芽孢杆菌

芽孢杆菌是一类需氧或兼性厌氧的革兰氏阳性菌,可产生芽孢,细胞呈直杆状,大多数有动力,多数溶血,无荚膜,通常过氧化氢酶阳性,DNA 中的 G+C 克分子含量为 32~62%

图:芽孢杆菌革兰氏染色

芽孢杆菌是自然界中广泛分布的生防细菌,因其具有较强的繁殖能力,稳定的理化性质以及广泛的抑菌谱,在科研和生产中应用较多。基因组测序时代也为芽孢杆菌的研究带来了很大的变革,高通量测序和表达谱分析已成为挖掘芽孢杆菌基因、研究其感染致病情况或生防机理的重要工具

芽孢杆菌具有庞大的种群,有 200 多种,其中炭疽芽孢杆菌、蜡状芽杆菌、苏云金芽孢杆菌以其感染的致病潜力而闻名。炭疽芽孢杆菌对人和动物都可致病,蜡状芽孢杆菌可引起食物中毒,苏云金芽孢杆菌则会引起眼部感染、菌血症、口腔感染和肺部感染等等。下面,我们来详细认识下这三种芽孢杆菌→


1、炭疽芽孢杆菌

炭疽芽孢杆菌又称炭疽杆菌,属于专性需氧芽孢杆菌的一种,有荚膜、无鞭毛,能引起牛、羊、马等动物及人类的炭疽病炭疽杆菌在人工培养物内呈长链状排列,圆卵形芽孢,芽孢的抵抗力很强,可在干燥状态下生存数十年。

图:炭疽芽孢杆菌

炭疽杆菌人的易感性仅次于食草动物,属于第二类病原微生物。病菌主要通过破损的皮肤、消化道或呼吸道侵入体内,还有可以通过生物武器袭击,以气溶胶的方式散播炭疽芽孢,能够同时污染到大面积的空气、水源、食物。炭疽病根据感染途径的不同可分为皮肤型、肠型和肺型 3 种。潜伏期一般为 12 小时至 12 天,平均 2~5 天,致死率较高,但如果早期治疗及时,80% 的皮肤型炭疽能恢复正常。贵州是我炭疽病的高发省份,据统计,2005~2013 年累计报告炭疽病例 392 例,死亡 17 例,病死率高达 4.34%。因此,发展灵敏、高效的炭疽杆菌检测方法十分重要和紧迫。

图:皮肤型炭疽

炭疽杆菌根据检测的靶标可分为四大类,分别为针对炭疽芽孢的检测方法、针对细菌繁殖体的检测方法,针对炭疽杆菌基因的检测方法和针对炭疽毒素蛋白的检测方法。其中,前两种是比较成熟的方法,但在特异性及临床的实用性方面还难以令人满意;针对炭疽杆菌基因的检测技术在特异性和灵敏度上有较大的提高,但在临床诊断等方面还有欠缺;而针对炭疽毒素蛋白检测技术的发展,使得直接对炭疽杆菌主要致病因子进行检测成为可能,这对于临床诊断以及流行病学研究具有重要意义。

图:来源于《炭疽杆菌检测方法的研究现状与展望》

炭疽病的治疗主要包括有对症支持治疗、抗生素及抗炭疽血清治疗针对病原体治疗,药物治疗是所有治疗的关键。青霉素 G 是首选药物,青霉素过敏者,可以换用环丙沙星、氧氟沙星等。抗炭疽血清是一种可以与炭疽毒素结合的物质,避免炭痛毒素攻击正常细胞,对于重症患者具有重要意义。


2、蜡状芽杆菌

蜡状芽孢杆菌是一种兼性好氧的革兰氏阳性菌。菌体呈杆状、短或长链,无荚膜,菌落大且表面粗糙扁平,广泛分布于土壤、空气和水中

研究发现,有些蜡状芽孢杆菌可高产蛋白酶、淀粉酶等,有一部分蜡状芽孢杆菌可产生抗生素、细菌素、细胞壁降解酶类等抗菌物质,而大部分的蜡状芽孢杆菌则是引起食物中毒的污染菌常见于各种植物和许多生、熟食品中

图:来源于《蜡状芽孢杆菌相关食物中毒研究进展》

蜡状芽孢杆菌食物中毒的主要症状表现为呕吐和腹泻,这两种症状是由于其在生长过程中产生的呕吐毒素 (环状肽) 和腹泻毒素 (5 种肠毒素) 所致的。一般来说,不同的菌株可产生不同的毒素,同一菌株在不同的生长阶段也可能产生不同的毒素。呕吐是通过细菌在食物中生长阶段产生的呕吐毒素引起的,腹泻是由其在小肠中的生长过程中产生的肠毒素引起的,两者对比的具体情况如下图所示:


图:来源于《蜡状芽孢杆菌相关食物中毒研究进展》


3、苏云金芽杆菌

苏云金芽孢杆菌,又称苏云金杆菌,是一种需氧型杆状菌,菌落呈圆形或椭圆形,淡黄色,边缘不规则,距离被发现到现在已有 100 年的历史。

苏云金杆菌常寄居于土壤中,在害虫防治中发挥了巨大的作用,近年来研究最深入、开发最迅速、应用最广泛的微生物杀虫剂之一。其防虫原理是菌株可产生内毒素和外毒素两类毒素,使害虫停止取食,害虫因饥饿、血液败坏或神经中毒而死。

该菌是条件致病菌,当机体抵抗力低下或受到外伤等,可引起感染病。据相关报道,引起的疾病主要包括有眼部感染、胃肠炎、口腔感染、菌血症、肺部感染和烧伤伤口感染等感染病。


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图:mNGS 检测范围

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图:tNGS 检测范围