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一文了解 | 革兰氏阳性和阴性菌区别,致病差异,针对用药

革兰氏阳性和阴性菌

在日常生活中,我们常常会看到药物或抗菌产品适应症会这样写到,对革兰氏阳性菌有效,对革兰氏阴性菌敏感,或者说对革兰氏阴性菌有效,对革兰氏阳性菌无效。可能很多人不是很清楚或搞不懂二者的区别。

本文主要介绍革兰氏阳性和阴性菌,它们的区别,代表性菌种以及针对用药等。

1884年,细菌学家Hans Christian Gram发明了革兰氏染色法来鉴别区分细菌。这种技术将细菌分成两大类,即革兰氏阳性菌(G+)和革兰氏阴性菌(G-)。区分主要是这两类细菌细胞壁成分不同,因而着色也不同所致。

这两类细菌的生理结构,疾病原因以及抗菌作用不一,因此,区分病原菌是革兰氏阳性菌,还是阴性菌,在临床确定感染选择用药方面意义重大。

革兰氏阴性菌致病多由于患者有基础疾病或者体质比较差,肠道细菌感染引起的腹泻多是由肠道菌群中的革兰氏阴性菌所致,如大肠杆菌、沙门氏菌、志贺氏菌,布氏杆菌等,治疗这类细菌感染,一般使用三代头孢菌素以及喹诺酮类抗生素。注意大多数革兰氏阴性菌对青霉素耐药或不敏感。

大多数化脓性球菌都属于革兰氏阳性菌,它们能产生外毒素使人致病,常见的菌种葡萄球菌、链球菌、肺炎双球菌、李斯特菌炭疽杆菌、白喉杆菌、破伤风杆菌等。尤其在人体肠道内,革兰氏阳性致病菌致病几率更大。大多数由革兰氏阳性菌引起的感染可以用相当少量的抗生素治疗。青霉素、氯唑西林和红霉素足以覆盖 90% 的革兰氏阳性感染。

此外,某些广谱抗生素对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有抗菌作用,如氨苄青霉素、庆大霉素、土霉素、磷霉素及环丙沙星等,但是作用效果可能不是最优。此外,磺胺类药物也属于广谱抑菌药物

临床应用时,如果对细菌感染比较明确,尽量使用窄谱抗菌药物,如不太明确,可选用广谱抗菌药物。因此,临床治疗疾病时,首先要对药物的作用与用途要详细了解,然后再根据感染类型或诊断结果合理选择药物,这样才能取得最佳治疗效果。否则,药物选择不当,将会出现无效或越治越重的结果。

革兰氏阳/阴性菌的主要区别

革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌之间的主要区别在于肽聚糖层的厚度外部脂质膜的存在与否

  • 革兰氏阳性菌具有较厚的肽聚糖细胞壁结构,在革兰氏染色试验中呈紫色/蓝色。
  • 革兰氏阴性菌的细胞壁较薄,在革兰氏染色试验中呈红色至粉红色。

不同细菌的革兰氏染色

A) 脑脊液样本中的杆状革兰氏阳性炭疽杆菌(导致炭疽),也含有白细胞。B) 革兰氏阳性金黄色葡萄球菌(紫色或紫色)和革兰氏阴性杆菌大肠杆菌(粉红色)的革兰氏染色,它们是最常用的革兰氏染色参考细菌。参考来源:Wikipedia commons 和 tmedweb)

革兰氏阳性菌

// 缺乏外膜,更容易受抗生素影响

革兰氏阳性菌的细胞壁含有肽聚糖、脂质、磷糖醛酸和磷壁酸。这种结构成分不同于由肽聚糖和外膜(由脂质、蛋白质和脂多糖组成)组成的革兰氏阴性细菌细胞壁。尽管革兰氏阳性菌具有较厚的肽聚糖层,但它们比革兰氏阴性菌更容易受到某些靶向细胞壁的抗生素的影响,因为它们缺乏外膜

// 常见的致病菌

最常见的革兰氏阳性细菌包括葡萄球菌、链球菌、芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、李斯特菌、棒状杆菌等。这些革兰氏阳性菌的代表性物种是致病的,并可能引起多种疾病。

// 可用于治疗的抗生素

青霉素是影响革兰氏阳性菌的主要抗生素之一

红霉素是另一种用于治疗革兰氏阳性细菌感染的强效抗生素。红霉素属于一类称为大环内酯类的抗生素,与阿奇霉素和克拉霉素同属一类。它通常用于对青霉素过敏的人。

甲氧苄啶/磺胺甲恶唑,克林霉素,克林霉素,强力霉素,万古霉素也可以用于特定的革兰氏阳性菌的感染

革兰氏阴性菌

// 层层抵抗更难杀死:细胞壁更硬,可改变外膜

革兰氏阴性菌有坚硬的保护外壳。它们的肽聚糖层比革兰氏阳性杆菌薄得多

当它们的细胞壁受到干扰时,革兰氏阴性细菌会释放内毒素,症状更糟。同时,大多数抗生素为了接近它们的目标,必须通过外膜。例如,亲水性抗生素通过孔蛋白。革兰氏阴性菌可以通过改变它们的疏水特性或通过孔蛋白的突变来改变它们的外膜。这对这些细菌细胞产生了抵抗力

// 暗藏玄机:比革兰氏阳性菌更危险

与革兰氏阳性菌相比,革兰氏阴性菌作为疾病生物体更危险,因为存在覆盖外膜的荚膜或粘液层。通过这种方式,微生物可以隐藏表面抗原,这个抗原可以触发人体免疫反应

革兰氏阴性菌是一组臭名昭著的细菌,可导致多种疾病,包括肺炎、脑膜炎、淋病、细菌性痢疾、霍乱、胃炎等。在重症监护病房 (ICU)的患者,处于发病和死亡的高风险中,更容易遇见这类细菌,因此它们在医院具有重要的临床意义

// 可用于治疗的抗生素

已经开发了许多不同种类的抗生素来杀死革兰氏阴性菌,例如头孢菌素、叶酸拮抗剂、哌拉西林-他唑巴坦、脲青霉素、内酰胺-β-内酰胺酶抑制剂、碳青霉烯类和喹诺酮类。它们是专门针对革兰氏阴性细菌而开发的,不过有时也对某些革兰氏阳性细菌有效。

革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌区别总结

参考来源:microbenotes

以上是革兰氏阳性菌和阴性菌的主要区别,接下来我们针对革兰氏阳/阴性菌,从细菌特征,形状表征,细胞结构等方面,进行更详细的介绍。

细菌特征

革兰氏阳性菌特征

革兰氏阳性菌的定义是基于它们在革兰氏染色中用酒精短暂洗涤后保留结晶紫染料的能力。革兰氏阳性菌呈紫色。

这些细菌具有非常独特的特征,可以将其与其他类型的细菌区分开来。这些包括:

  • 革兰氏阳性菌的特征之一是存在被细胞壁包围的细胞质脂质膜
  • 革兰氏阳性菌的细胞壁含有肽聚糖、多糖、磷壁酸和蛋白质
  • 在显微镜下观察时,革兰氏阳性菌在革兰染色试验后呈紫色
  • 周质体积比革兰氏阴性菌要小得多
  • 存在较厚的肽聚糖层
  • 具有磷壁酸,脂磷壁酸用作螯合剂,也可用于某些类型的粘附
  • 有些物种具有某些表面附属物,例如鞭毛,可以帮助它们移动
  • 没有鞭毛的革兰氏阳性菌有两个支撑它们的基体环
  • 肽聚糖链通过细菌酶DD-转肽酶交联以形成刚性细胞壁
  • 一些革兰氏阳性细菌具有由多糖组成的荚膜
  • 它们有一个连接到肽聚糖层的 S 层
  • 它们没有革兰氏阴性细菌那样的外膜
  • 革兰氏阳性菌的细胞壁结构复杂,容易吸收异物
  • 它们很少有被称为菌毛的毛发状结构。在小部分革兰氏阳性菌中能看到菌毛,如链球菌和棒状杆菌

革兰氏阴性菌特征

在革兰氏染色过程中,革兰氏阴性细菌在用酒精清洗后将失去结晶紫染料的颜色,并吸收反染物藏红花的粉红色/红色

几乎在地球上的每个生活区域都可能发现革兰氏阴性细菌。

  • 它们有一层由脂多糖组成的外膜。外膜含有脂多糖(LPS,由脂质 A、中心多糖和 O 抗原组成)
  • 它们有一个周质空间(较大),将外膜与细胞质层隔开。
  • 有一个内细胞膜(细胞质)
  • 有一个薄的肽聚糖层(革兰氏阳性细菌中更厚)
  • 它们的细胞壁具有外膜,外膜进一步分为外叶和内叶。外叶含有由脂质A、O抗原和核心多糖组成的脂多糖,内叶由磷脂组成。
  • 孔存在于外膜中,作为特定分子的孔
  • 不存在磷壁酸或脂磷壁酸
  • 肽聚糖链和外膜之间也存在共价连接,称为布劳恩脂蛋白
  • 除少数例外,大多数不产生孢子

形状表征

革兰氏阳性菌形状的表征

尽管大多数细菌是通过革兰氏染色染料进行区分的,但显微镜下的观察揭示了更多可用于定义和表征这些细菌的特征。

根据形状的定义,革兰氏阳性菌可分为两类

  • 球菌——直径为0.5-1.0 um的圆形或椭圆形细菌。它们以成对、链状、簇状或单独出现。例如葡萄球菌、链球菌、肺炎球菌。
  • 杆菌——也呈杆状;它们是棒状细菌,末端呈圆形、锥形、方形或肿胀状。它们的长度为1-10um,宽度为0.3-1.0um。例如芽孢杆菌。

革兰氏阳性细菌形成的其他特殊形状包括:

  • 四分体——一种球菌形状,呈四个方形簇状,例如Micrococcus(微球菌属)。
  • 八叠球菌——厚壁球菌形状,四叠或八叠,例如八叠球菌。

革兰氏阴性菌形状的表征

革兰氏阴性菌细胞的显微镜观察范围杆状到芽孢杆菌球菌到螺旋状,螺旋状是最常见的形状。然而,有些表现出特殊的形状,如球杆菌、四分体、栅栏、毛状体等。例如:

  • 杆菌——Escherichia coli (大肠杆菌)
  • 球菌——是球菌和杆菌形状的组合,包括Hemophilus influenza(流感嗜血杆菌)
  • 链杆菌是杆状的,它们以链状连接在一起,例如Streptobacillus moniliformis (念珠状链杆菌)
  • 毛状体是一系列柱状排列的棒状细胞,它可以被包裹在一个鞘中
  • 螺旋形细菌也称为螺旋体,例如梅毒螺旋体
  • 丝状革兰氏阴性菌具有丝状形状,例如,Norcadia spp (诺卡氏菌属)

细胞结构

革兰氏阳性菌

革兰氏阳性菌的细胞壁含有肽聚糖、脂质、磷糖醛酸和磷壁酸。这种结构成分不同于由肽聚糖和外膜(由脂质、蛋白质和脂多糖组成)组成的革兰氏阴性细菌细胞壁。因此,革兰氏阳性菌的细胞壁很厚,并吸收了革兰氏染色的结晶紫染料。因此,显微镜下的革兰氏阳性菌呈紫色。

革兰氏阳性细菌细胞壁的结构特征

革兰氏阳性细菌具有由肽聚糖组成的厚的多层细胞壁(因为它含有肽和糖的混合物)。由于肽聚糖存在于大多数细菌中,但不存在于哺乳动物细胞中,因此它是抗菌药物的良好靶标(例如细胞壁合成抑制剂,包括青霉素、头孢菌素和万古霉素)。

这些抗生素会干扰转肽酶(也称为青霉素结合蛋白或PBP 的活性) 在细胞壁中催化相邻聚糖链之间的交联。

细胞壁还含有磷壁酸纤维,有助于细菌附着在宿主细胞膜(例如粘膜细胞)上,释放后会引起感染性休克,类似于革兰氏阴性菌释放的内毒素 (LPS) 产生的感染。

β-内酰胺酶(青霉素酶)是由细菌产生的酶家族,可水解 β-内酰胺抗生素(其中许多也是细菌来源)的四原子 β-内酯环,从而使其抗菌性能失活。

细菌细胞膜还可以包含ABC 外排泵这可能导致抗生素耐药性和对那些具有细胞内作用机制的药物(例如 DNA 促旋酶抑制剂或蛋白质合成抑制剂)的多药耐药性 (MDR)。

结晶紫染料附着在革兰氏阳性菌细胞壁的厚肽聚糖层上,在光学显微镜下观察时将它们染成紫色或紫色。

肽聚糖

它也被称为胞壁质(murein),占细菌细胞壁含量的 90%。

——维持形状,并保持细胞壁强度和弹性

它是一种优质聚合物,由两种相同的糖衍生物(N-乙酰氨基葡糖和 N-乙酰胞壁酸)以及 L-氨基酸链和蛋白质中很少发现的三种不同 D-氨基酸(即 D-谷氨酸、D-丙氨酸和内消旋二氨基庚二酸)组成,可保护细胞壁免受肽酶的攻击

D-氨基酸和L-氨基酸连接到N-乙酰壁酸,L-氨基酸特别是赖氨酸可以取代中二氨基丙烯酸。

肽聚糖亚基的这种相互连接使肽聚糖具有很强的维持细菌形状和完整性的能力,并具有弹性和延展性

肽聚糖也具有渗透性,允许分子进出细菌细胞。

——肽聚糖的生物合成

抑制细菌细胞壁肽聚糖层的合成是许多抗菌药物的分子靶点,包括 β-内酰胺类抗生素(青霉素、头孢菌素、碳青霉烯类和单环内酰胺类)和糖肽类抗生素(万古霉素和其他较新的类似物)。

这些药物的两个主要分子靶标是转肽酶,也称为青霉素结合蛋白 (PBP),因为它们与青霉素结合,而糖基转移酶 (GT) 可被万古霉素等糖肽抑制。

PBPs 有许多亚型,给定的细菌菌株可以表达多种 PBPs。这些 PBP 在其生理特性和与抗生素相互作用的敏感性方面可能有所不同。取决于 PBP 亚型,糖基转移酶可以作为单独的酶或作为与转肽酶相关的二聚体存在。

革兰氏阳性细胞壁生物合成

图片来源自(Wikipedia Commons 和 tmedweb)

细菌细胞壁由重复的 N-乙酰氨基葡萄糖 (NAG) 和 N-乙酰胞壁酸 (NAM) 亚基链组成。NAM 亚基附有短肽链。

肽链的组成因细菌而异,但近端的丙氨酸通常是 L-Ala,而远端的两个通常是 D-Ala。也与青霉素结合的细胞壁转肽酶(青霉素结合蛋白:PBPs)在肽侧链之间形成键,并从肽侧链之一排出末端 D-丙氨酸。

一旦形成交联,PBP 就会从壁上解离。用糖基转移酶 (GT)分离酶结构域NAM 和 NAG 残基之间的活性形成联系。一些高分子量 PBP(例如 PBP2)是含有转肽酶和糖基转移酶结构域的酶复合物。

磷壁酸纤维存在于革兰氏阳性菌的细胞壁中,由磷酸甘油或磷酸核糖醇的聚合物组成。它们参与细菌与黏膜细胞的附着,可诱发感染性休克,类似于革兰氏阴性菌释放的 LPS(内毒素)。

磷壁酸

这是由甘油共聚物组成的加固墙

磷壁酸是水溶性的,占细菌细胞壁总干重的 50%

它要么直接与肽聚糖共价连接,要么与细胞膜(脂磷壁酸)连接。通过 6-羟基 N-乙酰胞壁酸与肽聚糖直接相连。

带负电荷,延伸到肽聚糖表面,使细菌细胞壁带负电荷。

它还有助于维持细胞壁的结构。

它在革兰氏性菌中完全不存在

脂质

它们在肽聚糖下方有一层薄薄的脂质,大约 2-5%,其作用是锚定细菌细胞壁

革兰氏阴性菌

细胞壁

——细胞壁非常复杂

结合细胞外膜的主要作用,加上一层肽聚糖,其功能特性复杂,这里是对细胞壁及其功能部分的描述。

革兰氏阴性细菌的细胞壁具有一层2-7nm的肽聚糖薄层和7-8nm厚的外膜。

——周质空间较大

显微镜下,细胞膜和细胞壁之间有一个空间,称为由周质组成的周质空间。在革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌中均能发现,但在革兰氏阴性菌中,周质空间较大

革兰氏阴性细菌细胞壁

在结构上,革兰氏阴性细胞壁由细胞膜外部的两层组成:一层薄薄的肽聚糖(太薄而无法吸收大量甲基紫染色)和一层外膜(革兰氏阴性细菌独有),通常含有促进小(<700 Da)亲水分子(例如糖、氨基酸和维生素)扩散的孔蛋白。

许多抗生素(例如许多青霉素和头孢菌素)也可以通过孔蛋白扩散到达它们的作用部位。

然而,万古霉素 (1449 Da) 的质量太大,无法透过孔蛋白到达其作用部位,这使其对革兰氏阴性细菌无效。因此,外膜为革兰氏阴性菌提供了对某些抗生素的固有“内在抗性”,可以通过改变孔蛋白的表达水平或改变孔蛋白的孔特性以降低抗生素的渗透性来进一步修饰。

革兰氏阴性菌的外膜还含有脂多糖 (LPS)或内毒素,可被细菌排出,引起宿主强大的免疫反应。

周质空间

革兰氏阴性菌的周质空间由几种蛋白质组成,这些蛋白质有助于获取营养,例如攻击核酸和磷酸化分子的水解酶,以及积极协助将物质运输到细菌细胞中的结合蛋白。周质空间还具有合成肽聚糖可能对细胞造成伤害的有毒元素的

肽聚糖

革兰氏阴性细菌细胞壁有一层薄的肽聚糖层,位于质膜上方,约占细胞干重的5%。厚度不超过4纳米,一些细菌如大肠杆菌只有2纳米厚的肽聚糖。

外膜和脂多糖

革兰氏阴性菌还有第二层脂质双层,位于肽聚糖层的外部。这种外膜通过布劳恩脂蛋白与肽聚糖相连。外膜和肽聚糖之间的紧密连接是维持外膜作为许多有毒分子和抗生素的不渗透屏障所必需的。

外膜上的粘附位点也加强了革兰氏阴性细胞壁,这些粘附位点在允许细胞接触膜融合方面发挥作用。物质通过这些粘附位点进入细胞。

革兰氏阴性菌结构

图源:Jeff Dahl,wikipedia

外膜主要由脂多糖 (LPS)组成,脂多糖是由脂质和碳水化合物组成的大型复杂分子。脂多糖由3个单元组成:脂质A、核心多糖和O侧链。

脂质A由两种氨基葡萄糖糖衍生物组成,每个衍生物含有三种脂肪酸和焦磷酸盐,脂多糖的任何剩余部分都会伸出膜表面

O侧链也称为O抗原,是从核心向外延伸的链。它由导致细菌菌株之间变异的糖组成。这些 O 抗原也负责细菌逃避抗体反应

// 外膜及其脂多糖的作用

——脂多糖负责保护细胞壁免受外部攻击

LPS 带有负电荷,使电池表面带负电荷。因此,这稳定了膜结构。

脂质A是脂多糖的有毒成分,因此它起到内毒素的作用。

——防毒素进入,防成分丢失

外膜及其脂多糖有助于防止抗生素、胆汁盐和其他有毒元素进入并破坏细胞。

外膜由孔蛋白组成,使其具有渗透性,允许小分子(如葡萄糖)进入。维生素 B12 等较大的分子通过特定的载体运输穿过外膜。

外膜还有助于防止成分丢失,特别是来自周质空间。

代表菌和病理

常见的革兰氏阳性菌的例子和疾病

下表描述了主要的革兰氏阳性致病菌,它们的基本形态特征以及它们在人类中引起的疾病。

常见的革兰氏阴性菌的例子和疾病

已知革兰氏阴性菌是正常菌群,部分会导致严重的人类感染,从社区获得性感染到医院感染。

革兰氏阴性菌外膜的结构是其众多显着特征之一。脂多糖 (LPS) 存在于膜的外叶上,其脂质 A 部分用作内毒素

// 革兰氏阴性菌感染:严重时可危及生命

如果由于某种原因,革兰氏阴性细菌能够到达动物的循环系统,脂多糖将激活免疫系统,并触发先天免疫反应,产生细胞因子和激素调节剂。这会引起炎症,并可能导致毒性反应,从而导致发烧、呼吸急促和低血压。这就是已知革兰氏阴性细菌会导致危及生命的休克的原因。

内毒素休克的一些症状:

发烧和发冷或体温下降、发炎、皮疹、呼吸急促、心率加快、低血压、多器官衰竭等。

下表给出了一些革兰氏阴性致病细菌的例子以及它们在人类宿主中引起疾病和感染时表现出的临床特征。

药物干预

革兰氏阳性菌的抗菌药物

如上表所述,已知革兰氏阳性细菌会引起多种感染,如果不及时和适当地治疗和管理,可能对人类造成灾难性的影响。

革兰氏阳性杆菌感染用抗生素治疗。青霉素、氯唑西林和红霉素可治疗 90% 以上的革兰氏阳性菌

常见的革兰氏阳性抗菌药物及作用机制

然而,抗生素耐药性正在成为革兰氏阳性感染的一个严重问题。研究人员正在开发新的药物来帮助解决这个问题。只有在绝对需要时才应使用抗生素。需要严格遵循感染控制标准,以防止抗生素耐药性感染的发展和传播。

革兰氏阴性菌的抗菌药物

由于它们的外膜,这些细菌对溶菌酶和青霉素具有抗性。这是因为存在保护内膜和细胞壁的外壁。

在周质空间(两个细胞膜之间的区域)中也发现了分解或改变抗生素的酶。用于治疗革兰氏阴性菌感染的治疗方法包括羧基、氨基和脲基青霉素。为了对抗可以消化这些药物的酶,有时将它们与β-内酰胺酶抑制剂结合使用。β-内酰胺酶是一种存在于周质中的酶。

针对细菌病原体的抗菌剂被称为抗生素。这些抗生素启动针对细菌细胞的阻断或抑制机制,以诱导细菌细胞增殖和复制。

用于对抗革兰氏阴性菌的抗生素示例

耐药性

抗生素耐药性是现在世界上的一个主要临床问题。

耐多药细菌在人群中变得越来越普遍,如果不进行有效治疗,这种感染可能会导致肾功能衰竭、败血症,甚至死亡

微生物以多种方式抑制临床治疗中使用的许多抗菌剂。这些包括改变药物结合位点的方法,改变药物构象的方法,改变膜通透性的方法,可以导致耐药机制失活。

例如革兰氏阴性菌中有两层膜,外膜和内膜。脂多糖被认为是一种非常强的免疫反应诱导剂,它具有三个重要成分:脂质 A、亲水性多糖、抗原 O 的疏水域。

疏水域在细胞膜的外部表达。它是疏水成分脂质a,它负责内毒素作用。LPS 在细菌中是可变的,并且由于遗传变异,一些细菌只产生一种不被 Toll 样受体识别的弱抗原。然而,有大量的革兰氏阴性菌团体可能会引起这样的反应。免疫系统也被一些 toll 样受体 4 (TLR4) 激,这些受体存在于与免疫系统有关的众多细胞中,如巨噬细胞、单核细胞、中性粒细胞和树突状细胞。

由 LPS 和 TLR4 受体介导的先天免疫反应的激活导致反应增强,产生细胞因子、趋化因子和干扰素等。

免疫系统的反应取决于感染过程的严重程度以及侵袭性细菌中 LPS 的结构,这与菌的毒力有关。因此,虽然一些细菌(如大肠杆菌)可以诱导免疫系统,但其他细菌(如幽门螺杆菌)仅具有弱抗原性

// 对付耐药性细菌新思路:根据电荷相互作用原理设计新药

2017 年,伊利诺伊大学化学教授和当前研究的合著者Paul Hergenrother(ACPP 负责人/MMG)在《自然》杂志上报告说 ,发现的一个关键是,如果向它们添加带正电荷的基团,例如胺,一些抗生素可以使用特定的膜孔穿透革兰氏阴性细菌的细胞膜。

这项工作表明,抗生素上带正电荷的胺基与细菌孔内的负电荷有良好的相互作用。这些吸引力使带有胺基的抗生素以一种更有利于能量的方式排列,因为它穿过收缩区的孔的最狭窄部分。不含胺的抗生素面临更高的能量屏障去通过孔隙。

这或许意味着未来可以设计新药(或修改旧药),以攻击和杀死对抗生素治疗具有耐药性的微生物。

常见问题问答

革兰氏阳性细胞和革兰氏阴性细胞之间的三个区别是什么?

革兰氏阳性菌有一层厚的肽聚糖作为它们的细胞壁,而革兰氏阴性菌有一层薄薄的肽聚糖和外膜。

革兰氏阴性菌有脂多糖(LPS),而革兰氏阳性菌没有。

一些革兰氏阳性细菌含有霉菌酸,它会在细胞壁上形成一层蜡质层。

什么是革兰氏阳性感染?

由革兰氏阳性菌引起的感染,如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA)、耐万古霉素肠球菌 (VRE) 和艰难梭菌是常见的多重耐药菌感染。

革兰氏阳性菌更容易治疗吗?

革兰氏阳性细菌,即那些具有肽聚糖外层的物种,更容易被杀死——它们的厚肽聚糖层很容易吸收抗生素和清洁产物。因此,某些容易杀死革兰氏阳性菌的洗涤剂不会破坏革兰氏阴性菌。

肠道内很多革兰氏阳性菌致病吗?

是的,人体肠胃道的大多数革兰氏阳性菌都是条件致病菌。包括微球菌、肠球菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、腐生葡萄球菌、肺炎链球菌、草绿色链球菌、酿脓链球菌、无乳链球菌、破伤风梭菌、肉毒杆菌、产气荚膜梭菌、产气荚膜梭菌、艰难梭菌, 单核细胞增生李斯特菌等。

革兰氏阳性菌在哪里发现?

根据革兰氏阳性菌种,它们可以在人类的土壤、水生沉积物、灰尘、皮肤、口腔、肠道或生殖道中找到。

革兰氏阳性球菌危险吗?

革兰氏阳性菌可能是球菌或杆菌。这些称为常驻菌群的细菌通常不会引起疾病。革兰氏阳性杆菌引起某些感染,包括:炭疽。

革兰氏阳性菌对抗生素的抵抗力更强吗?

不是。与革兰氏阳性菌相比,革兰氏阴性菌对多种抗生素的耐药性更强。由于它们的外膜,它们对抗生素的抵抗力更强。

革兰氏阳性细菌更容易被杀死,因为它们的厚肽聚糖层很容易吸收抗生素和清洁剂。另一方面,革兰氏阴性细菌具有薄的肽聚糖层,不会吸收周围的任何异物。

革兰氏阳性菌有内毒素吗?

不会。内毒素与革兰氏阳性菌无关。这些细菌没有内毒素,因为它们没有外膜。另一方面,革兰氏阴性细菌会产生内毒素。

这些内毒素是革兰氏阴性细菌细胞外膜的一部分,只有当细胞裂解或细菌死亡时才会释放出来。内毒素是形成革兰氏阴性菌细胞壁结构的热稳定性脂多糖-蛋白质复合物。

为什么革兰氏阳性菌对抗生素更敏感?

尽管革兰氏阳性菌具有较厚的肽聚糖层,但它们比革兰氏阴性菌更容易受到某些靶向抗生素的细胞壁的影响,因为它们缺乏外膜。

大多数抗生素为了接近它们的目标,必须通过外膜。例如,亲水性抗生素通过孔蛋白。因此,革兰氏阴性菌可以通过改变它们的疏水特性或通过孔蛋白的突变来改变它们的外膜。这对这些细菌细胞产生了抵抗力。革兰氏阳性菌缺乏这一因素,因此革兰氏阴性菌对抗生素的抵抗力比它们强。

革兰氏阳性菌是否致病?

是的,大多数革兰氏阳性菌都是致病菌。致病性革兰氏阳性菌的实例包括微球菌、肠球菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、腐生葡萄球菌、肺炎链球菌、草绿色链球菌、酿脓链球菌、无乳链球菌、破伤风梭菌、肉毒杆菌、产气荚膜梭菌、产气荚膜梭菌、艰难梭菌, 单核细胞增生李斯特菌等。

革兰氏阳性菌引起的常见感染有哪些?

炭疽、白喉、腹泻、脑膜炎、恶心、皮肤感染、尿路感染。

哪种抗生素对革兰氏阳性菌有效?

对革兰氏阳性菌有效的抗生素是青霉素、氯唑西林和红霉素,几乎覆盖了 90% 的革兰氏阳性菌感染。其他还有万古霉素、甲氧苄啶/磺胺甲恶唑,克林霉素,克林霉素等。

革兰氏阴性菌引起的人类常见疾病有哪些?

革兰氏阴性菌会在医疗机构中引起感染,包括肺炎、血流感染、伤口或手术部位感染以及脑膜炎。此外还有霍乱、鼠疫、伤寒、脑膜炎和尿路感染是人类常见的细菌性疾病。

为什么革兰氏阴性菌比革兰氏阳性菌更有害?

革兰氏阴性菌细胞壁坚硬,不易对抗生素敏感,在抗生素作用下会释放内毒素。

什么会杀死革兰氏阴性菌?

这些抗生素包括头孢菌素类(头孢曲松-头孢噻肟、头孢他啶等)、氟喹诺酮类药物(环丙沙星、左氧氟沙星)、氨基糖苷类(庆大霉素、阿米卡星)等

革兰氏阴性菌的分泌系统是什么?

革兰氏阴性菌具有广泛封闭的分泌系统,可以转移微小分子、DNA、氨基酸、蛋白质。

革兰氏阴性菌从哪来?

革兰氏阴性细菌随处可见,几乎遍布地球上所有支持生命的环境。革兰氏阴性菌包括模式生物大肠杆菌,以及许多致病菌,如铜绿假单胞菌、淋病奈瑟菌、沙眼衣原体和鼠疫耶尔森菌。

如何自然去除革兰氏阴性菌?

天然抗生素。一些天然抗生素是大蒜、蜂蜜、卷心菜、葡萄柚籽提取物、生苹果醋、特级初榨椰子油、发酵食品等。

免责声明:本公众号内容仅作交流参考,不作为诊断及医疗依据。主要参考文献:

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认识变形菌门,变形菌门扩张的原因和健康风险

谷禾健康

​微生物群代表宿主肠道中存在的整个微生物群。肠道内细菌界的“贫富差距”非常大,和人类社会创造的大部分的财富都流向少部分人口的现实类似,只有少数几十种的细菌分布在近乎90%的人群中。换句话说,大部分细菌都只能在特定的环境中生存,只有少数细菌适应能力超强,这可能也是我们需要重点关注的对象

如果把不同细菌品种看作互相竞争的国家,那么细菌界的“超级大国”就属拟杆菌门和厚壁菌门了。当然它们都不是单独某一种细菌,而是一大类细菌的统称。

然而近年来随着患有肠内外疾病的人群越来庞大,变形菌门也逐渐被关注和研究,变形菌门是含有最丰富细菌的门,麾下包括多种“著名的”病原菌,如大肠杆菌、幽门螺杆菌、克雷伯氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌、绿脓杆菌、霍乱弧菌、空肠弯曲菌、鼠疫杆菌、脑膜炎双球菌、淋球菌等,让其备受关注

事实上,越来越多的数据将变形菌确定为疾病的可能微生物特征。目前主要证据涉及代谢紊乱和炎症甚至癌症。然而,最近的研究表明,在哮喘和慢性阻塞性肺病等肺部疾病中也有作用,有些疾病中变形菌不受控制扩张导致疾病易感和发生。

01
什么是变形菌

变形菌proteobacteria是细菌中最大、种类最多的一个门,它们在系统发育、生态和致病方面具有广泛的重要性。所有变形菌都是革兰氏阴性菌,外膜主要由脂多糖组成。

图源:esacademic

变形菌门主要是由核糖体RNA序列定义的,名称取自希腊神话中能够变形的神普罗透斯(这同时也是变形菌门中变形杆菌属的名字),因为该门细菌具有极为多样的形状,代谢特征等。

△ 形状:杆状和球菌、弯曲的、螺旋状的、环状的、丝状的和带鞘的细菌都有。

△ 新陈代谢:新陈代谢类型也多种多样,一系列代谢特征包括化学自养(从无机化合物的氧化中获取能量)、化学有机营养(从有机化合物的氧化中获取能量)和光养(从光中获取能量)。

 氧气利用:从严格厌氧菌和严格需氧菌到兼性厌氧菌和微需氧菌株的都有,但是大多数变形菌门的成员是兼性厌氧菌。

△ 运动:许多使用鞭毛移动,但有些不能移动或依赖细菌滑动,而一些细菌是不运动的。

△ 生态分布:变形菌门的成员具有极大的可变形态和多才多艺的生理学,这使它们在各种生态位中生存具有竞争优势。已观察到变形菌在不同生境中无处不在

Shin NR, et al., Trends Biotechnol. 2015

植物 、海水、淡水 ,空气,以及人和动物的身体部位,包括肠道、口腔、皮肤、阴道。尽管存在研究间差异,但健康人口腔微生物群的变形菌相对丰度最高(17.2-36.8%),其次是皮肤(6.8-30.0%)、胃肠道(2.5-4.6%)和阴道(2.3%)。

02
变形菌分类

在系统发育学上,变形菌是根据小核糖体亚单位RNA基因(16S rRNA)的测序定义的。这是一个巨大的革兰氏阴性原核生物门,原线粒体起源于此。

图片来源:Maria Lane,eportfolio

该门主要分为以下几大类:

  • α变形菌(Alpha-proteobacteria)
  • β变杆菌(Beta-proteobacteria)
  • γ变形菌(Gamma-proteobacteri)
  • δ变形菌(Delta-proteobacteria)
  • ε变形菌(Epsilon-proteobacteria)

最初,变形菌包括 α、β、γ 和 δ 四个亚类。ε变形菌 和 δ变形菌 通常被认为是最古老的变形菌群,因为它们包括利用硫化合物进行能量代谢的专性厌氧菌。

α变形菌(Alpha-proteobacteria

第一类变形菌是α-变形菌。这一类的统一特征是它们是寡营养生物,能够生活在低营养环境中,如深海沉积物、冰川或深层地下土壤。同时α-变形菌是多样化的细菌分支之一,在生活方式、地理分布和基因组大小方面表现出极大的差异

在 α-变形菌 中有两个重要分类群,衣原体和立克次体,它们是专性细胞内病原体,这意味着它们的部分生命周期必须发生宿主细胞内。由于它们无法合成自己的三磷酸腺苷 (ATP),因此,量需求依赖宿主于细胞。

立克次体属是人类很多严重疾病的病原体。例如,布鲁氏菌属、埃立克体属和立克次氏体。立克次氏杆菌会导致落基山斑疹热,这是一种威胁生命的脑膜炎(包裹大脑的膜发炎)。R. rickettsii 感染蜱,并可以通过被感染的蜱叮咬传播给人类。此外,布鲁氏菌科(Brucellaceae)和巴尔通氏菌科(Bartonellaceae)的细菌是人类病原体。

α-变形菌 还包括固氮细菌,例如固氮螺菌属和根瘤菌属。这两种细菌都使用一种称为固氮酶途径的复杂酶途径将大气中的氮 (N2) 转化为氨 (NH3)。此外,α变形菌还包括硝化细菌。这种类型的细菌将氨和铵 (NH4+) 还原为硝酸盐 (NO3)。乙酸杆菌属和葡糖杆菌属的变形菌可用于生产乙酸。

β变形菌(Beta-proteobacteria

与依靠最少量营养物质生存的 Alpha-proteobacteria 不同,Beta-proteobacteria 类是富营养生物,这意味着它们需要大量的有机营养物质。

Beta-proteobacteria 通常在需氧和厌氧区域之间生长(例如,在哺乳动物的肠道中)。一些属包括作为人类病原体的物种,能够引起严重的,甚至可能危及生命的疾病。例如,奈瑟球菌属包括淋病奈瑟菌( STI淋病的病原体)和脑膜炎奈瑟菌(细菌性脑膜炎的病原体)

β变形菌中的亚硝化单胞菌可以将亚硝酸盐还原为亚硝酸盐 (NO2)。同时,硫杆菌属物种是将硫化氢 (H2S) 和元素硫氧化成硫酸盐 (SO42-) 的细菌,以及用于污水处理的菌胶团(Zoogloea)和Sphaerotilis 

γ变形菌(Gamma-proteobacteria

最多样化的革兰氏阴性细菌是γ-变形菌,它包括许多人类病原体。包括几个医学和科学上重要的细菌群,例如肠杆菌科、弧菌科和假单胞菌科

此外,许多重要的病原体属于这一类,例如:

  • 沙门氏菌属(肠炎和伤寒)
  • 鼠疫杆菌(鼠疫)
  • 霍乱弧菌(胃肠道疾病霍乱)
  • 铜绿假单胞菌(住院或囊性纤维化患者的肺部感染)
  • 大肠杆菌(食物中毒)

Richard B. Frankel

△ 铜绿假单胞菌

一个庞大而多样的科,假单胞菌科,包括假单胞菌属。铜绿假单胞菌在该属内,它是一种病原体,可以造成身体不同部位的各种感染。铜绿假单胞菌是一种严格需氧、不发酵、高度运动的细菌。

它通常可能造成伤口和烧伤感染,也可能是慢性尿路感染的原因,并且可能是囊性纤维化患者或机械呼吸机患者呼吸道感染的重要原因。

铜绿假单胞菌感染通常难以治疗,因为该细菌对许多抗生素具有抗性,并且具有形成生物膜的非凡能力

△ 肠杆菌科

肠杆菌科是属于γ-变形菌 的一大类肠道细菌。它们是兼性厌氧菌,能够发酵碳水化合物。在这个家族中,微生物学家认识到两个不同的类别。

第一类,大肠杆菌,以其原型细菌种类大肠杆菌命名。大肠菌能够完全发酵乳糖(即产生酸和气体)。

第二类,非大肠杆菌,要么不能发酵乳糖,要么不能完全发酵(产生酸或气体,但两者不能同时产生)。

非大肠杆菌包括一些值得注意的人类病原体,例如沙门氏菌属,志贺氏菌,鼠疫耶尔森氏菌

δ 变形菌(Delta-proteobacteria)

δ-变形菌(Delta-proteobacteria )包括基本好氧的形成子实体的粘细菌和严格厌氧的一些种类,如脱硫球菌属(Desulfococcus)、脱硫线菌属(Desulfonema)、硫酸盐还原菌(脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、脱硫菌属(Desulfobacter)、和硫还原菌(如除硫单胞菌属Desulfuromonas),以及具有其它生理特征的厌氧细菌,如还原三价铁的Geobacter和互营菌属(Syntrophus)。

△ 蛭弧菌属:

δ-变形菌还包括蛭弧菌属,Bdellovibrio侵入宿主细菌的细胞,将自身定位在周质中,即质膜和细胞壁之间的空间,以宿主的蛋白质和多糖为食。这种感染对宿主细胞是致命的。

粘细菌:

粘细菌(“粘液细菌”)是一组主要生活在土壤中并以不溶性有机物质为食的细菌。与其他细菌相比,粘细菌具有非常大的基因组,例如 9-1000 万个核苷酸。

Sorangium cellulosum 拥有最大的已知(截至 2008 年)细菌基因组,有 1300 万个核苷酸。

粘细菌产生许多在生物医学和工业上有用的化学品,例如抗生素。他们将这些化学物质输出到细胞外。

ε变形菌(Epsilon-proteobacteria 

ε-变形菌(Epsilon-proteobacteria) 是革兰氏阴性微需氧细菌(意味着它们在其环境中只需要少量氧气)。多数是弯曲或螺旋形的细菌,如沃林氏菌属(Wolinella)、螺杆菌属(Helicobacter)和弯曲菌属(Campylobacter)。它们都生活在动物或人的消化道中,为共生菌(沃林氏菌在牛中)或致病菌(螺杆菌在胃中或弯曲菌在十二指肠中)。

△ 弯曲杆菌:

变形菌门Epsilon-proteobacteria 中的两个临床相关属是弯曲杆菌属和螺杆菌属,它们都包括人类病原体。

弯曲杆菌可引起食物中毒,表现为严重的肠炎(小肠发炎)。这种由空肠弯曲杆菌引起的疾病在发达国家相当普遍,通常是因为食用了受污染的家禽产品。鸡通常携带空肠弯曲杆菌在胃肠道和粪便中,它们的肉在加工过程中可能会受到污染。

△螺杆菌:

螺杆菌是ε-变形菌的一个属,具有特征性的螺旋形状。它们最初被认为是弯曲杆菌属的成员,但自 1989 年以来,它们独立为自己的属。

螺杆菌属属于ε-变形菌,弯曲杆菌目,螺杆菌科,已经有超过 35 种。已经发现一些菌生活在上胃肠道的内壁,以及哺乳动物和一些鸟类的肝脏中。

该属中最广为人知的物种是幽门螺杆菌,它感染多达 50% 的人口。这种细菌的某些菌株对人类具有致病性,因为它与消化性溃疡、慢性胃炎、十二指肠炎和胃癌密切相关。它也作为该属的模式种

幽门螺杆菌在胃的高酸性环境中存活的能力有些不同寻常。它产生脲酶和其他酶来改变其环境以降低其酸性。

幽门螺杆菌也有它存在的意义,可能抑制引起结核的细菌(结核分枝杆菌),预防哮喘,克罗恩病,食管反流,腹泻病以及食道癌。

03
变形菌解释了人类肠道微生物组的显著功能变异

 识别微生物编码的基因,与特征相关联

栖息在哺乳动物肠道中的微生物编码了大量的蛋白质,这些蛋白质有助于广泛的生物功能,从调节免疫系统到参与新陈代谢

我们从这些微生物中识别蛋白质编码基因并将基因水平与疾病、药物功效或副作用以及其他宿主特征相关联。

例如,与传统的高纤维农业饮食相关的人类肠道微生物群编码了参与纤维素和木聚糖水解的基因家族,而这些基因家族在吃典型西方饮食的人群(年龄匹配)中不存在。

一般编码适应肠道环境所必需的功能的微生物有很强的选择性,在不同宿主中具有大量冗余的基因库。然而,目前的研究和临床很容易忽略健康人类微生物组之间基因丰度的生理意义差异。

❥ 较少丰度的变形菌门,才是是跨宿主丰度变异性最大的基因的主要来源

人体肠道通常由拟杆菌门和厚壁菌门主宰,这些门内的进化枝(尤其是拟杆菌属、普氏菌属和瘤胃球菌科)是最常用于将个体聚集成“肠型”,因为它们解释了最多的分类变异Bacteroidetes  Firmicutes 的比率也被推定为疾病或健康的潜在生物标志物

有人提出,人类肠道微生物组中可能存在少量“肠型”,每一种都具有不同的分类组成。因此,虽然拟杆菌门和厚壁菌门可能对宿主之间的分类变异贡献最大,但变形菌门的丰度可能会捕获更多的功能变异

与先前确定的肠型标记分类群相比,变形菌门的水平和可能的 Euryarchaeota 更好地解释了肠道微生物基因功能的人与人之间的差异。

在肠型研究中遗漏了这些不太丰富的门,可能是因为肠型是通过倾向于对高丰度分类群进行更多加权的方法鉴定的,并且肠型是从分类学而非功能数据中鉴定的。这对解释人类肠道微生物群的分类数据具有重要意义。

例如,变形菌门的过度生长与代谢综合征和炎症性肠病有关。通过 TLR5 敲除小鼠测试的肠道炎症关联到变形菌门(超过拟杆菌门和厚壁菌门),并且一些变形杆菌可以在这种背景下诱发结肠炎,可能导致反馈循环。因此,可变基因家族对解释人类肠道微生物群的分类数据具有重要意义。

备注:肠道受体蛋白TLR5参与积极地塑造新生小鼠肠道微生物群落的长期组成,敲除的Toll样受体(TLR5),是免疫系统识别鞭毛细菌(比如变形菌和梭状芽孢杆菌)的关键受体,缺乏它则机体可能不会在感知到细菌鞭毛时对细菌产生免疫应答。

04
变形菌的扩增是肠道菌群失调的微生物特征

肠道相关微生物群落组成的变化与许多人类疾病有关,但驱动这种不平衡(生态失调)的机制尚不完全清楚。

在肠道菌群失调期间观察到的最一致和最强大的生态模式是属于变形菌门的兼性厌氧细菌的扩张。

变形菌的菌群失调是上皮功能障碍的微生物特征

在肠道稳态期间(左),微生物群衍生的丁酸盐的 β 氧化导致上皮缺氧,从而维持大肠腔内的厌氧状态。反过来,腔内厌氧症导致肠道微生物群内专性厌氧菌占主导地位。

备注:丁酸(Butyrate acid,BA),俗称酪酸,是构成脂肪的一种脂肪酸,含有4个碳原子又称短链脂肪酸。人体的丁酸部分来自于食物中丁酸的吸收,主要的来自结肠厌氧菌的发酵产生。人体结肠产生的短链脂肪酸丁酸占比大部分)。

在肠道菌群失调期间(右),表面结肠细胞通过无氧糖酵解获得能量,从而导致上皮氧合增加,这种上皮功能障碍破坏了管腔中的厌氧菌,从而通过有氧呼吸推动兼性厌氧变形菌的扩张。

肠内氧气是变形菌扩张的常见驱动因素

健康结肠的厌氧菌导致肠道微生物群的组成以专性厌氧菌为主,而菌群失调通常与兼性厌氧变形菌的丰度持续增加有关,这表明厌氧菌的破坏

结肠上皮缺氧的,但肠道炎症或抗生素治疗增加结肠中的上皮氧合,从而破坏厌氧作用,通过有氧呼吸驱动兼性厌氧变形菌的菌群失调。

肠沙门氏菌S. enterica)是一种食源性病原体,属于肠杆菌科,变形菌门,可引起小鼠结肠炎。在肠道沙门菌S. enterica诱导的结肠炎期间,肠腔内的氧气可用性增加,这表明结肠中病原体的氧气呼吸依赖性大量繁殖以及随之而来的专性厌氧梭状芽胞杆菌的丰度下降。

同样,结肠隐窝增生由鼠肠道病原体柠檬酸杆菌(肠杆菌科,变形菌门)引发,可提高肠腔内的氧气利用率,从而通过有氧呼吸推动变形菌病原体扩张。

这些观察结果表明,变形菌的菌群失调是上皮功能障碍的潜在诊断微生物特征,建议将变形菌负荷作为生态失调和疾病的潜在诊断标准,所以在谷禾即将更新的肠道菌群检测报告中,我们会加入变形菌门丰度和参考范围这一指标。

大肠中专性厌氧菌优势可能是宿主环境的氧气限制严重的结果,这反过来又对用于营养物质的分解代谢途径产生重要影响。

避免被上消化道中的宿主酶降解的复合碳水化合物,可以被大肠中的专性厌氧细菌水并发酵成更小的化合物。专性厌氧菌最终将许多发酵产物转化为短链脂肪酸,其中乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐是最丰富的产物。宿主吸收了大约 95-99% 的微生物产生的短链脂肪酸,它到达血流以影响免疫发育。因此,大肠中专性厌氧菌的优势确保了维持肠道稳态的代谢物的产生。

药物,炎症是变形菌扩张的常见驱动因素

变形菌是平衡的肠道相关微生物群落中的一个次要成分。然而,由遗传易感性、化学物质或肠道病原体感染引起的肠道炎症会导致小鼠模型中变形杆菌的管腔扩张不受控制

同样,在患有严重肠道炎症的人类中,包括炎症性肠病、结直肠癌或坏死性小肠结肠炎的患者中观察到变形杆菌的丰度增加。此外,在包括肠易激综合征和代谢综合征在内的低水平肠道炎症条件下观察到大量变形菌

肠道炎症增加了替代电子受体的可用性,这些电子受体通过厌氧呼吸支持兼性厌氧细菌的生长。肠道炎症过程中产生的活性氧可以将内源性硫化合物氧化为连四硫酸盐,这是一种电子受体,通过连四硫酸盐呼吸作用在鼠结肠中驱动类似肠沙门氏菌和Yersinia enterocolitica(一种属于肠杆菌科,变形菌门的病原体)的管腔扩张 。

一氧化氮由宿主酶产生化学诱导的结肠炎或由遗传易感性引发的结肠炎期间的诱导型一氧化氮合酶(iNOS) 。一氧化氮在肠腔内分解成硝酸盐,从而通过硝酸盐呼吸支持生长,从而增加小鼠结肠中共生大肠杆菌的丰度。类似,宿主衍生的硝酸盐的呼吸有助于在 S. enterica 诱导的小鼠结肠炎期间腔内病原体扩张。

有趣的是,即使在没有明显肠道炎症的情况下,例如在抗生素治疗期间,呼吸电子受体也有助于细菌群落从专性厌氧菌转变为兼性厌氧菌。为了支持这一观点,用链霉素治疗小鼠可将盲肠中的氧化还原电位提高到接近需氧培养液的水平。链霉素治疗通过硝酸盐呼吸和氧气呼吸的结合增加结肠中共生大肠杆菌或致病性肠杆菌的生长

其他类似研究的结论也表明,氧气,单独或与其他呼吸电子受体结合,是广泛的胃肠道失衡中肠道菌群失调的常见驱动因素。因此,为了开发新的预防或治疗策略,必须了解在肠道菌群失调期间呼吸电子受体的可用性如何升高。

基于这些观察,有人提出变形菌的扩增是肠道菌群失调的微生物特征,而氧气、用药,遗传易感,肠炎驱动了变形菌的扩张,反过来加剧疾病的进展。

饮食,环境是变形菌扩张的常见驱动因素

宿主遗传因素和外在环境因素,如饮食和生活环境,不断影响肠道微生物群的分类和功能组成。鉴于具有高度稳定性的平衡肠道微生物群与宿主的免疫系统具有共生相互作用,能够抑制变形杆菌失控的扩张,肠道中变形杆菌的大量繁殖可以反映肠道微生物群落结构的不稳定;这种不稳定的结构可以在非疾病状态下观察到(例如,新生儿期 和胃绕道手术后和疾病状态例如,代谢紊乱和肠道炎症)。

Shin NR, et al., Trends Biotechnol. 2015

新生儿胃肠道的初始定植期间,兼性厌氧变形菌使肠道生态位有利于专性厌氧菌的定植;后者很快被专性厌氧的厚壁菌门和拟杆菌门所取代,它们在健康成年人的肠道微生物群中占主导地位。胃绕道手术导致的胃肠道重排可以改变 pH、胆汁流量和肠道激素,所有这些因素都会影响变形杆菌的丰度。

新生儿肠道中的变形菌

新生儿肠道中的微生物群备受关注,因为它不仅反映了细菌群落的脆弱结构,而且反映了哺乳动物肠道微生物群的真正起源。新生儿肠道中的细菌群落由于其快速的时间变化而不稳定。然而,这种脆弱性与更重要的肠道菌群定植有关,例如严格的厌氧菌。

具体来说,由于新生儿肠道中的氧气丰富,生命第一周的微生物群经常以兼性厌氧菌为主,主要是变形菌属(例如,埃希氏菌属、克雷伯氏菌属和肠杆菌属)。这些兼性厌氧菌通过消耗氧气、改变 pH 值、降低氧化还原电位并产生二氧化碳和营养物质,使栖息地适合严格的厌氧菌定殖

因此,可以推测变形杆菌在为新生儿肠道准备好接受严格厌氧菌的连续定植方面发挥了作用,这些厌氧菌在健康成人的肠道中含量丰富。

最近对母体胎盘微生物组的一项研究描述了共生细菌群落的存在,其中大肠杆菌的丰度最高。尽管关于胎盘微生物群的活力和起源存在争议,但在母体胎盘中发现的这些有趣的细菌群落与来自母体羊水和新生儿胎粪的细菌群落重叠

因此,新生儿肠道中的变形菌可能通过胎儿在子宫内吞咽羊水从母体胎盘传播。有趣的是,妊娠后期孕妇肠道中变形菌的比例增加。这意味着母亲微生物群中的这种特定细菌群转移到了新生儿身上

在新生儿肠胃道中观察到的变形杆菌定植生长的持续时间很可能在母体控制之下。事实上,新生儿微生物群会受到各种母体因素的影响,例如分娩方式、饮食和怀孕期间接触抗生素。

最重要的是,新生儿肠道中变形菌的丰度受喂养类型的影响,这些细菌在配方奶喂养的婴儿中的频率更高,但在母乳喂养的婴儿中很少见。

人乳寡糖 和分泌型 IgA 的产生参与在最初的肠道定植过程中选择性抑制变形菌。因此,越来越多的人认为,及时减少变形菌的丰度是初始微生物定植的正常部分,而这种定植模式的紊乱与新生儿疾病的风险增加有关。

05
变形菌与炎症和炎症性肠病

肠道中微生物群和宿主细胞之间的相互作用对于免疫系统的形成和调节至关重要,由于肠腔内有大量外源性抗原,免疫系统必须严格调节其反应以维持与共生菌的共生关系。共生体传递一种信号,诱导宿主免疫的耐受性反应。因此,宿主可以区分有益的本土微生物和有害病原体,并建立健康的微生物群

变形杆菌的主要分类及其与IBD的关系

Mukhopadhya I, et al., Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2012

为了防止对共生细菌的炎症反应,肠道内的免疫细胞,如单核吞噬细胞(巨噬细胞和树突状细胞)和 CD4 + T 细胞,对微生物刺激反应迟钝或表现出共生反应。

同时,黏膜免疫系统负责清除病原体,这一过程需要积极的促炎信号级联反应。因此,不适当的免疫反应会破坏肠道稳态,引发生态失调,并导致局部和全身炎症和代谢功能障碍。

这种慢性进行性肠道炎症的状态在临床上被诊断为炎症性肠病 (IBD),其中包括溃疡性结肠炎 (UC) 和克罗恩病 (CD)。IBD 的确切病因仍然无法获得,但新出现的证据表明,肠道微生物群成为了这种疾病的主要嫌疑。

许多研究报告了动物和人类各种炎症持续条件下微生物群组成的改变。在这种情况下,通常发现变形菌在疾病中增加,变形菌在肠道炎症中的作用已在各种结肠炎小鼠模型中得到解决,与疾病呈正相关

例如,使用易发炎症的小鼠模型,即鞭毛蛋白受体 TLR5 缺陷小鼠 (T5KO),发现,进展为结肠炎的小鼠表现出明确的微生物群特征,其特征是变形菌的水平增加,尤其是大肠杆菌属。并且一些作者已将其确定为微生物群不稳定性的潜在标志物,因此易诱发疾病发作

变形杆菌属大量繁殖的同时,结肠炎Tlr5-/- 小鼠表现出杂乱无章的结肠粘液层,与非结肠炎Tlr5-/- 同胞相比,感染性病原体的清除延迟

这些结果表明,短暂不稳定的肠道微生物群,尤其是以变形菌为主的群落,会使遗传易感的小鼠易患慢性结肠炎

先天免疫反应失调推动变形杆菌生长的假设这反过来又会促进肠道炎症,这一点得到了其他小鼠模型研究的支持,这些小鼠模型具有影响适应性免疫的突变,白细胞介素 (IL)-10 是对本地微生物群产生免疫耐受所需的主要免疫调节细胞因子。

IL-10 缺陷小鼠由于对肠道菌群不耐受而表现出自发性结肠炎。随着结肠炎症的发生和发展,在定植常规微生物群或缺乏特定病原体的微生物群的 IL-10-/- 小鼠中,变形杆菌和大肠杆菌比野生型小鼠多

在另一项对 IL-10 缺陷小鼠的研究中,富含饱和乳脂的饮食扰乱了肠道微生物群,导致亚硫酸盐还原Delta-proteobacteriumBilophila wadsworthia 大量繁殖。这种病原菌在 IL-10 -/-小鼠中诱导促炎性黏膜免疫反应并促进自发性结肠炎的发生率和严重程度;它还在喂食高乳脂饮食的野生型小鼠中促进葡聚糖硫酸钠 (DSS) 诱导的结肠炎。

除了对结肠炎的易感性与肠道变形菌的相对丰度之间存在正相关性之外,对先天性和适应性免疫系统均缺陷的小鼠的研究提供了支持变形菌在肠道炎症中的致病作用的证据。

来源:谷禾健康肠道菌群数据库

谷禾健康肠道菌群检测大数据也显示,在炎症性肠病,结直肠癌等患者的肠道菌群检测报告中,85%以上的患者显示变形菌门超标或多项变形菌门病原菌超标或占比丰度偏高

在最近的一项研究中重现了,结肠炎中变形杆菌显着扩增,该研究比较了患有活动性结肠炎的 TRUC 小鼠的肠道微生物组与因庆大霉素、甲硝唑或抗肿瘤坏死因子 (TNF)-α 治疗而缓解的小鼠的肠道微生物组。

值得注意的是,从 TRUC 小鼠的粪便中分离出的两种肠杆菌科细菌(肺炎克雷伯菌和奇异变形杆菌即使在没有任何遗传免疫缺陷的受体小鼠中也足以引发结肠炎

然而,这两种微生物的致结肠潜力并未在无菌 TRUC 小鼠中复制,这表明结肠炎的发病机制需要其他共生成员。口服伤寒杆菌,另一种富含 TRUC 小鼠的变形菌,也会在非结肠炎 TRUC 小鼠中引发结肠炎,这些小鼠具有大量的促炎细胞因子(例如,TNF-α)。

遗传易患结肠炎的小鼠的生态失调与人类 IBD 特别相关,因为与 IBD 相关的风险等位基因或多态性与先天性和适应性免疫成分有关。与小鼠研究相似,两项人类研究表明,与健康受试者相比,IBD 患者肠道微生物群落的特点是微生物多样性低、变形菌门(尤其是肠杆菌科)的产物以及厚壁菌门的减少

一项人类队列研究发现,核苷酸结合寡聚化结构域 (NOD)-2 风险等位基因剂量与 IBD 患者肠道标本中肠杆菌科的相对丰度呈正相关。

在 UC 患者中,与炎症的中度和轻度阶段相比,在严重阶段观察到的变形杆菌水平显着升高

在新发 CD 的初治儿科患者和非 IBD 对照受试者之间,回肠和直肠活检(但不在粪便样本中)的粘膜相关微生物组存在明显差异。变形菌的相对丰度增加,包括肠杆菌科、巴氏杆菌科和奈瑟菌科,将 CD 相关细菌群落与健康对照组区分开来。与慢性炎症一致,伴随变形杆菌属优势的肠道微生物群落改变不仅见于传染性病原菌或原生动物寄生虫引起的急性炎症,而且见于实验性和人类结肠炎相关的结肠直肠癌。

最有趣的生物体,通过一个孤立的病例报告与 IBD 有关,该病例报告一名感染这种细菌的小男孩在放射成像上出现回肠增厚,这是克罗恩病的典型表现

血清学研究表明,与健康对照相比,克罗恩病患者的大肠杆菌抗体数量增加。具体地说,已发现37-55 % 的克罗恩病患者、2-11% 的溃疡性结肠炎患者和 <5% 对照组患者的百分比。

此外,克罗恩病患者中这些抗体的存在与更严重的表型相关,其特征是小肠受累、疾病进展频繁、病程更长和对手术的需求更大,这表明它们可以用作克罗恩病的预后标志物

06
变形菌与代谢性疾病

饮食被认为是塑造肠道微生物结构的最关键的环境因素之一。

△ 肥胖:丰富的变形菌为特征

累积证据表明,人类和啮齿动物的健康和肥胖个体的肠道微生物群的分类和功能组成存在差异。

此外,肥胖表型通过粪便移植的传播能力表明肠道微生物群落的改变,作为主要触发因素,是因果关系而不是结果。

肠道微生物群的分类组成失衡,称为生态失调,在代谢紊乱中得到充分证明,并被视为厚壁菌门相对于拟杆菌门的相对丰度增加(F:B 比率)。尽管一致的研究结果普遍支持这一概念,但代谢紊乱期间的生态失调通常包括变形菌的患病率增加。

例如,一项对儿童肠道微生物群的研究发现,与低脂肪、高纤维饮食儿童相比,食用高热量、高脂肪、低纤维饮食的欧洲儿童中的变形杆菌数量更多

这种差异揭示了肠道微生物群落对非洲儿童饮食的适应性,这可以提高他们从难消化的多糖中获取能量的能力。此外,一些导致有害代谢影响的因素,例如食用无热量的人造甜味剂和乳化剂(通常用作加工食品中的添加剂),也会损害血糖控制并诱发变形杆菌繁殖。

特别是,人造甜味剂介导的肠杆菌科和Delta-proteobacteria类相对丰度的升高与 2 型糖尿病 (T2DM) 患者的结果一致,表明葡萄糖稳态和肠道变形菌之间存在联系。相比之下,证明变形菌的丰度与糖尿病表型呈负相关挑战代谢疾病患者中高丰度变形菌的概念。

为支持代谢紊乱与变形菌属的扩张之间的关系,变形杆菌属的致肥胖潜力已在无菌小鼠的单关联研究中被确定。

在对一名病态肥胖志愿者进行的减肥试验中,肠杆菌科的相对丰度逐渐减少,假设肠杆菌在代谢恶化中具有致病作用。用从肥胖的人类肠道中分离出来的阴沟肠杆菌B29对无菌小鼠进行单菌定植足以诱导肥胖和胰岛素抵抗。

这一发现支持了这样一个假设,即以丰富的变形菌为特征的不稳定的肠道微生物群落可能代表代谢紊乱的主动特征,而不是被动后果。

△ 营养不良儿童:变形菌成为优势菌

营养不良会导致其他健康问题,例如消瘦和夸希奥科病。在发展中国家,营养不良是威胁 5 岁以下儿童生命的疾病。

营养不良的主要病因是在孕期或产后头 3 年由于大量营养素缺乏和微量营养素缺乏导致的慢性能量负平衡。

然而,最近的研究表明,孟加拉国和马拉维营养不良儿童的肠道微生物群落结构和基因含量与营养良好的儿童不同。在这些研究中,在营养不良的儿童中普遍观察到变形菌的优势和肠道微生物群的低多样性,并被认为是肠道微生物群成熟的障碍

此外,最近的一项研究揭示了肠杆菌科细菌与营养不良下的肠道黏膜免疫球蛋白 A (IgA) 反应之间存在机制上的相互关系,这会引发肠病并中断黏膜免疫的发展和健康微生物群的组装。

鉴于生态失调驱动的选择压力似乎干扰了微生物群的稳定性,变形菌随后借此机会增加了它们的适应性。微生物群落在异常代谢条件下的不稳定性已被解释为对定植的抵抗力受损

当接种来自肥胖人类供体的培养细菌(“肥胖受体小鼠”)的无菌小鼠与携带来自瘦肉供体的细菌物种(低脂肪、高纤维饮食)的小鼠共同饲养时,它们被瘦肉有效定殖供体来源的细菌菌株及其肥胖表型得到改善。相比之下,瘦小鼠没有被来自肥胖小鼠的外源或外源细菌菌株定殖。

这一发现表明,生态失调的特点是传播能力减弱和对定植的抵抗力。鉴于 kwashiorkor 儿童的肠道微生物不成熟且富含肠道病原体营养不良被认为与对殖民化的抵抗力有缺陷有关。

总的来说,这一间接证据导致了这样一种观点,即肠道变形菌的扩张反映了宿主的能量不平衡和不稳定的微生物群。有趣的是,在非疾病状态下,如新生儿期和胃绕道手术后也观察到肠道微生物群落的不稳定结构和高丰度的变形菌。

07
宿主对变形菌的识别

与大多数细菌一样,在细胞外环境中对变形菌的初步识别是通过病原体识别受体 (PRRs) 发生的,PRRs 识别微生物相关分子模式 (MAMPs)——一个包括病原体相关分子模式 (PAMPs) 和危险相关分子模式的统称分子模式(DAMP)。

这些信号受体可分为三个家族:

  • Toll 样受体 (TLR)
  • 维甲酸诱导基因 I (RIG-I) 样受体 (RLR)
  • 核苷酸寡聚结构域 (NOD) 样受体 (NLR)

尽管至关重要的是,只有 TLR 家族参与识别肠细胞表面的细菌配体。

存在于变形菌细胞表面的主要 MAMP 是脂多糖 (LPS) 和鞭毛蛋白,它们分别被 TLR4  TLR5 识别。其他参与细菌识别的TLR包括检测细菌脂蛋白的TLR2和检测未甲基化 CpG DNA 的细胞内受体 TLR9。

LPS 的产生和鞭毛组装是在原核生物中观察到的两个最动态的过程,这些结构组成的巨大差异反映在不同变形菌家族成员中观察到的先天免疫反应的强度和方向上。例如,弯曲杆菌和螺杆菌属LPS 大肠杆菌LPS 的不同之处在于具有更长的酰基链和增加的链连接和脂质 A 磷酸基团的修饰。

在许多病原生物体(例如百日咳杆菌和幽门螺杆菌)中观察到脂质 A 锚中的一个或两个磷酸基团丢失,并且已被证明可提供对抗菌肽的抗性。

参与细菌识别的 TLR 的遗传变异与 IBD 相关。2010 年发表的一项荟萃分析表明,TLR4 Asp299Gly 和 Thr399Ile 变体都赋予白人患克罗恩病和溃疡性结肠炎的统计学显着风险。有趣的是,这两种变体都位于 LPS 结合域内 TLR4 的胞外域,并且被认为会影响蛋白质的二级结构。

这些功能变体的存在已被证明会影响 LPS 反应性,并使个体更容易受到革兰氏阴性菌的感染。证据还表明,这些遗传变异的存在可能会影响基础免疫状态

因此,有理由推测,在 TLR4 基因变异的携带者中,在营养不良事件之前或期间发生的免疫反应改变,可能足以驱动 IBD 发生不可挽回的免疫反应改变。TLR9 中的遗传变异也与 IBD 易感性增加有关。证据不如TLR4那样令人信服,尽管这一警告可能反映了 TLR9 处理来自所有细菌的配体而 TLR4 反映革兰氏阴性菌易感性的事实

总结

变形菌门是肠道菌群中四个主要门(厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门和放线菌门)中最不稳定变化最快的门。变形菌门作为一线反应者,对环境因素(如饮食)反应敏感。

总的来说,迄今为止的许多研究都支持这样一个概念,即肠道中大量变形菌反映了生态失调或不稳定的肠道微生物群落结构。除了外源性肠致病性变形杆菌外,健康的哺乳动物肠道还含有数种属于该门的共生细菌,作为其天然肠道菌群

这些细菌在比例较小时似乎是良性的,而在某些肠道环境下,它们会变成可发炎症反应甚至代谢障碍

然而,肠道中变形菌的长期富集可能代表不平衡的不稳定微生物群落结构或宿主的疾病状态。因此,时间顺序监测,而不是横断面研究,可能是根据肠道中变形菌的比例确定疾病风险的更好方法

在健康肠道中,免疫系统严格调节其反应以维持与共生菌的共生关系。这种可能性表明存在正反馈循环。环境或宿主因素(例如低纤维饮食和急性或慢性炎症)破坏体内平衡,具有选择性并导致肠道内大量变形菌的生态失调。由于宿主无法保持共生的变形菌而导致变形菌的不受控制的扩张,在一小部分和微生物群落对定植的抵抗力降低的情况下,可以进一步促进炎症或外源性病原体的入侵。

因此,切断反馈回路的策略可能包括优化肠道微生物群和宿主之间的伙伴关系。鉴于大多数研究已经在与宿主生理学相关的背景下描述了微生物群落状态,因此对于未来的炎症和代谢干预治疗,首先需要判别变形菌的丰度以及是其是否不受控制扩张,另外需要确定变形杆菌大量繁殖的原因以开发有效的治疗方法。

主要参考文献:

Rizzatti G, Lopetuso LR, Gibiino G, Binda C, Gasbarrini A. Proteobacteria: A Common Factor in Human Diseases. Biomed Res Int. 2017;2017:9351507. doi: 10.1155/2017/9351507. Epub 2017 Nov 2. PMID: 29230419; PMCID: PMC5688358.

Mukhopadhya I, Hansen R, El-Omar EM, Hold GL. IBD-what role do Proteobacteria play? Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2012 Feb 21;9(4):219-30. doi: 10.1038/nrgastro.2012.14. PMID: 22349170.

Litvak Y, Byndloss MX, Tsolis RM, Bäumler AJ. Dysbiotic Proteobacteria expansion: a microbial signature of epithelial dysfunction. Curr Opin Microbiol. 2017 Oct;39:1-6. doi: 10.1016/j.mib.2017.07.003. Epub 2017 Aug 4. PMID: 28783509.

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Rigottier-Gois L. Dysbiosis in inflammatory bowel diseases: the oxygen hypothesis. ISME J. 2013 Jul;7(7):1256-61. doi: 10.1038/ismej.2013.80. Epub 2013 May 16. PMID: 23677008; PMCID: PMC3695303.

警惕食源性疾病——食源性病原菌介绍

谷禾健康

民以为天,食以为先。

随着夏季来临,我们最近检测的报告中发现以上食源性致病菌的检出率和超标率也在逐步上升。

尽管许多人可能没有意识到,近年来,食源性疾病的发病率逐年升高,食源性病原体正在引起大量疾病,对人类健康和经济产生重大影响,已成为全球范围内的重大公共卫生问题。

食源性疾病是一个全球性问题,影响所有年龄和背景的人,尤其是 5 岁以下的人和的65岁老人以及生活条件差的人。我国细菌性食源性疾病每年发病人数可达9411.7万人次,根据美国疾病控制与预防中心 (CDC) 的估计,美国每年也有4800 万例疾病、128000 例住院治疗和 3000 例死亡是由食源性细菌引起的。澳大利亚,每年约有五分之一的人患有这些疾病,住院人数超过 30,000 人。

致病菌广泛存在于各种食品中,食源性致病菌是食源性疾病的首要病因,由其引起的食源性疾病长期以来一直是食品安全的主要威胁,尤其在发展中国家,形势更严峻。它们会导致 200 多种疾病——从腹泻到癌症。在我国,每年因副溶血性弧菌导致急性腹泻665.5万人,导致急性胃肠炎病例估计为728.1万人。

最常见的致病细菌包括:蜡样芽胞杆菌,空肠弯曲杆菌,肉毒梭菌,产气荚膜梭菌,坂崎肠杆菌,埃希氏菌,李斯特菌,沙门氏菌属,志贺氏菌属,Staphylococccus黄色葡萄球菌,弧菌属等。

定 义

食物中毒:指食用了被有毒有害物质污染的食品或者食用了含有有毒有害物质的食品后出现的急性,亚急性以及其它食源性疾病。

目前一些-国家和国际组织以及很少使用食物中毒的概念,经常使用的是“食源性疾病”,食物中毒仅是食源性疾病的一部分,是一大类最常见最典型的食源性疾病

食源性疾病:世界卫生组织认为,凡是通过摄食进入人体的致病因素,是人体患感染性的或中毒性的疾病,都称之为食源性疾病。

我国《食品安全法》定义食源性疾病:指食品中致病因素进入人体引起的感染性,中毒性疾病以及其它疾病。

食物中毒的症状

细菌性

食物中毒的症状因人而异,有些人的病情会比其他人更严重。但是,一些常见的症状是:

  • 恶心
  • 呕吐
  • 腹部绞痛
  • 腹泻
  • 昏睡
  • 发热
  • 出汗

不太常见的症状也包括:

  • 模糊的视野
  • 头痛
  • 麻痹
  • 皮肤刺痛或麻木
  • 痉挛

保持水分和休息通常是治疗食物中毒的唯一方法,因为身体可以自然地清除污染物。但是,在某些情况下,需用抗生素来帮助身体抵抗感染,特别是在单核细胞增生李斯特菌中毒的情况下以及当易感受伤害的人受到影响时。

病毒性

与细菌不同,病毒不会在食物上生长和繁殖。相反,病毒细胞存在于食物中,当被食用时,它们开始接管人体细胞并感染它们。

常见的食源性疾病病毒类型是:

  • 甲型肝炎
  • 病毒性肠胃炎
  • 诺如病毒
  • 轮状病毒

诺如病毒是导致大多数与食品污染有关的疾病的罪魁祸首 。

细菌大盘点(二) | 葡萄球菌、沙门氏菌、弯曲杆菌

谷禾健康

介绍三种菌: 葡萄球菌、沙门氏菌、
弯曲杆菌

01

葡萄球菌

Staph

葡萄球菌是一群革兰氏阳性球菌,因常堆聚成葡萄串状,故名。多数为非致病菌,少数可导致疾病。可以生活在人的皮肤、口腔或鼻子里。

葡萄球菌有30多种,但最常见的是金黄色葡萄球菌。

大多数时候,葡萄球菌不会造成问题。但如果它扩散到你的身体深处,你可能会患上严重的,甚至危及生命的感染。

葡萄球菌感染的类型

广义上讲,葡萄球菌感染有两种类型:皮肤感染侵入性感染。皮肤感染要常见得多,而且大多数情况下,没有那么严重,但如果不及时治疗,它们会发展成侵入性感染,甚至危及生命。

葡萄球菌引起的皮肤感染例子

毛囊炎在毛囊炎中,毛囊(发丝生长的皮肤小口袋)发炎并经常被感染。留着胡须男人常在脸上和脖子上得毛囊炎。

麦粒肿麦粒肿是一个小的凸块,其从睫毛的基部或眼睑下成长,胀疼和压痛明显,肿块中央通常可见脓液。

疖子  疖子是皮下形成的红色、肿胀、疼痛的肿块。开始于受感染的毛囊,增大并充满脓液细菌、白细胞和死皮。常发生在面部、颈部、腋窝、臀部或大腿内侧。

皮肤脓肿 皮肤脓肿是皮下被厚膜包围的脓包。当身体试图通过隔离来保护自己免受感染时,脓肿就形成了。用外科手术刀在脓肿壁上开一个洞,把脓液排掉是治疗脓肿的唯一方法。

蜂窝组织炎 蜂窝组织炎是一种皮肤深层的感染,包括真皮层和皮下组织,毛囊、皮脂腺、汗腺皆被破坏,后期有肉芽肿形成。蜂窝织炎可发生在身体的任何部位,但最常见的影响小腿。

脓疱 脓疱这种常见且高度传染性的葡萄球菌感染开始时是小水泡,通常在脸上、手上或脚上,最终发展成蜂蜜色的结壳。脓疱病通常影响儿童,但任何人都可能患上。

葡萄球菌烫伤样皮肤综合征(SSSS)

这种情况是由葡萄球菌感染产生的毒素引起的,导致身体大面积皮肤脱皮。皮肤可能会被烧伤或烫伤。多发于婴儿和幼儿。

侵入性葡萄球菌感染发生在细菌进入血液时。

葡萄球菌侵入性感染例子

脓毒症是一种由感染引起的全身炎症反应综合征。这是葡萄球菌最危险的后果之一,可以扩散到你的全身,影响内脏器官的功能。

化脓性关节炎这种感染目标是关节,通常是膝盖,臀部,肩膀,手指关节,或脚趾关节。

中毒性休克综合症 当葡萄球菌进入血液并产生毒素时,这种罕见但严重的情况就会发生。

心内膜炎 当细菌影响心脏尤其是心脏瓣膜时,心内膜炎就会发生。如果不迅速治疗,感染会损害或破坏心瓣膜。

骨髓炎 体内的骨头被感染时,这种不常见但严重的情况就会发生。

化脓性肌炎 是一种罕见的骨骼肌细菌感染,骨骼肌是人们用来运动的肌肉。

肺炎 是一种常见的感染,它会导致炎症和肺部气囊中的液体积累,使呼吸变得非常困难。

食物中毒与葡萄球菌有关的食物中毒是由于食用了被这种细菌产生的毒素污染的食物而引起的。这不是真正的细菌感染,不应该用抗生素治疗。

耐药感染:耐甲氧西林金黄色葡萄球菌

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是一种对常用抗生素产生耐药性的葡萄球菌感染。

大多数MRSA病例发生在去过医院或其他医疗机构的人身上。但是所谓的社区相关MRSA,即在医院或医疗机构之外传播的感染,也会发生。

抗生素的过度使用和误用是MRSA产生的原因。在个人层面上,只在必要的情况下(不是针对流感或感冒等病毒感染)和医生给你开的处方时服用抗生素,可以帮助预防和控制抗生素耐药性的传播。

此外,即使症状有所改善,也一定要完成所有的抗生素疗程,以防止抗药性超级细菌(如MRSA)的发展。

葡萄球菌感染的症状

葡萄球菌感染的症状取决于感染的类型

皮肤感染通常会导致发红、肿胀、发热和疼痛——但所有这些症状都可能从轻微到严重。例如,脓疱疮可能会痛也可能不痛,而疖子基本上是会痛。一些由葡萄球菌引起的皮肤感染,如蜂窝织炎或伤口感染,除了感染部位发红和疼痛外,还可能引起发烧。

侵入性葡萄球菌感染,如败血症(也称为败血症)、心内膜炎和肺炎,通常会导致严重的疾病,包括发烧、呼吸急促或短促、疲劳,有时还会意识不清。

当呼吸或心脏功能受到某种疾病的影响时,应该尽快就医。

葡萄球菌感染的原因和危险因素

通过伤口感染

健康的人也可能携带葡萄球菌,但他们并不知道,但当皮肤破损时,细菌就会进入伤口,导致感染。

通过医疗设备感染

葡萄球菌也可以通过导尿管、静脉导管或其他植入的医疗设备进入人体。这种细菌还可能存在于未适当清洁的纹身针或注射毒品的针上,尤其是共用或重复使用的针头。

通过皮肤接触感染

一些皮肤上的葡萄球菌感染具有传染性,可以通过皮肤接触传染给别人。

葡萄球菌也可以生存在物体或表面,如床单,毛巾或更衣室里的其他物品。感染葡萄球菌的另一种方式是接触被污染的物品。集体生活相对更容易感染。

某些疾病的患者更易感染,例如:糖尿病,艾滋病,癌症,肾功能衰竭等患者。

葡萄球菌感染的诊断

为了诊断葡萄球菌感染,医生可能会取一个皮肤或组织样本,或者喉咙或鼻拭子进行实验室测试,以确定感染的原因。

在某些情况下,如果怀疑有更深层次或内部感染,医生可能会要求做某些影像学检查。例如,超声心动图可以帮助医生确定感染是否影响心脏。

葡萄球菌感染的持续时间

葡萄球菌感染的治愈时间取决于年龄,整体健康状况,感染的类型,以及治疗方法。例如,一个疖子不经治疗可能需要10到20天才能痊愈,但某些药物可能会加速这一过程。

葡萄球菌感染的治疗

抗生素是大多数葡萄球菌感染的主要治疗方法。抗生素的选择部分取决于感染的严重程度感染的葡萄球菌类型。一些轻微的皮肤感染不需要药物治疗就会自行痊愈。

除了抗生素,有时还需要手术来引流伤口、脓肿。

侵入性葡萄球菌感染通常需要住院进行静脉抗生素治疗以对抗感染,并进行其他支持治疗以帮助痊愈。

葡萄球菌感染的预后

葡萄球菌感染的前景取决于感染的类型和它在体内传播程度。任何潜在的疾病都可能影响康复速度。

大多数浅表皮肤感染很容易治疗。但是如果发展成严重的感染并演变成败血症,预后会更差。一些研究,比如2016年发表在《美国医学杂志》上的一项研究表明,血液中葡萄球菌感染的死亡率在20%到40%之间。

预防葡萄球菌感染

葡萄球菌无处不在。你不可能完全避免与其接触,但可以降低感染的风险。

一些简单的措施可以帮助防止葡萄球菌的传播,包括:

保持清洁。保持手和身体清洁是预防葡萄球菌感染最重要的方法。经常洗手,每次至少20秒。

清洁伤口。彻底清洗伤口,以冲掉污垢和细菌。

覆盖伤口。任何皮肤伤口都用绷带包扎,一直到完全愈合。

避免共用私人物品。不要与可能感染葡萄球菌的人共用毛巾、床单、衣服等物品。

经常换卫生棉。如果你使用卫生棉,至少每4到8小时更换一次,长时间的卫生棉会造成细菌滋生的环境。

用热水洗衣服。如果你或家里有人感染了葡萄球菌,用热水清洗衣服、毛巾和被褥,用烘干机烘干衣服,确保衣服完全干燥后再取出。

注意饮食卫生。在准备食物或吃之前要洗手。确保食物温度。热的食物的温度应在60℃以上,冷的食物的温度应在4℃以下。

使用干净的剃须刀刮胡子。如果在平时刮胡子的地方感染了葡萄球菌,在感染清除之前不要刮胡子。如果一定要刮胡子,请使用干净的一次性剃须刀。不要和别人共用剃须刀。

运动后及时清洁。应该在运动锻炼后合适的时间及时洗澡。此外,定期清洗运动服,保持设备清洁。

Vector illustration of Salmonella Bacteria for medicine concept

02

沙门氏菌

Salmonella

沙门氏菌革兰氏阴性,无芽孢的杆菌,是一种常见的食源性致病菌。这种细菌的感染称为沙门氏菌病。

沙门氏菌感染非常普遍。食用受污染的食品,包括生禽,鸡蛋,牛肉以及某些污染的水果和蔬菜,或者通过处理宠物(尤其是某些鸟类和爬行动物)都有可能感染沙门氏菌。

大多数感染沙门氏菌的人无需治疗即可完全康复,但在某些情况下,疾病可能严重到需要住院治疗

沙门氏菌有很多类型,已经了多达2500种,但已知只有不到100种会引起人类感染。这些大多数引起胃肠道疾病,但是其他类型如伤寒沙门氏菌和副伤寒沙门氏菌,会引起致命的疾病。

沙门氏菌感染的症状

沙门氏菌会引起轻度至重度的胃肠道疾病,称为肠胃炎,也就是通常所说的胃流感。症状通常在接触细菌后六小时到六天之间出现(有些人可能需要几周才能出现症状)。常见症状包括:

腹泻、腹部绞痛、发热、头痛、恶心、呕吐、食欲不振等。

遇到以下症状,请立即就医:

恶心和呕吐;

持续性腹泻持续超过三天;

便血;发烧高于38度;

持续呕吐且无法控制液体;

尿量减少以及口干、喉咙干燥(这是脱水的迹象)

头晕;严重腹痛

沙门氏菌感染的原因和危险因素

沙门氏菌生活在人类和其他动物的肠道中,可以通过粪便排出体外。当人们接触或吃了被粪便污染的东西时,就可能会被感染。人感染沙门氏菌的常见方式包括:

1.吃被动物粪便污染的食物或饮用水,例如:

未煮熟的牛肉,家禽或鱼(煮熟会破坏沙门氏菌)

生鸡蛋或包含未煮鸡蛋的产品

生乳制品或未经巴氏消毒的乳制品,例如牛奶

生蔬菜或水果

2.吃由没有正确洗手的食品工人处理的食品

3.抚摸或处理动物的排泄物,尤其是已知携带沙门氏菌的动物,例如蜥蜴,乌龟或幼鸟

当然,任何人都可能感染沙门氏菌,但感染风险较高的人包括:

5岁以下的儿童

非母乳喂养的婴儿

65岁以上的成年人

免疫系统较弱的个体(例如,HIV,癌症患者以及服用皮质类固醇的患者)

服用抗酸剂的人(胃酸可以杀死许多类型的沙门氏菌;抗酸剂会降低胃的酸度,使更多的细菌蓬勃发展)

服用抗生素的人(这些抗生素可能减少“有益”细菌的数量,更容易受到感染)

患有炎症性肠病(例如克罗恩氏病或溃疡性结肠炎)的人会损害肠道内膜,使沙门氏菌更容易繁殖

宠物主人(尤其是那些养鸟类和爬行动物的主人)

沙门氏菌感染的诊断

由于沙门氏菌的症状与许多疾病的症状相似,因此医生需要依靠实验室测试来诊断感染。首先最常用的测试是检查人的粪便样本,也有采集人的血液样本。

沙门氏菌感染的持续时间

在大多数情况下,沙门氏菌感染是一种短暂的疾病,可导致几天的胃痉挛和腹泻。症状通常持续约四至七天,也可能会持续长达数周

但是,在某些情况下,症状可能更严重且持续时间更长,并且可能导致住院和长期并发症。

沙门氏菌感染的治疗

对沙门氏菌的治疗取决于症状,年龄和总体健康状况。多数沙门氏菌病例在未经任何治疗的情况下一周内会好转。

美国国立糖尿病与消化及肾脏疾病研究所(NIDDK)指出,食物中毒(由沙门氏菌或其他传染性生物引起)的主要问题是呕吐和腹泻引起的脱水

以下是在家中治疗可采取的一些技巧。

1.补充水,例如:

水、稀释果汁、运动饮料(可帮助补充丢失的电解质)、清汤、电解质水或类似的电解质替代饮料(但在服用或服用前请先咨询医生)

2.吃咸饼干或椒盐脆饼,以帮助替代电解质(钠是电解质)

3.不要自行服用止泻药(除非医生开出)。这些药物可能会延长沙门氏菌感染引起的腹泻。

如果担心可能存在严重脱水的危险,或发烧、严重腹痛等,建议去医院接受静脉输液治疗并进行监测。

沙门氏菌感染的预后

大多数沙门氏菌患者会在一周左右的时间内开始感觉好转并完全康复,肠道功能可能需要几周或几个月的时间才能恢复(排便的频率和粪便的稠度)。

在某些严重的情况下,沙门氏菌可导致死亡,尤其是如果没有及时开始治疗的情况。

预防沙门氏菌感染

大多数沙门氏菌感染是由受污染的食物引起的。降低患沙门氏菌风险的最佳方法是遵循良好的食品安全措施,并采取措施防止食物中毒。

本文末有CDC建议的四项食品安全规则,可参考。

03

弯曲杆菌

Campylobacter

弯曲杆菌曲杆菌属细菌是革兰氏阴性螺旋,杆状或弯曲细菌,是引起肠道感染的细菌,是引起全世界腹泻病最常见的细菌原因之一。其可以急性肠炎,肠外感染,严重会导致并发症,包括格林-巴利综合征。

在过去的十年中,全球弯曲菌病的发病率有所上升。

Kaakoush NO,et al.,  Clin Microbiol Rev.2015

弯曲杆菌感染的症状

症状包括:

腹泻,经常流血,恶心和呕吐,腹部绞痛和疼痛,发热,疲劳等。

以 4 岁以下和 15 ~ 39 岁的人群最易感。

对于免疫系统较弱的人,弯曲杆菌可能会扩散到血液中并造成威胁生命的感染。

在极少数情况下,弯曲杆菌可能会引起诸如抽搐,脑膜炎(脑和脊髓周围膜发炎),关节炎和格林巴利综合征(GBS)等并发症。在美国,据报道每千个弯曲杆菌病中有1个会导致GBS。

注:格林巴利综合征是一种攻击人体神经的病,以周围神经和神经根的脱髓鞘病变及小血管炎性细胞浸润为病理特点的自身免疫性周围神经病,临床表现为急性对称性弛缓性肢体瘫痪。

Kaakoush NO,et al.,  Clin Microbiol Rev.2015

弯曲杆菌感染的原因

国际旅行是弯曲菌感染的重要危险因素。

个别的弯曲杆菌病病例通常与生食或未煮熟的家禽有关,或者是由于这些食物的交叉污染所致,例如,食用与弯曲杆菌污染的肉在同一块(未经清洗的)切菜板上切碎的蔬菜。

弯曲杆菌的爆发通常源于未经巴氏消毒的乳制品,受污染的水,家禽和产品

免疫缺陷也是感染弯曲杆菌的危险因素。

例如,出现腹泻的HIV患者比未感染的腹泻患者更容易感染弯曲杆菌。此外,在HIV感染患者中与弯曲杆菌相关疾病的发病率高于一般人群中的发病率。

Kaakoush NO,et al., Clin Microbiol Rev.2015

弯曲杆菌还可以感染宠物,通过动物粪便对水源的污染或人和动物的接触传播,可以使蔬菜、水果、各类熟食品、牛奶等受到空肠弯曲菌的污染,从而引起腹泻或者中毒。

在谷禾肠道菌群检测报告中,就有这样的特殊案例,来自宠物的肠道菌群。

报告显示,其样本菌群构成非常单一,实际测序深度很高,达到10万,但仅检出167种菌,绝大部分是大肠杆菌。

下面的表是根据人的菌群结果评估的,可以看到构成多样性非常低。

下面是主要菌门和属还有种的构成,种部分列出了注释有菌名称的丰度大于0.1%以上的菌。

下图是菌属构成表:

报告显示,菌属构成中弯曲杆菌占比较高。

除此之外,其他的病原和机会致病菌主要检出了大肠杆菌,占比77%,属于严重超标,空肠弯曲杆菌,产气夹膜菌和痢疾志贺氏菌都有超标:

注:空肠弯曲菌(上图中红色箭头指向菌Campylobacter jejuni),有内毒素能侵袭小肠和大肠黏膜引起急性肠炎。

经过与送检者沟通后,我们了解的情况如下:

主人反映该宠物猫有腹泻,其有长期腹泻情况,因此送检了其本人和养的宠物猫的粪便样本做肠道菌群检测,了解菌群构成,找出腹泻原因,以便后续治疗。

弯曲杆菌感染的治疗

大多数弯曲杆菌感染是自限性的,也就是说大多数弯曲杆菌病无需任何其他治疗即可痊愈,适当的水合作用对于避免腹泻和呕吐引起的脱水至关重要。

为缓解腹泻,建议每天喝8到10杯水,每次肠蠕动后至少喝一杯。

全天多吃几顿小餐而不是三顿大餐也可能会有帮助,特别是盐和高钾食物。

弯曲杆菌感染的抗生素治疗仅在严重的情况下以及在有严重疾病高风险的人(例如因疾病或药物而免疫系统较弱的人)中才需要。

弯曲杆菌感染的持续时间

有些感染了弯曲杆菌的人没有任何症状。那些出现症状的人通常会持续2至5天,有时甚至长达10天

空肠弯曲杆菌和大肠弯曲菌C. coli感染,急性水样或血性腹泻,发热,消瘦,痉挛等,平均6天

预防弯曲杆菌感染

家禽,特别是新鲜和冷冻的鸡肉,是弯曲杆菌属的主要储藏库。其他驯养的动物(例如牛和猪)和环境资源(例如受污染的水)在将这些生物体直接传播给人类方面也起着至关重要的作用。

食物链的所有阶段所采取的控制措施为基础,从农场的农业生产,到从商业处理、加工都需要有严格标准的流程。

做好污水处理系统,保障健康。

遵循食品安全措施:

清洁 经常洗手和切割砧板和台面等表面,并在流水下冲洗水果和蔬菜。

分开生肉,禽肉和海鲜用单独的切菜板,并将这些物品与其他食品分开,避免交叉污染

烹饪确保将食物煮熟,杀死细菌。

低温冰箱温度在4℃或以下,不要把易腐烂的食物放在冰箱外超过两个小时。把冷冻的食物放在冰箱或微波炉里解冻,因为把食物放在柜台上解冻会让细菌迅速繁殖。

最后还要牢记,在上厕所、更换尿布后、接触动物后要彻底洗手

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主要参考资料:

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