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    弗格森埃希氏菌的生物學特性及其感染治療

    來源:原創論文網 添加時間:2020-04-14

      摘    要: 弗格森埃希氏菌(Escherichia fergusonii)是一種不常出現的動物和人類病原體,與大腸埃希氏菌關系密切。它可引起人的傷口感染、尿路感染、菌血癥、腹瀉、胰腺癌、內生性肉芽腫和胸膜炎等,也可在綿羊和牛中引起類沙門氏桿菌病,其臨床癥狀一般表現為流產、腹瀉和乳腺炎等。文章綜述了弗格森埃希氏菌的歷史、生化和培養特征、表型和基因型特征、毒力因子和致病性、診斷和感染治療與預防等方面的研究進展,以期引起人們對弗格森埃希氏菌的關注。

      關鍵詞: 弗格森埃希氏菌; 培養特征; 毒力因子; 致病性; 診斷和預防;

      Abstract: Escherichia fergusonii is a rare animal and human pathogen, which is closely related to Escherichia coli. It can cause human wound infection, urinary tract infection, bacteremia, diarrhea, pancreatic cancer, endogenous granuloma and pleurisy, etc. it can also cause salmonella-like diseases in sheep and cattle, whose clinical manifestations include abortion, diarrhea and mastitis, etc. This paper summarizes the research progress of Escherichia fergusonii in the history, biochemistry and culture characteristics, phenotype and genotype characteristics, virulence factors and pathogenicity, diagnosis and prevention in order to get people's attention.

      Keyword: Escherichia fergusonii; cultivation characteristics; virulence factors; pathogenicity; diagnosis and prevention;

      自從1885年Theodor Escherich發現大腸桿菌以來,大腸桿菌已成為迄今為止對微生物研究最多的一種細菌。1919年,為了紀念其發現者,將大腸桿菌歸于埃希氏菌屬中[1]。Theodor Escherich發現大腸桿菌一個世紀之后,隨著診斷工具和培養基的出現如PCR法和改良的生長培養基,埃希氏菌屬內各種物種的表型相似性逐漸得到人們的關注[2]。目前在埃希氏菌屬中有7種被認可的種,除大腸埃希氏菌外,還有阿爾貝蒂埃希氏菌(Escherichia albertii)、布拉特埃希氏菌(Escherichia blattae)、弗格森埃希氏菌(Escherichia fergusonii)、赫曼尼埃希氏菌(Escherichia hermanii )、脆弱性埃希氏菌(Escherichia vulneris)和非脫羧埃希氏菌(Escherichia adecarboxylata)。在埃希氏菌屬中,由于DNA雜交,弗格森埃希氏菌的相關基因最為接近大腸桿菌,這可能會導致診斷困難,例如弗格森埃希氏菌具有大部分大腸桿菌基因組,可能干擾PCR依賴性診斷。雖然該屬的其他成員被分離的頻率比大腸桿菌低得多,但都來自人類和動物體內的類似部位。大腸桿菌的一個顯著特征是存在約10 000 種天然血清型。這些不同血清型是由于其細胞表面微妙的抗原變異性以及所謂的“毒力因子”不同而導致的。埃希氏菌屬具有復雜的系統發育背景,在腸桿菌科中埃希氏菌屬、志賀菌屬和沙門氏桿菌屬被歸類為單獨屬,但有人認為它們實際上是埃希氏菌屬。志賀菌屬可以被視為大腸桿菌的致病譜系,但是弗格森埃希氏菌和阿爾貝蒂埃希氏菌與該屬其他成員差異顯著[3]。

      1 、歷史

      弗格森埃希氏菌(E. fergusonii)是一種不常出現的動物和人類病原體,以美國微生物學家William H. Ferguson的名字命名[1]。弗格森埃希氏菌被發現時,其臨床意義尚不確定,但從那時起弗格森埃希氏菌主要從人類的傷口感染、尿路感染、菌血癥、腹瀉、胰腺癌、內生性肉芽腫和胸膜炎病例中分離而來,也可分離自溫血動物的糞便和動物來源的食物(牛肉和奶酪)中。弗格森埃希氏菌在綿羊和牛中可引起類沙門氏桿菌病,其臨床癥狀表現為流產、腹瀉和乳腺炎等[3,4]。
     

    弗格森埃希氏菌的生物學特性及其感染治療
     

      2 、生物學特性

      2.1 、生化特征

      弗格森埃希氏菌不發酵山梨糖醇和乳糖,糖發酵試驗呈陰性;發酵側金盞花醇、苦杏苷和纖維二糖,糖發酵試驗呈陽性,可據此來與大腸桿菌區分。此外,弗格森埃希氏菌還發酵L-阿拉伯糖、L-鼠李糖、麥芽糖、海藻糖、纖維二糖、D-木糖和D-阿拉伯糖醇,發酵D-葡萄糖時產氣;氧化酶反應呈陰性,過氧化氫酶反應呈陽性[3]。

      2.2 、表型和基因型特征

      弗格森埃希氏菌是腸桿菌科的革蘭氏陰性桿狀菌,不形成芽孢,大小為2~5 μm×0.8~1.5 μm,并且具有周圍鞭毛,有運動性,屬兼性厭氧菌,可從有機物的氧化和還原反應中獲得能量[3,5]。

      DNA雜交研究結果表明,弗格森埃希氏菌與大腸桿菌密切相關。自腹瀉糞便樣品分離的弗格森埃希氏菌對大鼠腸道致病性的研究結果表明,回腸中產生明顯的液體積聚,因此可以推斷該病原可引起腹瀉,但其機制尚未闡明。然而,該菌也可以從健康雞個體中分離出來[6]。

      2.3、 培養特性

      與其他埃希氏桿菌屬一樣,在有氧條件下,弗格森埃希氏菌在37~40 ℃下的常規培養基上生長最佳,生長溫度范圍可從21 ℃延伸至45 ℃。 D. J. Ingle等[4]比較了6株弗格森埃希氏菌與阿爾貝蒂埃希氏菌、大腸桿菌分離株的生物被膜形成、最大和最小生長溫度以及毒力特征,發現在24 ℃時弗格森埃希氏菌生物被膜通常比在37 ℃的更佳,在營養肉湯培養基中比葡萄糖培養基中更好。大多數弗格森埃希氏菌株在低于11 ℃時不能繁殖,這表明該菌與“宿主相關”而不是“自由生活”。

      2.4 、致病性和毒力因子

      1985年,J. J. 3rd. Farmer等[1]首先提出了弗格森埃希氏菌的臨床意義,其從病人的血液樣品中分離出弗格森埃希氏菌。作為埃希氏菌屬的成員,弗格森埃希氏菌與大腸桿菌分離株高度相似。通過在其基因組中摻入特定大腸桿菌分離株的染色體和染色體外DNA發現,一些弗格森埃希氏菌分離株與大腸桿菌更相似。研究結果表明,有一株弗格森埃希氏菌與O157大腸桿菌抗體反應呈陽性,卻與志賀毒素和其他大腸桿菌O157毒力標記物的抗體反應呈陰性。也有研究人員檢測到弗格森埃希氏菌分離株的致病性和毒力基因的存在。用大腸桿菌毒力基因陣列檢測了30株來源于豬、牛和羊的弗格森埃希氏菌,結果有13株存在耐受血清的基因,3株具有菌毛和鐵載體受體基因,在14株中未檢測到已知的毒力基因[4,5,6,7]。

      研究結果表明,弗格森埃希氏菌分離株在腸道感染的小鼠模型中全部呈陰性,但通過PCR檢測,發現鐵吸收和莢膜合成的fyuA和kpsE基因呈陽性;與鐵代謝相關的因子(iroN、aer/iutA,hlyD)和毒素產生(elt、astA、eaeA cdt和cnf1)的黏附結構基因的PCR檢測結果均呈陰性,例如菌毛和緊密素(sfa、pap、eaeA);大腸桿菌ibeA編碼的穿過血腦屏障的基因檢測結果呈陰性[4]。

      對來自韓國某豬場的弗格森埃希氏菌多重耐藥分離株進行PCR檢測,發現大腸桿菌熱穩定/熱不穩定毒素(STa,LT)和菌毛黏附素(F4和F18)基因均為陽性。PCR檢測發現,有4株弗格森埃希氏菌 intimin和EAST1基因為陽性,從健康雞中分離和鑒定的43株弗格森埃希氏菌菌株具有LT基因。因此,推測弗格森埃希氏菌大多數毒力因子主要涉及大腸桿菌中的毒素產生、黏附和鐵代謝。但并不意味著大腸桿菌毒力基因在弗格森埃希氏菌中具有與在大腸肝菌中相同的生物功能[4,6,8]。

      2.5 、基因組學

      目前,已經完成多重耐藥弗格森埃希氏菌ECD-227菌株的全基因組測序及與人糞便非致病性弗格森埃希氏菌ATCC 35469的基因組的比較。ECD-227菌株是從肉雞中分離出來的,對1日齡雛雞可造成18%~30%的死亡率;含有由4 058個開放閱讀框架組成的基因組,其中141個是ECD-227特有的。該菌株還含有5種與大腸桿菌和腸道沙門氏桿菌質粒相似的質粒,所有質粒均包含318個開放閱讀框架;在染色體和質粒中都發現了許多具有抗生素抗性的基因[9]。

      在弗格森埃希氏菌 ECD-227的基因組中發現了大約有25個假定毒力基因,包括可能編碼菌毛黏附素和內膜蛋白的基因,以及參與鐵代謝的基因;還鑒定出參與鞭毛生物合成和穿過血腦屏障的假定基因。弗格森埃希氏菌ECD-227與弗格森埃希氏菌 ATCC 34569的基因組更為接近,與大腸桿菌、沙門氏桿菌和其他6種腸道細菌親緣性較遠。與大腸桿菌相比,弗格森埃希氏菌株ATCC 34569的基因組可能經歷了多重重排[10]。

      3 、動物與人感染

      許多從動物和人類中分離弗格森埃希氏菌的文獻都是病例報道。研究結果表明,自健康雞中分離和鑒定出了含產熱不穩定腸毒素的43株弗格森埃希氏菌,經檢測可產生LT,其中有16株通過與IncF質粒接合可將基因轉移到大腸桿菌中[4,6,8];弗格森埃希氏菌具有成為豬重要病原體的潛力[11,12,13,14,15]。

      J. J. 3rd. Farmer等[1]首次從豬、牛、馬和火雞以及其他動物中分離出弗格森埃希氏菌,目前還不清楚這些動物是否患有某種胃腸道疾病。后來從牛和羊、腹瀉鴕鳥、馴鹿、山羊和馬等動物體內先后分離到該菌。此外,還有報道稱從有腹瀉、呼吸道疾病和敗血癥的豬和綿羊中分離出弗格森埃希氏菌。弗格森埃希氏菌感染的臨床表現為菌血癥、尿路感染和腹瀉。從血液、尿液、糞便和腹部傷口中可分離培養出該菌[1],也有從尿路感染、敗血癥、胰腺癌病例中分離出該菌的報道[3]。

      4 、診斷

      當前,缺乏從復雜菌群的糞便中分離該菌的選擇性培養基已成為檢測弗格森埃希氏菌的主要障礙。在大多數研究中,可用麥康凱瓊脂培養基進行分離;使用檸檬酸鹽側金盞花醇瓊脂培養基可顯著減少其他菌群,并提高動物糞便樣品中弗格森埃希氏菌的分離率。全自動生物化學鑒定儀和3種弗格森埃希氏菌商業鑒定系統也可用于輔助診斷,目前許多常規實驗室還不能確切區分大腸桿菌和弗格森埃希氏菌[3,12]。

      5、 弗格森埃希氏菌感染的治療和預防

      治療弗格森埃希氏菌感染的方案與大腸桿菌相似,但治療結果越來越受到新出現的耐藥菌株影響。有研究結果表明,在糖尿病患者胰腺癌病例中檢測出由弗格森埃希氏菌和肺炎克雷伯氏菌引起的菌血癥。用頭孢曲松治療后,感染弗格森埃希氏菌的病人臨床癥狀改善,血液樣品分離培養該菌呈陰性。弗格森埃希氏菌是尿路感染的常見病原體之一,可占10%左右。大多數分離株對呋喃妥因、環丙沙星、頭孢曲松、阿莫西林和阿米卡星呈現多重耐藥,因此藥敏試驗對指導治療至關重要。由于弗格森埃希氏菌引起機會性感染,預防措施將取決于感染部位[3,16]。

      大多數關于弗格森埃希氏菌感染的文獻都是病例報告。這些文獻表明,在世界范圍內均可以在患病的人類和動物體內發現該菌,罕見同時有多個感染弗格森埃希氏菌病例的報道。弗格森埃希氏菌和大腸桿菌對抗生素耐藥率大體相同。弗格森埃希氏菌在不同的動物群體中存在與否可能有差異。在184個雞群的糞便樣品中分離出40多株產毒素弗格森埃希氏菌株。但是,在澳大利亞,人們對1 700多種脊椎動物進行了研究,結果只在很少鳥類中檢測到弗格森埃希氏菌。因此,尚需進一步研究以確定弗格森埃希氏菌在人類和動物疾病中的確切作用和重要性。此外,也不應忽視弗格森埃希氏菌在生物降解中的潛在作用,生物體并不是該菌唯一重要的生存場所[17]。

      6 、展望

      目前,尚不明確弗格森埃希氏菌導致疾病的確切發病率,也不清楚該菌是否是人類和動物的共生菌。但大量的弗格森埃希氏菌分離株呈現多重耐藥,表明該菌正在變得對可用的抗生素治療產生抗性。在已確定的弗格森埃希氏菌中的毒力因子或毒力基因中,這些毒素抗原決定簇總是與大腸桿菌感染相同宿主時起的作用相似。在埃希氏菌屬中,弗格森埃希氏菌和大腸桿菌其基因型和表型特征都有相似之處[3,18,19,20]。這不免引發許多疑問,諸如弗格森埃希氏菌實際上是否是另一種大腸桿菌?弗格森埃希氏菌感染的發病率是多少?弗格森埃希氏菌和大腸桿菌的宿主特異性是否相同?弗格森埃希氏菌與大腸桿菌具有相同或相似的毒力因子嗎?這些問題仍有待于解答,可能是未來的研究方向。

      參考文獻

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