the ileal and the colonic mucosa. METHODS: This study applied intestinal fragments from terminal ileum and colon that were excised from pediatric and adult patients that underwent colonoscopic procedures. Tissue was fixed for transmission electron microscopic study. Each bacterium was tested with three intestinal fragments for each region. RESULTS: Enteroaggregative Escherichia coli strains colonized and provoked citotoxic effects in the ileal and colonic mucosa. Total or partial villi destruction, vacuolization of basal cytoplasm of the enterocytes, epithelium detachment, derangement of the structure and epithelial cell extrusion in ileal mucosa could explain the perpetuation of the diarrhea. Bacterial aggregates were seen in intestinal lumen associated with mucus and cellular debris and in the intercellular spaces of the destroyed epithelium, suggesting bacterial invasion that seemed to be secondary to the destruction of the tissue. CONCLUSIONS: Pathogenesis of persistent diarrhea should include alterations in the small bowel structures where the digestive-absorptive functions take place. In the colonic mucosa the inflammatory lesions could explain the occurrence of colitis.

RESUMO

CONTEXTO: A Escherichia coli enteroagregativa está associada à diarréia persistente em vários países em desenvolvimento. Procedimentos in vivo empregando modelos animais como ratos, coelhos e alças intestinais de suínos gnotobióticos, e modelos in vitro com linhas celulares, tais como T84, Caco 2, HT29, HeLa e HEp-2 e cultura de órgão in vitro são empregados no estudo desta bactéria e de sua patogenicidade. OBJETIVOS: Neste trabalho foram avaliadas as interações de três cepas de Escherichia coli enteroagregativa usando cultura de órgão in vitro, com o objetivo de observar e comparar as alterações em diferentes regiões do intestino mucosa ileal e mucosa colônica. MÉTODOS: Este estudo empregou fragmentos de íleo terminal e cólon extraídos de pacientes submetidos a colonoscopia. Os fragmentos intestinais infectados in vitro foram fixados para avaliação em microscopia eletrônica de transmissão. Cada cepa bacteriana foi testada com três fragmentos intestinais de cada região. RESULTADOS: As cepas estudadas colonizaram e provocaram efeitos citotóxicos no íleo e no cólon. Alterações na mucosa ileal, tais como destruição parcial ou total das vilosidades, vacuolização do citoplasma basal dos enterócitos, destacamento do epitélio e desarranjo da estrutura com extrusão de células epiteliais poderiam explicar a perpetuação do processo diarréico. Agregados bacterianos foram vistos no lúmen intestinal associados a muco e restos celulares e nos espaços intercelulares do epitélio destruído sugerindo invasão bacteriana que pareceu ser secundária à destruição do tecido. CONCLUSÃO: A patogênese da diarréia persistente deve incluir alterações no intestino delgado aonde ocorrem as funções digestivo-absortivas. Na mucosa colônica as lesões inflamatórias observadas justificariam a ocorrência de colite.