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肠道细菌四大“门派”——拟杆菌门,厚壁菌门,变形菌门,放线菌门

谷禾健康

一般在肠道菌群健康检测报告中,会有主要菌属构成比例,类似下图:

图源:谷禾肠道菌群健康检测报告我们可以看到图中列举了拟杆菌门,厚壁菌门…等。很多小伙伴拿到报告之后,对于这些细菌门表示困惑。

这些细菌门都代表了什么意思?

某个细菌门比例高了会怎么样?

某个细菌门比例高,是好是坏?

是不是与某些疾病相关?

…….

实际上,这几大类门的丰度和构成比例变化与人类健康和疾病发生息息相关。

两个主要门类,拟杆菌门和厚壁菌门,构成人类肠道细菌的大部分。七岁以后,拟杆菌和厚壁菌之间的比例相对稳定,而它们比例紊乱可能会导致肥胖和糖尿病等代谢综合征。

本文,我们就给大家详细介绍一下这其中最常见的几大细菌门:

拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、放线菌门。

为什么选这四大细菌门?

依据自然属性分类,人类肠道菌群已经鉴定出细菌的几十个门,包括:拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、放线菌门、疣微球菌门、梭杆菌门、蓝藻菌门、螺旋体门等。 但是其中98%的肠道菌可以归属为前四类,拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门和放线菌门,大多数人这4个门的菌占据肠道细菌数量的99%。 了解这四大细菌门,可以说你对大部分人体内肠道菌群的有了一定的了解。

01 拟杆菌门 Bacteroidetes

▲ 拟杆菌 :革兰氏阴性菌

不形成孢子 厌氧菌 杆菌 ▲

它们具有外膜、肽聚糖层和细胞质膜。它们无氧呼吸的主要副产物是乙酸、异戊酸和琥珀酸。

△ 拟杆菌参与人体结肠中许多重要的代谢活动

包括碳水化合物的发酵、含氮物质的利用以及胆汁酸和其他类固醇的生物转化。大多数肠道细菌是糖酵解的,这意味着它们通过碳水化合物分子的水解获得碳和能量。

  • △ 多糖是拟杆菌的主要能量来源

据估计,只有约 2% 的单糖通过上消化道到达结肠。因此,单糖可能不是拟杆菌的主要能量来源。然而,来自植物纤维的多糖,如纤维素、木聚糖、阿拉伯半乳聚糖和果胶,以及植物淀粉,如直链淀粉和支链淀粉,在结肠中更为普遍。

多糖还被证明可以诱导来自拟杆菌的多种葡糖苷酶活性,包括负责海带多糖降解的 β-1,3-葡糖苷酶活性以及多种 α、β-1,4 和 α、β–1,6 木糖苷酶和葡糖苷酶活性。大部分拟杆菌成员蛋白质组包括水解这些多糖的蛋白质。

  •  拟杆菌是肠道生态系统中非常成功的竞争者

表现出相当大的营养灵活性和对宿主和肠道环境施加的压力做出反应的能力。很难说肠道拟杆菌是否对宿主产生负面或正面影响。拟杆菌能够通过预防可能定植和感染肠道的潜在病原体感染来使宿主受益。由但是,在短链脂肪酸存在下,弱酸性 pH 值会抑制生长。诸如脆弱拟杆菌之类的致病物种已经开发出逃避宿主免疫系统的策略。

  • △ 拟杆菌有好有坏

作为多糖降解联盟的成员,它们有助于从膳食纤维和淀粉中释放能量,它们很可能是丙酸盐的主要来源;然而,它们也参与了蛋白质分解过程中有毒产物的释放,这个群体的成员有一些可能有助于抑制炎症的活动,但他们也有可能促进炎症,有些是已知的机会性病原体。

将复杂的多糖转化为可用化合物的能力可能使拟杆菌比必须依赖其他能源的细菌更具竞争力。

此外,拟杆菌实际上会刺激肠道内壁产生岩藻糖基化聚糖。这种细菌还会刺激新生儿上皮的血管生成(血管的形成),从而增强人体对营养物质的吸收。因此,拟杆菌细菌与其宿主有着复杂且普遍有益的关系——只要它们保留在肠腔内。

  • △ 目前研究较充分的拟杆菌属,与饮食有关

目前,拟杆菌门中研究得最充分的,包括拟杆菌属拟杆菌属和普氏菌属以及卟啉单胞菌属。它们是专性或严格的革兰氏厌氧菌,它们的组成和代谢活动在很大程度上受饮食调节。拟杆菌与高脂肪和蛋白质的摄入量有关,而普雷沃氏菌与富含植物的饮食(高水平的复合碳水化合物和水果和蔬菜的摄入量)有关,因此,拟杆菌属和普雷沃氏菌属物种在人体内具有其特定的栖息地,因为它们大多数是拮抗的。

  • △ 影响食物的代谢

其活动在食物和饲料成分的分解和转化中起着重要作用。在人类结肠中,拟杆菌属被认为对植物和宿主来源的多糖的代谢做出了非常重要的贡献,而普氏菌属有助于瘤胃中植物材料的利用。这两个属在蛋白质代谢中都起着重要作用,并且可能也参与致癌物和异生物质的代谢。

在患有非酒精性脂肪性肝炎的人类中,微生物群组成中拟杆菌的比例较低,这与高脂肪饮食和 BMI 无关。

  • △ 拟杆菌属是最耐氧的厌氧菌之一

能够耐受大气中的氧气浓度长达 3 天。在腹内感染开始期间,氧耐受性被认为允许细菌在腹腔的含氧组织中存活,直到大肠杆菌和其他协同生物能够降低感染部位的氧化还原电位。

  • △ 当拟杆菌离开肠道,会导致多种感染和脓肿

这些感染和脓肿可能发生在全身,包括中枢神经系统、头部、颈部、胸部、腹部、骨盆、皮肤和软组织。组织。广泛接受的腹部感染模型如下:肠壁破裂,细菌菌群渗入腔内,需氧菌(感染中最活跃的部分)如大肠杆菌开始初步破坏组织并降低含氧菌的氧化还原电位(低氧化还原电位有利于厌氧菌生长),厌氧拟杆菌开始复制,然后拟杆菌主导感染。

除了腹泻和脓肿,已知拟杆菌与脑膜炎和分流感染病例有关,尤其是在儿童中。任何通常没有被拟杆菌定植的组织在接触到含有拟杆菌的粘液或其他材料时都有可能被感染。

此外,拟杆菌作为胃肠手术过程中的感染源是一个巨大的问题。因此,必须采取适当措施和有效的手术引流,以降低感染风险。

  • △ 主要的致病拟杆菌属物种是脆弱拟杆菌属

脆弱拟杆菌与B. distasonis、卵形双歧杆菌、B. thetaiotaomicron和B. vulgatus一起,在临床感染中发生得最多,它们几乎普遍对青霉素具有抗药性,主要是由于产生了 β-内酰胺酶。这些细菌普遍存在于胃肠道区域并且是大多数腹腔内感染的原因,例如直肠周围脓肿和褥疮溃疡。

当从结肠释放到血液中时,脆弱拟杆菌迅速繁殖,导致菌血症。 如果脆弱拟杆菌被引入到腹腔,可能导致腹膜炎,和/或腹部脓肿。

  • △ 与拟杆菌属相关的感染
  1. 泌尿生殖系统感染,包括产褥脓毒症
  2. 手术或腹部损伤后的阑尾炎和腹部感染和伤口感染
  3. 脑、肺和肝脓肿通常为混合菌感染
  4. 褥疮,通常与其他病原微生物
  5. B. melanogenicus导致文森特心绞痛的组织损伤和炎症。
  6. 腹内感染:80%以上由脆弱拟杆菌引起。
  7. 妇科感染:脆弱拟杆菌的多种微生物厌氧菌感染经常引起脓肿。
  8. 最常与脆弱拟杆菌相关的皮肤和软组织感染
  9. 呼吸道感染:包括非脆弱类杆菌在内的多种微生物感染。

以下为本门当中比较著名的种属及其所属的纲目

拟杆菌目 Bacteroidales

嗜细胞菌目 Cytophagales

黄杆菌目 Flavobacteriales

拟杆菌纲 Bacteroidia

黄杆菌属 Cytophagia

鞘氨醇杆菌 Sphingobacteriia

拟杆菌科 Bacteroidaceae

噬纤维菌科 Cytophagaceae

黄杆菌科 Flavobacteriaceae

普雷沃氏菌属 Prevotella

拟杆菌属 Bacteroides

红棕色单胞菌属 Porphyromonas

产黄菌属 Flavobacterium

金黄杆菌属 Chryseobacterium

普氏菌 Prevotella copri

普通拟杆菌 Bacteroides vulgatus

粪便拟杆菌 Bacteroides stercoris

单形拟杆菌 Bacteroides uniformis

平常拟杆菌 Bacteroides plebeius

脆弱拟杆菌 Bacteroides fragilis

类杆菌 Bacteroides xylanisolvens

多形拟杆菌 Bacteroides thetaiotaomicron

杜雷拟杆菌 Bacteroides dorei

迪氏副拟杆菌 Parabacteroides distasonis

粪拟杆菌 Bacteroides caccae

腐烂别样杆菌 Alistipes putredinis

芬氏拟杆菌 Bacteroides finegoldii

马赛拟杆菌 Bacteroides massiliensis

卵形拟杆菌 Bacteroides ovatus

粪副拟杆菌 Parabacteroides merdae

产酸拟杆菌 Bacteroides acidifaciens

粪普雷沃氏菌 Prevotella stercorea

内脏臭气杆菌 Odoribacter splanchnicus

埃格尔硫拟杆菌 Bacteroides eggerthii

肠拟杆菌 Bacteroides intestinalis

拟杆菌 Bacteroides coprophilus

产黑普雷沃氏菌 Prevotella melaninogenica

约氏副拟杆菌 Parabacteroides johnsonii

二路拟杆菌 Prevotella bivia

芽孢杆菌 Alistipes indistinctus

中间普氏菌 Prevotella intermedia

变黑普雷沃氏菌 Prevotella nigrescens

牙龈二氧化碳嗜纤维菌 Capnocytophaga gingivalis

人体拟杆菌 Prevotella corporis

口普雷沃氏菌 Prevotella oris

齿龈拟杆菌 Prevotella oulorum

牙龈卟啉单胞菌 Porphyromonas gingivalis

栖牙拟杆菌 Prevotella denticola

短稳杆菌 Empedobacter brevis

纤维素类杆菌 Bacteroides cellulosilyticus

水生黄杆菌 Flavobacterium aquatile

谭氏普雷沃氏菌 Prevotella tannerae

萨氏拟杆菌 Bacteroides salanitronis

口腔普雷沃氏菌 Prevotella oralis

黄杆菌属 Flavobacterium sp

栖组织普雷沃氏菌 Prevotella histicola

02 厚壁菌门 Firmicutes

厚壁菌门(Firmicutes)是一最大的细菌群,多数为革兰氏阳性,表现为球状或者杆状,有细胞壁结构。

然而,一些例如菌 Megasphaera、Pectinatus、Selenomonas 和 Zymophilus,有一个多孔的假外膜,使它们革兰氏染色阴性。少数如柔膜菌纲(Mollicutes)(如支原体),缺乏细胞壁而不能被革兰氏方法染色,但也和其余的革兰氏阳性菌一样缺乏第二层细胞膜。

原本包括所有革兰氏阳性菌,但目前仅包括低G+C含量的革兰氏阳性菌,而高G+C含量的则被划入放线菌门(Actinobacteria)。

  •  厚壁菌门的许多成员都是有益菌

乳酸杆菌是一种常见于酸奶和其他发酵乳制品中的益生菌,属于这一门。这些微生物产生乙酸盐(另一种促进健康的短链脂肪酸)、乳酸盐和抗菌物质,可防止病原体干扰健康。

乳杆菌生产各种发酵产品:

布鲁氏乳杆菌 用于制作酸奶,而 嗜酸乳杆菌 在生产嗜酸乳杆菌中很重要。其他物种有助于生产泡菜、酸菜和青贮饲料。

除了乳酸杆菌外,厚壁菌门的其他有益成员也以产生丁酸盐而闻名,特别是粪杆菌、真杆菌、罗氏杆菌。

瘤胃球菌——“第三种肠型”

被称为“第三种肠型”的谷物爱好者,通常以瘤胃球菌为主,瘤胃球菌是厚壁菌门的成员。

肠型通常可以追溯到 长期的饮食习惯。瘤胃球菌微生物组类型的人倾向于摄入更多全谷物中的抗性淀粉和膳食纤维。

如果想增加肠道中厚壁菌的数量,那么应该多吃高纤维食物,如苹果,大蒜,大麦,燕麦,洋葱等。

  • △ 厚壁菌门下也有致病菌

许多厚壁菌门能够形成孢子,处于不活动、严重脱水和对环境压力具有高度抵抗力的休眠阶段。

注:“endospore”这个名字暗示了一种孢子或种子状形式,但它不是真正的孢子(即不是后代)。它是一种精简的休眠形式,细菌可以将自身还原成这种形式。这些内生孢子能够抵抗干燥并且可以在极端条件下存活。很多环境中都可找到内生孢子,一些著名的病原菌都能产生孢子。

——表皮葡萄球菌

表皮葡萄球菌是从人类皮肤中分离出来的最常见的细菌。它是非致病性的,所以没有人真正担心它。

但是金黄色葡萄球菌是通常与许多疾病有关,例如疖子、丘疹、肺炎、骨髓炎、脑膜炎和关节炎。

——链球菌

化脓性链球菌导致许多人类疾病。例如猩红热、风湿热和链球菌性咽炎。大约 50% 的严重喉咙痛病例是由化脓性链球菌引起的。化脓性链球菌也可引起脓疱病。

肺炎链球菌会导致肺炎球菌肺炎,如果不治疗,30%的病例可能会导致死亡。

  • △ 厚壁菌门下最大的菌属:梭菌

梭菌属厌氧菌。通常,它们生活在土壤中,由于有机物质的正常分解而在那里形成的厌氧栖息地的小块区域。

重要的固氮剂:Clostridium pasteurianum

重要的纤维素降解剂:

Clostridium cellobioparum 和 Clostridium thermocellum

有几个物种可能对人类致病,其中包括 导致肉毒杆菌中毒的肉毒梭菌和导致破伤风的破伤风梭菌。

然而,如果对其加以利用也可以对人类有利。肉毒杆菌毒素被分离出来时,可以控制剂量用作肌肉松弛剂,以帮助治疗患有多发性硬化症和帕金森病的人。

  •  分枝杆菌属包含许多对人类致病的物种

其中最主要是 结核分枝杆菌,引起结核病。

麻风分枝杆菌 引起汉森氏病(麻风病)。

其他致病菌包括牛分枝杆菌,它是奶牛的病原菌,可通过未经高温消毒的牛奶感染人类并引起结核病。

Mycobacterium avium,也会引起结核病,尤其是在艾滋病患者中。

堪萨斯分枝杆菌Mycobacterium kansasii 和 龟分枝杆菌Mycobacterium chelonae,也在人类中引起疾病。

光镜下痰中结核分枝杆菌

  • △ 厚壁菌门下其他特殊的菌

八叠球菌属Sporosarcina

Sporosarcina是独特的,因为它是一种球状细菌,而不是杆状细菌。

产叶绿素的菌

Heliobacillus,Heliobacterium,Heliophilum都是产生独特形式的细菌叶绿素的光养生物。

棒状杆菌

棒状杆菌是厚壁菌门中的明星菌之一。它包括许多对植物和动物具有致病性的物种。其中最重要的是白喉棒状杆菌,顾名思义,它是引起白喉的病原菌。

丙酸细菌

它们在瑞士埃曼塔尔乳酪中形成孔洞中所起的作用。乳脂最初是用链球菌和乳酸杆菌以及丙酸菌的混合物接种的。这两个物种将乳脂中的乳糖转化为乳酸。凝乳排干后,丙酸细菌将乳酸氧化成丙酮酸,然后将其转化为丙酸。在此过程中,会释放二氧化碳。正是这种二氧化碳在凝固的奶酪中聚集在气泡中,形成了瑞士埃曼塔尔乳酪中的特征孔。

痤疮丙酸杆菌

是人体皮肤中的常驻菌,通常无害,但它会加剧痤疮(痘痘)的病症。

硫酸盐还原菌(SRB)

硫酸盐还原菌 (Sulfate-Reducing Bacteria,简称SRB)存在于厚壁菌门和变形菌门中。它们通过含硫化合物(如粘蛋白和氨基酸)的代谢产生硫化氢 (H2S)。H2S 在超出严格控制的生理范围后是剧毒的。H2S水平升高与结肠细胞凋亡、绒毛萎缩、粘膜耗竭和反应性隐窝细胞增生有关。H2S会损害结肠细胞中丁酸盐的氧化,尤其在溃疡性结肠炎中的作用明显更大。

以下为厚壁菌门当中比较著名的属及其所属的纲目:

芽孢杆菌纲(Bacilli)

芽孢杆菌目(Bacillales)

芽孢杆菌属(Bacillus)

李斯特氏菌属(Listeria)

葡萄球菌科(Staphylococcaceae)

葡萄球菌属(Staphylococcus)

乳杆菌目(Lactobacillales)

肠球菌属(Enterococcus)

乳杆菌属(Lactobacillus)

乳球菌属(Lactococcus)

明串珠菌属(Leuconostoc)

链球菌属(Streptococcus)

梭菌纲(Clostridia)

梭菌目(Clostridiales)

梭菌属(Clostridium)

优杆菌属(Eubacterium)

太阳杆菌属(Heliobacterium)

Halanaerobiales

Natranaerobiales

Thermoanaerobacterales

丹毒丝菌纲(Erysipelotrichia)

丹毒丝菌目(Erysipelotrichales)

丹毒丝菌属(Erysipelothrix)

Negativicutes

Selenomonadales

香蕉孢菌属(Sporomusa)

Thermolithobacteria

Thermolithobacterales

柔膜菌纲(Mollicutes)

支原体目(Mycoplasmatales)

支原体属(Mycoplasma)

螺原体属(Spiroplasma)

脲原体属(Ureaplasma)

03 变形菌门 Proteobacteria

变形菌门(Proteobacteria)是细菌中主要的一门,主要是由核糖体RNA序列定义的,它的名字也很有趣,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),因为该门细菌的形状具有极为多样的形状。

变形菌门包括很多病原菌,如大肠杆菌、埃希氏菌、沙门氏菌、弧菌、螺杆菌、志贺氏菌、绿脓杆菌、霍乱弧菌、鼠疫杆菌、脑膜炎双球菌、淋球菌、空肠弯曲菌、幽门螺杆菌等著名的属。也有自由生活(非寄生)的种类,包括很多可以进行固氮的细菌。

所有的变形菌门细菌都是革兰氏阴性菌,其外膜主要由脂多糖组成。很多种类利用鞭毛运动,但有一些非运动性的种类,或者依靠滑行来运动。

还有一类独特的粘细菌,可以聚集形成多细胞的子实体。

变形菌门包含多种代谢种类。大多数细菌营兼性或者专性厌氧及异养或者自养化能生物生活,但有很多例外。很多并非紧密相关的属可以利用光合作用储存能量。因其多数具有紫红色的色素,被称为紫细菌。

变形菌门根据rRNA序列被分为五类(通常作为五个纲),用希腊字母α、β、γ、δ和ε命名。其中有的类别可能是并系的。

  • α-变形菌纲 (Alphaproteobacteria)
  • β-变形菌纲 (Betaproteobacteria)
  • δ-变形菌纲 (Deltaproteobacteria)
  • ε-变形菌纲 (Epsilonproteobacteria)
  • γ-变形菌纲 (Gammaproteobacteria)

Part 1 α-变形菌

α-变形菌(Alphaproteobacteria)的统一特征是它们是寡营养细菌,能够生活在低营养环境中的生物,例如深海沉积物、冰川冰或深层地下土壤。

包括大多数光养菌属,但也包括一些代谢 C1 化合物的属(例如,甲基杆菌属)、植物(例如,根瘤菌属)和动物的共生体,以及一组病原体立克次氏菌科。科学家们经常使用农杆菌属的 α-变形菌将外源 DNA 转移到植物基因组中。

在 α-变形菌 中有两个分类群,衣原体和立克次体,它们是专性细胞内病原菌,这意味着它们生命周期的一部分必须发生在称为宿主细胞的其他细胞内。当不在宿主细胞内生长时,衣原体和立克次体在宿主细胞外代谢失活。它们无法合成自己的三磷酸腺苷 (ATP),因此,它们的能量需求依赖于细胞。

  • △ 立克次氏体属

立克次氏体属包括许多人类病原菌。例如,立克次氏立克次体引起落基山斑疹热,这是一种危及生命的脑膜脑炎(包裹大脑的膜发炎)。

另一种立克次体,R. prowazekii,通过虱子传播。它会导致流行性斑疹伤寒,这是一种在战争和人口大规模迁移期间常见的严重传染病。R. prowazekii感染人类内皮细胞,导致血管内壁发炎、高烧、腹痛,有时还会出现谵妄。

R. typhi,会引起一种不太严重的疾病,称为鼠伤寒或地方性斑疹伤寒,在温暖的季节,这种疾病在美国西南部仍然存在。

  • △ 衣原体

衣原体是 α-变形菌 的另一个分类单元。该属的成员对细胞防御具有极强的抵抗力,使它们能够通过基本体在宿主之间快速传播。代谢和生殖不活跃的基本体是细胞内细菌的内生孢子样形式,进入上皮细胞,在那里它们变得活跃。

沙眼衣原体是导致沙眼的人类病原体,沙眼是一种眼睛疾病,通常会导致失明。沙眼衣原体还会引起性传播疾病性病淋巴肉芽肿。这种疾病常有轻微症状,表现为局部淋巴结肿大,也可能无症状,但传染性极强,在大学校园里很常见。

Part 2 β-变形菌

β-变形菌 (Betaproteobacteria )是一类都是革兰氏阴性的变形菌,由几组需氧或兼性细菌组成,它们的降解能力通常具有高度的多样性,但也包含化学光营养属(例如,氨氧化属Nitrosomonas)和一些光养菌(Rhodocyclus和Rubrivivax属的成员)。

α-变形菌只能靠最少量的营养物质生存,而β-变形菌是富营养菌,这意味着它们需要大量的有机营养物。β-变形菌通常生长在需氧和厌氧区域之间(例如,在哺乳动物肠道中)。

  • △ 多种类可以在环境样品中发现

如废水或土壤中。该纲的致病菌有奈氏球菌目(Neisseriales)的中一些细菌(可导致淋病和脑膜炎)和伯克氏菌属(Burkholderia)。在海洋中很少能发现β-变形菌。

  •  一些菌属引起严重疾病

一些属包括作为人类病原体的物种,能够引起严重的、有时危及生命的疾病。

奈瑟氏球菌,例如包括细菌淋病奈瑟氏球菌和脑膜炎奈瑟氏球菌的病原体细菌性脑膜炎。

Burkholderia是一种变形菌属,可能以其致病成员最为人所知:Burkholderia mallei,导致鼻疽,一种主要发生在马和相关动物身上的疾病;鼻疽伯克霍尔德菌,类鼻疽的病原体;

洋葱伯克霍尔德菌,在人与囊性纤维化(CF)肺部感染的重要病原菌。

伯克霍尔德(先前的一部分假单胞菌)属名是指一组几乎无处不在的革兰氏阴性,能动,专性需氧棒状细菌的包括动物/人和植物病原体以及一些环境重要的物种。

导致百日咳(百日咳)的病原体也是 β-变形菌的成员。百日咳杆菌博德特氏菌,属伯克氏菌目,产生几种毒素麻痹纤毛在人呼吸道的移动和直接损伤呼吸道的细胞,导致严重的咳嗽。

Part 3 γ-变形菌

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。

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)和大肠杆菌(食物中毒)。

  • △ 铜绿假单胞菌

例如,一个庞大而多样的科,假单胞菌科,包括假单胞菌属。在该属内是铜绿假单胞菌,它是一种病原体,负责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。

它经常感染伤口和烧伤,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(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,但不能同时产生两者)。非大肠菌群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,和鼠疫耶尔森氏菌。

显微镜下的大肠杆菌自 1886 年由 Theodor Escherich首次描述以来,大肠杆菌可能是研究最多的细菌。许多大肠杆菌菌株与人类存在共生关系。

然而,一些菌株会产生一种称为志贺毒素的潜在致命毒素,它会穿透大肠中的细胞膜,导致血性腹泻和腹膜炎(腹腔内壁发炎)。其他大肠杆菌菌株可能会导致旅行者腹泻,这是一种不太严重但非常普遍的疾病。

沙门氏菌属属于肠杆菌科的非大肠菌群,其有趣之处在于它包括多种尚未达成共识。科学家们已经将他们曾经认为是物种的许多群体重新分类为血清型(也称为血清型),它们是同一细菌物种的菌株或变异。它们的分类是基于动物抗血清对细菌细胞表面分子的反应模式。许多血清型沙门氏菌可引起沙门氏菌病,其特征是小肠和大肠发炎,伴有发烧、呕吐和腹泻。

S. enterobacterica(血清型伤寒沙门氏菌)导致伤寒,随着症状,包括发烧,腹部疼痛,皮疹。

Part 4 δ-变形菌

δ-变形菌(Deltaproteobacteria )包括主要需氧属的一个分支,形成子实体的粘细菌,在不利的环境中释放粘孢子。

它是严格厌氧菌属的一个分支,其中包含大多数已知的硫酸盐还原菌(脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、脱硫菌属(Desulfobacter)、脱硫球菌属(Desulfococcus)、脱硫线菌属(Desulfonema),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,如还原三价铁的地杆菌属(Geobacter)和共生的暗杆菌属(Pelobacter)和互营菌属(Syntrophus)。

最近发现了一种细胞内致病菌 Deltaproteobacteria。

如此命名是因为它们使用硫酸盐作为在电子传递链中的最终电子受体。很少有 SRB 是致病性的。然而,SRB Desulfovibrio orale与牙周病(牙龈疾病)有关。

  • △ 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。

粘细菌可以通过滑行主动移动。它们通常成群结队(也称为狼群)旅行,其中包含许多通过细胞间分子信号保持在一起的细胞。个体受益于聚集,因为它允许用于消化食物的细胞外酶的积累。这反过来又提高了喂食效率。

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。

Part 5 ε-变形菌

ε-变形菌(Epsilonproteobacteria) 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

变形杆菌中最Epsilonproteobacteria 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他们的胃肠道和粪便中,他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,它们被归入了自己的属中。螺杆菌属属于 Epsilonproteobacteria,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。

04 放线菌门 Actinobacteria

放线菌是丝状革兰氏阳性细菌,在其发育的某个阶段形成分枝细丝。放线菌最初由费迪南德·科恩 (Ferdinand Cohn) 在 1875 年描述,当时他在人泪管的凝结物中观察到一种丝状生物,并将其命名为Streptothrix foersteri,后来在1878年将一例牛块状颌骨中分离出的生物命名为放线菌。放线菌这一术语在希腊语中的意思是“射线真菌”。

曾经由于放线菌的形态,人们认为它们是介于细菌和霉菌之间的物种,因此原来它们被分类为“放线菌目”(Actinomycetes)。但因为放线菌没有核膜,且细胞壁由肽聚糖组成,和其它细菌一样。目前透过分子生物学方法,放线菌被确定为细菌的一个大分支。放线菌用革兰氏染色可染成紫色(阳性),和另一类革兰氏阳性菌——厚壁菌门相比,放线菌的GC含量较高。

  • △ 放线菌在有机物质分解中发挥重要作用

放线菌在土壤、水生环境、植物凋落物、堆肥和食品等不同栖息地中以孢子或营养形式出现。它们还与植物、动物和人类有关。

放线菌包括一些最常见的土壤生物、淡水生物和海洋生物,在有机物质(如纤维素和几丁质)的分解中发挥重要作用,从而在有机物质周转和碳循环中发挥重要作用。这补充了土壤中养分的供应,是腐殖质形成的重要组成部分。其他放线菌栖息在植物和动物中,包括一些病原体,如分枝杆菌、棒状杆菌、诺卡氏菌、红球菌和一些链霉菌。

  • △ 导致食物变质

放线菌介导几丁质、木质素和纤维素等复杂聚合物的降解,通过产生抗微生物剂帮助其他细菌和真菌的生物防治,并导致储存的食品变质。

  • △ 放线菌中的有益菌——双歧杆菌

双歧杆菌(Bifidobacterium)是一种厌氧的革兰氏阳性杆菌,末端常常分叉,故名双歧杆菌。是人和动物肠道的重要生理菌群。是母乳喂养婴儿中发现的第二大菌。

肥胖、糖尿病和过敏等各种疾病都与生命各个阶段的双歧杆菌数量减少有关。

双歧杆菌有助于改善消化问题,改善血糖控制,降低血脂水平,提高免疫力,表现出抗氧化活性,有助于预防湿疹,缓解压力和过敏。

  •  放线菌中的致病菌

它们是重要的原核生物群能够合成代谢产物,如抗生素、色素、酶抑制剂和生物技术相关酶。它们对植物、动物和人类也具有致病性。甘薯腐烂等植物病害和肺结核、副结核菌病、足菌肿、放线菌病、过敏性肺炎等人类疾病和各种类型的脓肿都是由放线菌引起的。

  • △ 放线菌具有巨大的药理学潜力

放线菌是众所周知的次级代谢产物,因此具有很高的药理和商业价值。1940 年,塞尔曼·瓦克斯曼 (Selman Waksman) 发现他所研究的土壤细菌产生了放线菌素,他因此获得了诺贝尔奖。从那时起,在这些陆生微生物中发现了数百种天然抗生素,尤其是链霉菌属。

此外,放线菌广泛分布于海绵、鱼类、软体动物、红树林和海藻等海洋环境中。因此海洋放线菌被认为是次生代谢物的宝库,大量的这些生物活性代谢物属于放线菌科,包括链霉菌属、放线菌属和松杆菌属,其他生物活性代谢物由于能够产生新的生物活性分子而在商业上可用。

例如,抗氧化剂、抗肿瘤、免疫抑制和心血管药物,这也为治疗药物的合成提供了强大的基础。该放线菌群具有巨大的药理学潜力,在其他微生物群中仍然无人能敌。

放线菌已分为150多个属。该分类基于形态学和化学标准。

放线菌门重要的菌属有:

双歧杆菌属(Bifidobacterium)

放线菌属(Actinomyces)

节杆菌属(Arthrobacter)

棒杆菌属(Corynebacterium)

弗兰克氏菌属(Frankia)

微球菌属(Micrococcus)

微单孢菌属(Micromonospora)

分枝杆菌属(Mycobacterium)

诺卡氏菌属(Nocardia)

丙酸杆菌属(Propionibacterium)

链霉菌属(Streptomyces)

肠道菌群知多少

肺炎链球菌的社交网络

谷禾健康

​S. pneumoniae (or pneumococcus,肺炎链球菌)是中耳炎、细菌性脑膜炎、败血症和社区获得性肺炎的主要病因。世卫组织将肺炎链球菌列为一种抗生素耐药的“优先病原体”。

肺炎链球菌是下呼吸道感染的主要原因之一,每年在全世界造成近100万儿童死亡。肺炎链球菌在人类宿主中占据不同的生态位,导致共生和致病性存在。侵袭性肺炎链球菌疾病是一个多步骤的过程。它是通过肺炎链球菌渗透进入富含糖的粘液层,然后粘附到人鼻咽的上皮细胞层而引发的。通常,微生物在鼻咽中定殖较长时间而不会引起疾病。

另外,由于未知的原因,它可以扩散到中耳,肺,大脑或血液中。直接从鼻咽或最经常通过肺部进入血液,可以进入中枢神经系统,心脏和脾脏。在所有这些组织中,肺炎链球菌都受到免疫系统和各种环境条件的攻击。

刚刚,来自美国宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学生物科学系的一篇综合评论文章题为:“The pneumococcal social network” 综合阐述了人类致病菌肺炎链球菌分泌肽的机制和功能特点。讨论了三大类小肽的序列特征、转运机制和受体:双甘氨酸肽、Rap、RGG、NprR、PlcR和PRGX(RRNPP)结合肽,以及含羊毛硫氨酸的小肽。强调影响携带和致病的因素,特别是遗传多样性、微生物竞争、生物膜发育和环境适应。

注:羊毛硫氨酸是一类结构独特的肽类,因其序列中含有羊毛硫类非常规氨基酸而得名。

革兰氏阳性细菌使用一系列分泌肽来控制种群水平的行为,以响应环境提示。最近肺炎链球菌多肽研究的扩展揭示了一个相互作用的信号系统的复杂网络,其中多个多肽被整合到同一信号通路中,允许多个进入该通路的点,并向新的方向扩展信息内容。

此外,由于多肽存在于细胞外环境中,因此存在串扰、群体感应(QS)以及株内、株间和种间相互作用的机会。关于人群行为导致疾病的方式的知识为设计和开发抗感染策略提供了一条途径。

社会行为在生物体内广泛存在。蚁群的形成、蝗虫的协调运动和鱼类的浅水化都是复杂的社会行为例子。这些行为通过保护人们免受捕食、增加食物供应或比竞争对手具有战略优势而受益。细菌也不例外。

细菌执行群体感应(QS):细胞密度相关的信号传导,导致群体水平的反应。QS的早期证明是在海洋细菌fischeri弧菌中,高细胞密度诱导生物发光,这是细菌与鱿鱼共生关系的一部分。从那时起,细菌群的行为就被牵涉到细胞过程中,比如基因转移、运动、抗生素的产生和生物膜的形成。

细胞-细胞间的通讯是由供体细胞分泌到细胞外环境中的信号分子来协调的,并由产生细胞和邻近细胞感应到。感知导致基因表达的变化,最终触发同步的群体行为。这种细胞-细胞通讯的核心是通过自体诱导剂-2(AI-2)和肽发出信号。

肺炎链球菌细胞间通信系统的总体分类

肺炎链球菌细胞-细胞通信系统可根据肽序列、转运蛋白和受体分为3大类(图1)。这些是(1)双甘氨酸肽,(2)与QS蛋白RRNPP超家族相关的肽,(3)含羊毛硫氨酸肽。从它们的作用来看,肽介导的细胞-细胞通信系统至少履行了三个主要功能:确保遗传多样性、微生物竞争和环境适应。

图1 肺炎链球菌分泌肽的三大类示意图

双甘氨酸肽

最具特征的肺炎链球菌双甘氨酸肽是能力刺激肽(CSP)。其他例子包括细菌素诱导肽(BIP)、感受态诱导细菌素(Ciba和CibB)、细菌素免疫区的肽(BIR)、毒力肽1(VP1)、感受态诱导的生物膜调节肽(BRIC)、RTG位点的肽和LANA(表1)。此外,比较基因组学方法已经揭示了额外的双甘氨酸肽,这些多肽还有待鉴定。

表1:核糖体合成肽在肺炎链球菌中的实验研究

双甘氨酸肽的特征是保守的N末端前导序列,该序列终止于Gly–Gly残基(或更常见于Gly–Ala或Gly–Ser)。前导将这些肽引导至含有肽酶的ATP结合盒(ABC)转运蛋白(具有C39肽酶结构域),其可切割前导序列并将肽输出到细胞外。  CSP和BIP的基因座分别编码同源的输出蛋白ComAB和BlpAB。移码突变使BlpAB在大约60%的菌株中失去功能。

QS蛋白的RRNPP超家族的肽

该组中的肽通过与它们的同源细胞质转录因子直接相互作用而发出信号,它们是RRNPP超家族的成员(图1B)。如前所述,这些肽可以基于多种序列特征进行分类。在肺炎链球菌中,已经鉴定了短疏水肽(SHP)SHP144,SHP939,SHP1518和RtgS,以及磷酸酶调节剂(Phr)肽PhrA和PhrA2。

在整个链球菌中,糖基转移酶(Rgg)蛋白质的调节基因与它们的同源SHP结合后被激活,后者通常在rgg基因附近编码。  SHP仅在出口后才有活性,这是由通常短于35个残基的前体多肽加工而成的。尚未在肺炎链球菌中研究加工蛋白酶,但在其他链球菌物种中,膜结合金属蛋白酶(Eep)有助于加工。 

多种链球菌物种通过ABC转运蛋白PptAB出口SHP,其粪便肠球菌的同源物出口性信息素。在缺乏已知靶序列的情况下,将SHP引导至其转运蛋白的机制仍不清楚。成熟的肽通过寡肽渗透酶系统重新导入细胞,在那里它们与同源的Rgg调节剂相互作用,从而改变细胞的转录状态。

在肺炎链球菌中,RtgS是唯一显示其前体肽由PptAB出口并由Ami寡肽进口商AmiACDEF内化的SHP。鉴于PptAB在物种间的广泛功能,其他肺炎链球菌SHP可能利用相同的机制进行进出口。

含羊毛硫氨酸肽类

这是由革兰氏阳性细菌产生的一族小肽(19-38个氨基酸),具有各种结构和功能。这些是环状肽,其特征是翻译后修饰,导致硫醚氨基酸、羊毛硫氨酸和甲基羊毛硫氨酸的引入(图1C)。当前肽中的丝氨酸或苏氨酸残基脱水并与半胱氨酸硫醇连接时,它们的特征结构由LanM修饰酶形成。该肽通过专用的LanT转运蛋白输出。许多含羊毛硫氨酸的肽形成细菌素的两大类中的一种。

这些肽被称为羊毛硫氨酸抗生素或羊毛硫氨酸的抗生素。用于加工羊毛硫氨酸的肽,修饰酶,免疫蛋白和转运蛋白的基因通常以簇的形式组织。肺炎链球菌中有许多这样的簇。其中,已经研究了与Tpr / Phr和肺炎链球菌素簇相关的瘦肽。

肺炎链球菌细胞间通信系统的功能属性

肺炎链球菌肽介导的细胞-细胞通讯系统提供多种功能,而不是相互排斥。细胞-细胞通信系统可以被概念化为控制种群水平结构和行为的电路。

许多细胞-细胞通讯回路对不同的环境刺激作出反应,如菌群密度、营养状况、pH值、氧气供应和抗生素压力。来自细胞-细胞通讯系统的信号在群体水平的变化中表现为聚合。这些可能会影响生物膜的发育或与细胞表面成分的改变有关,如膜成分和胶囊表达

细胞-细胞通讯系统的行为也可能伴随着DNA摄取、自残或杀菌能力的改变。这些生理变化可能改变细胞获得抗生素抗性基因的倾向,并影响疫苗逃逸株的出现。

此外,细胞间通讯系统还可以调节宿主基质的降解、生物膜的发育和营养吸收能力。因此,这些特性共同影响致病潜能、抗生素耐药性和对疫苗的反应

调节群体反应的能力为肺炎链球菌细胞提供了相对于居住在鼻咽的其他微生物物种的竞争优势。细胞间的通讯系统使微生物能够改变其转录模式,以获得合适的表型,从而优化种群水平的适应性。它能在DNA水平和转录水平上引入多样性,从而能够长期维持鼻咽部的共生生活方式,在无症状时期,肺炎链球菌在高度可变的生物膜中被发现。

此外,一般来说,“转录适应”不仅有助于在动态的鼻咽中存活,而且在感染期间微生物从一个宿主生态位迁移到另一个宿主生态位时也能促进存活。

遗传和表型多样性的产生

检测到CSP双甘氨酸肽家族的典型代表就会被激活。肺炎链球菌泛基因组拥有comC的6个不同等位基因,其中大多数菌株编码2个等位基因变体中的1个。在混合种群中,能力不仅在空间上局限于生物膜内的某个区域;信号可能局限于单个的信息类型(框1)。CSP是由高细胞密度、pH值增加、氧利用率和抗生素压力等因素引起的。

除了在环境中扩散外,CSP还通过其他机制(包括自分泌信号和细胞-细胞接触)向邻近细胞发出信号。激活会导致一个菌株的10%的基因发生转录变化。最典型的反应是激活转化机制,允许通过重组将外源DNA纳入,并且在这样做的过程中,通过等位基因的交换和基因拥有量的变化来促进遗传多样性的产生(图2)。

全基因组内遗传物质的交换测试了新颖的遗传组合,其中单个等位基因或基因片段已经克服了通过选择修剪的问题。

图2  多个双甘氨酸肽的分级活化

微生物竞争

种内和种间竞争是呼吸道肺炎链球菌生活方式的一部分。杀菌活性通过双甘氨酸和羊毛硫氨酸的肽家族中的小分子产生。限制竞争者生长的能力对于细菌定殖很重要。此外,受害者可能成为DNA的来源,增加了进化的可能性。

能力激活导致许多这些效应分子的产生,包括CibAB和BIR基因座。双甘氨酸肽CibAB引发异源分解或反式裂解,并以细胞接触依赖性方式负责非功能细胞的裂解。与乳酸乳球菌IFPL105相似,据信这种杀微生物剂是通过将细菌素插入敏感细胞的膜中而导致其细胞能量消耗而产生的。

此后,细胞壁水解酶(包括自溶素LytA,溶菌酶LytC和莫林蛋白酶水解酶CbpD)的作用引起裂解。跨膜肽CibC保护细胞免受CibAB的同素分解作用。  CibAB从非感受态细胞释放的营养物质和DNA可能会使攻击细胞受益。在定殖的鼠模型中,CibAB诱导的同素分解作用使常驻菌株具有通过入侵菌株抵抗竞争和定殖的能力。

IR编码多种效应基因,赋予其抑菌作用或抑制作用的免疫力。  BIR基因座是同系的,但细菌素(假定的和特征的)和免疫蛋白在不同菌株之间差异很大。blpIJ,blpMN和blpK的产品已证实具有杀菌活性。这些是双甘氨酸肽,由BlpAB输出,并与同源免疫蛋白共转录。所有这些肽都显示出菌株间的活性,并且在体内,BlpMN和BlpIJ细菌素在定植过程中提供了比免疫缺陷型菌株更具竞争优势的菌株

除肺炎链球菌外,细菌素基因座的表达还抑制了一些其他革兰氏阳性细菌,包括化脓性链球菌,链球菌性微生物,口腔链球菌和乳酸乳球菌,但不抑制其他细菌,例如变形链球菌,粪肠球菌或单核细胞增生李斯特菌

BIR基因座的表达是由BIP诱导的,BIP由blpC和BIR的上游编码。与CSP相似,BIP结合膜结合的组氨酸激酶(B1pH),并且在肽及其受体之间具有特异性。这种特异性限制了竞争性表型之间的串扰。与能力途径的激活相似,BIP的表达是由抗生素诱导的,并且会增加pH值。而且,在能力和细菌素系统之间存在串扰,其中BIP的产生是在CSP刺激后诱导的。

另一类细菌素是羊毛硫氨酸的肽,其特征是肺炎链球菌素(pld)。pld基因座在肺炎链球菌分离株中很少见,其特征是有4个串联推定的短肽同源物(PldA1-PldA4)。这4种肽中的3种PldA1-3对细胞的杀菌活性是必需的,而第4种肽PldA4对于该表型是必不可少的

除具有杀菌特性外,肺炎链球菌素(PldA1-3)还可作为自动诱导信号肽,通过位点(pldK)中编码的组氨酸激酶进行信号传导,从而激活pld位点。免疫是由邻近的ABC运输商PldFE授予的。这些肽的信号传导和杀菌作用是相互联系的:当Pld肽的信号传导低时,PldA2不会诱导细菌抑制作用。另外,肺炎链球菌素在小鼠定植过程中为肺炎链球菌菌株提供了竞争优势。

最后,全面的比较基因组筛选揭示了许多其他肽,它们在肺炎链球菌菌株之间分布不同(从稀有到核心),而且是肺炎链球菌特有的或在链球菌种之间共有。许多细胞与推定的转运蛋白,修饰蛋白或免疫蛋白一起组织成操纵子。肺炎链球菌菌株和相关物种内的多样性分布与种内和种间微生物竞争中的作用一致。

细胞间通信系统对环境适应的影响

肺炎链球菌有一个细胞间通信系统网络,可调节其对宿主环境的适应性。肺炎链球菌只能使用糖来产生其代谢能。此外,糖被用于胶囊生产和信号传递。此外,通过磷酸转移酶系统(PTS)转运糖可以触发磷酸化依赖性信号通路。此外,宿主糖的降解不仅是营养的来源,而且还是宿主粘附,定植和致病性的主要因素。

几种细胞间通讯肽的表达对宿主碳水化合物的水平有反应:甘露糖和半乳糖诱导SHP144和SHP939,半乳糖诱导PhrA。另外,这些肽以及PhrA2和VP1在丰富的培养基中被阻遏。Rgg144 / SHP144系统是核心。当自诱导肽SHP144导入细胞并结合Rgg144时,它被激活。Rgg144受主要营养调节剂CodY和谷氨酰胺/谷氨酸代谢的负面控制。

SHP939是一种正向调节Rgg939的自诱导肽。该系统是辅助基因组的一部分。  Rgg939 / SHP939调控的基因多样性随环境条件的变化而变化,当在甘露糖上生长时具有广泛的调节子,而在半乳糖中则具有有限的调节子。

Rgg系统并非孤立运行,而是看起来形成了一个连接的网络。因此,为了最大程度地诱导SHP144和SHP939,需要存在非同源Rgg调节剂。此外,Rgg1518控制其邻近基因座(SPD_1513–1517),这些基因也受Rgg144和Rgg939调控。这种串扰可能会超出物种的范围。  SHP939的序列与化脓性链球菌中发现的SHP3的序列相同,无乳链球菌和米氏链球菌中的SHP序列相差1个残基。SHP序列的相似性可能使肺炎链球菌Rgg系统受到其他常驻细菌的影响。

类似于TprA / PhrA,PhrA2与TprA2相互作用,导致TprA2调节子的阻遏并诱导紧靠下游的羊毛硫氨酸肽(LcpA)的表达。有证据表明TprA2 / PhrA2与TprA / PhrA系统之间存在单向串扰(图3)。

图3 如PhrA和PhrA2所示的肽串扰示例

观点与结论

肺炎链球菌所编码肽的多样性凸显了群落水平表型在引入遗传多样性、微生物竞争和环境适应方面的重要性。一些研究证实了细胞间通讯在肺炎链球菌毒力中的作用。需要更多的研究来绘制这些系统在感染过程中的时空表达

上呼吸道是许多细菌物种的常住栖息地。为了在宿主环境中立足,肺炎链球菌细胞必须在竞争中生存并抵抗住其他寄居物种的挑战。肺炎链球菌产生大量的肽,直接或间接地通过激活下游分子(例如,由CSP激活CibAB或CbpD)介导杀菌活性。虽然其中一些细菌素已被鉴定,但许多假定细菌素有待功能鉴定,尤其是在目标菌株/物种和刺激其合成的环境条件下。

多种肺炎链球菌肽与生物膜形成有关,包括CSP、BriC和VP1。生物膜在运输和疾病中起着关键作用。载体包括一种生物膜生长模式,它本身能够实现局部细胞-细胞通讯(通过肽和AI-2)和吸收生物膜基质中提供的DNA。

此外,生物膜为表型异质性提供了一个平台,这是一个未被充分研究的课题,可能有助于肺炎链球菌适应慢性感染和适应宿主生态位。生物膜促进发病。它们不仅是细菌传播的场所,而且从生物膜中传播的细菌比它们的生物膜或浮游生物具有更强的毒性

综上所述,肺炎链球菌信号肽和生物膜紧密相连:生物膜中的局部环境可能促进细胞-细胞通讯的条件,而肽会影响生物膜的发育和向其他组织和新宿主的扩散。

肽对调控网络的控制使肺炎链球菌不仅在单个细胞水平上,而且在整个群体水平上对其环境作出快速反应。系统间的串扰和由多个肽对一条通路的调节使不同的信号得以整合,可能会增加反应的动态性和复杂性。研究表明,多链肺炎链球菌共定植是一种相对常见的现象,突出了跨菌株肽交换的重要性。PhrA2和PhrA存在串扰(图3)。

来自同一家族或不同家族的肽可以在同一途径中发出信号。例如,通过CSP的信号转导可诱导多个双甘氨酸蛋白,而SHP144诱导VP1(一种双甘氨酸肽)的水平。这种肽激活的层次结构描述了生物途径激活的多个入口点的存在。这表明这些途径的激活是严格控制的,代表了相关但不同的可能性。

一种可能性是,不同的信号组合允许诱导整个通路或通路的一部分,提供与反应相关的类型、幅度和代谢成本的粒度。或者,当遇到合适的条件时,细胞可以激活肽信号,为诱导下游通路做好准备。

抗生素耐药性是一个全球性的公共卫生问题,因此迫切需要开发有效的抗感染药物。非抗生素抗感染药物有望减少抗生素耐药性的出现。开发破坏细胞-细胞通讯的化合物的不同策略包括抑制信号产生、信号降解或阻断信号转导。在化脓链球菌和其他一些链球菌中,化合物的使用会破坏Rgg/SHP信号传导,从而破坏生物膜的形成。在肺炎链球菌中,使用竞争性类似物可以抑制能力发展和水平基因转移。此外,以可溶性LMIP形式靶向PhrA肽的抗感染药物可降低肺炎链球菌介导的小鼠发病率。不同的抗感染药物是如何影响细菌适应度和促进耐药性发展的,还有待检验。肺炎链球菌细胞间通讯系统的多样性为探索不同的可能性提供了许多机会。对肺炎链球菌群体水平表型的研究为开发新的抗感染靶向肽介导系统以及这些系统调控的途径提供了机会。

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