Патогенез (механизм развития) холеры довольно сложен и хорошо изучен. Когда холерные вибрионы попадают в желудок, большинство бактерий не выживают в его кислой среде. Несколько выживших бактерий сохраняют свою жизнеспособность и сохраняют питательные вещества при прохождении через желудок за счет отключения производства белка.
Когда оставшиеся в живых бактерии достигают тонкой кишки, они должны продвигаться через густую слизь, чтобы добраться до стенки кишечника, где они могут существовать и размножаться. Холерные вибрионы производят белок флагеллин, который образует спирально скрученную структуру в виде жгутиков. Подобно штопору спиральные волокна вращаются и продвигают бактерии через слизи тонкой кишки.
Как только бактерии холеры достигают стенки кишечника, они больше не нуждаются в жгутиках для продвижения. Бактерии прекращают производство белка флагеллина , чтобы сохранить энергию и питательные вещества для синтеза смеси белков, которые они экспрессируют в ответ на изменение химического состава окружающей их среды. По достижении кишечной стенки вибрион начинает производить токсичные белки, которые вызывают у инфицированного человека водянистый понос. Новые поколения холерных вибрионов попадут в организм следующего хозяина с питьевой водой или пищей, если не будут применены соответствующие санитарные меры.
Холерный токсин представляет собой олигомерный комплекс, состоящий из шести белковых субъединиц: одна копия субъединицы — часть А и пять копий субъединицы — часть В, соединенных дисульфидной связью.
Пять B -субъединиц образуют пяти-членное кольцо , которое связывается с GM1 ганглиозидами (человеческим белком) на поверхности кишечных эпителиальных клеток . А1 часть субъединицы является ферментом, в то время как A2 цепи вписывается в центр В-субъединицы кольца. После связывания комплекс проникает в клетку кишечника, где приводит к производству активного биохимического регулятора цАМФ (аденозинмонофосфат циклический). Именно цАМФ, в свою очередь, приводит к секреции воды, Na+, K+, Cl-, HCO3- в просвет тонкой кишки и быстрого обезвоживания.
Ионы хлора и натрия создают солёную среду в тонком кишечнике, которая через осмос может потянуть до шести литров воды в день через кишечные клетки, вызывая обильный понос вида рисового отвара. Больной быстро обезвоживается и теряет микроэлементы, если не принять соответствующие меры.
Ученые исследовали механизмы действия холерного вибриона, с помощью которых он реагирует на изменяющиеся химические среды желудка, слизистых слоёв и кишечной стенки. Они обнаружили сложный каскад регуляторных белков, производимых холерными вибрионами, которые контролируют их внедрение в стенку кишечника и активируют их гены вирулентности, производящие токсины, вызывающие диарею у инфицированного человека и позволяющие бактериям колонизовать кишечник.