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、蜡状芽孢杆菌、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。贵州是我国炭疽病的高发省份,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、蜡状芽孢杆菌
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、苏云金芽孢杆菌
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,是近年来研究最深入、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