产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）
物种名：产气荚膜梭菌
拉丁学名：Clostridium perfringens
分类学地位：细菌界Bacteria；厚壁菌门Bacillota；
梭菌纲Clostridia；真细菌目Eubacteriales；
梭菌科Clostridiaceae；梭状芽孢杆菌属Clostridium
产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens），又称为魏氏梭菌或产气荚膜杆菌，该菌属于厌氧性细菌，能产生许多致病性毒素，分解肌肉和结缔组织中的糖，产生大量气体，导致组织严重气肿，继而影响血液供应，造成组织大面积坏死，是导致人类气性坏疽和食物中毒的主要病原菌。
1.1生物学特性
1.1.1培养特征
产气荚膜梭菌不严格厌氧，繁殖迅速，在蛋黄琼脂平板上，菌落周围出现由α毒素分解蛋黄中的卵磷脂所致的乳白色浑浊圈（图1A）；若在培养基中预先加入α毒素的抗血清，则无混浊圈形成，此现象称Nagler反应，是本菌的特征之一，如（图1B）所示，在该平板的左侧加入抗毒素，从而抑制卵磷脂酶反应，而在平板右侧无抗毒素的区域则允许发生该反应，蛋黄卵磷脂被分解成不透明、不溶的二甘油酯。该菌在亚硫酸盐-多粘菌素-磺胺嘧啶（SPS）琼脂的选择性生长培养基上进行培养，会形成黑色菌落，该培养基专门用于分离产气荚膜梭状芽孢杆菌（图1C）[1]。
图1 产气荚膜梭菌在各平板上的生长情况
A：蛋黄琼脂平板[2]，B：抗毒素平板[3]，C：SPS选择性培养基[4]
1.1.2形态学特征
本菌是两端稍钝圆的大杆菌，呈粗杆状，边缘笔直，以单个菌体或成双排列，很少呈链状排列，单个菌大小为（4-8） μm×（1.0-1.5） μm，不运动，在动物体内形成荚膜是本菌的重要特点；在老龄培养物中可见到棒状、球状和丝状等多形性，能产生与菌体直径相同的芽孢，呈卵圆形，位于菌体中央或近端（图2）[1]。
图2 产气荚膜梭菌显微照片
A：革兰氏染色照片[5]，B：三维成像[6]
1.1.3生化特征
该菌能发酵葡萄糖、麦芽糖、乳糖和蔗糖，产酸产气，卵磷脂酶阳性；不发酵甘露醇或水杨苷；液化明胶，产生硫化氢；不能消化已经凝固的蛋白质和血清吲哚反应为阴性[1]。
1.1.4分子生物学特征
产气荚膜梭菌的单环染色体由大约360万个碱基对组成，其GC含量介于24%与55%之间[7]。与大多数革兰氏阳性细菌相比，产气荚膜梭菌的GC含量相对较低。染色体包含10个rRNA基因和96个tRNA基因。基因组中含有编码多种转运体的基因，这些转运体可转运氨基酸、阳离子/阴离子、碳水化合物和核苷/核苷酸。与许多支原体细菌和枯草芽孢杆菌一样，产气荚膜梭菌的基因排列方式使其转录过程与复制方向一致[8]。
1.2分布、传播与致病性
1.2.1分布与传播
产气荚膜梭菌作为人类肠道的常驻细菌可以存活在人体以外的大海、河流、土壤等任何场所。因此，产气荚膜梭菌接触食物的机会有很多，很容易引起食物中毒。
1.2.2致病性
产气荚膜梭菌可分泌多种外毒素，但主要毒素有4种（α、β、ε、ι），其中α毒素最为重要，该毒素是所有产气荚膜梭菌菌株所共有的外毒素，是一种卵磷脂酶，能分解卵磷脂，人和动物的细胞膜是磷脂和蛋白质的复合物，可被卵磷脂酶所破坏，故α毒素能损伤多种细胞的细胞膜，进而分解肌肉和结缔组织中的糖，产生大量气体，引起溶血、组织坏死、血管内皮细胞损伤，使血管通透性增高，造成水肿（图3）[9]。β毒素可引起动物坏死性肠炎、肠毒血症。
在产气荚膜梭菌中的各种外毒素中，α毒素是所有产气荚膜梭菌所共有的，其中A型菌的产量最大，是引起气性坏疽的主要毒力因子。A型产气荚膜梭菌的另一毒力因子肠毒素是引发人食物中毒的主要毒素，进食污染的食物后8-12 h，出现急性腹痛、恶心、腹泻等症状[10]。
图3 坏死肌肉组织产气照片[11]
1.3检测方法
（1）传统方法：若为气性坏疽，取坏死组织样本，接种SPS培养基，厌氧条件下培养，观察现象后取培养物涂片镜检，并进行生化反应鉴定（Nagler反应）。若为食物中毒发病后24小时内取剩余食物或粪便进行细菌学检查，若食品中检出10个/g以上或粪便中检出10个/g以上产气荚膜梭菌即可确诊[10]。
（2）厌氧菌鉴定试剂盒：此法用于根据细菌的微化学行为鉴定特定的细菌种类，可对可导致坏疽、牙周炎、阴道炎等的厌氧菌进行鉴定。试验杯底部含有试条，在每个杯中加入培养物，然后培养平板。培养结束后，在每个孔中加入所需的试剂，记录加入试剂后产生的颜色，这将有助于识别产气荚膜梭菌（图4）。
（3）分子生物学方法：马嘉琦等[12]针对水样中产气荚膜梭菌的快速检测建立了TaqMan实时荧光定量PCR方法。研究以各毒素型产气荚膜梭菌均携带且序列相对保守的plc基因为靶标，设计特异性上游引物plc-F、下游引物plc-R和TaqMan探针plc-P，所用引物与探针序列见表1。水样检测时先采用滤膜法富集菌体，再提取核酸进行实时荧光PCR，从而提高低浓度污染样品的检出能力。方法学评价结果显示，该体系对产气荚膜梭菌具有良好特异性；对13种食源性致病菌、3株艰难梭菌和1株腐败梭菌等非目标菌检测时均未出现特异性扩增。灵敏度试验显示，纯DNA模板的最低检出限为1×10 copies/μL；对模拟污染水样的最低检出浓度为1.0×10² CFU/mL。研究进一步对4份模拟污染水样和90份实际水样进行验证，其中2份浓度为1.0×10² CFU/mL的模拟污染水样可被检出，而2份1.0×10 CFU/mL模拟污染水样及90份实际水样均未检出产气荚膜梭菌。结果表明，该方法具有较好的特异性和灵敏度，可用于水样中产气荚膜梭菌的快速筛查与定量检测；对于低于方法检出限的样品，阴性结果仍需结合样品浓缩效率及培养等方法综合判断。
表1产气荚膜梭菌TaqMan实时荧光定量PCR检测的引物与探针序列[12]
| 名称 | 序列（5′→3′） |
| plc-F | ATTCTATCTTGGAGAGGCTATGC |
| plc-R | CTCTGCAAAAGTCTCAAACTTAACA |
| plc-P | VIC-CGCTATCAACGGCAGTAACATTAGCAG-BHQ1 |
图4 厌氧菌鉴定试剂盒检测产气荚膜梭菌[13]
1.4典型案例
产气荚膜梭菌芽孢对不利环境和水处理过程具有较强抵抗力，因此常被用作评价既往粪便污染及处理效果的补充微生物指标。孟晓静[14]综述的研究中，Bisson和Cabelli对美国罗得岛6座污水处理厂的进、出水进行了产气荚膜梭菌与大肠杆菌比较监测。结果显示，处理前污水中产气荚膜梭菌数量约比大肠杆菌低2个数量级；经污水处理后，产气荚膜梭菌仅降低约1个数量级，而大肠杆菌下降幅度更大，使处理后水中产气荚膜梭菌数量反而可比大肠杆菌高约3个数量级。该案例说明产气荚膜梭菌尤其是其芽孢在污水处理过程中的持续存在能力较强，可作为评价污水粪便污染历史及处理去除效果的补充指标。
1.5防治对策
对伤口及时进行清创处理以避免厌氧微环境形成，预防性使用抗生素可预防大多数感染的发生。若为躯体局部感染应尽早切除感染和坏死组织，必要时予以截肢防止病变扩散，同时大剂量使用青霉素等抗生素。有条件可将患者置于高压氧舱并注射气性坏疽多价抗毒素，提高血液和组织中的氧含量，破坏厌氧环境及中和毒素[10]。
参考文献
[1] 王桂琴, 陈云霞. 全国普通高等医学院校五年制临床医学专业十四五规划教材 医学微生物学 第2版. 北京: 中国医药科学技术出版社, 2023.
[2] Public Health Image Library (PHIL). https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=3872.
[3] Public Health Image Library (PHIL). https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=3873.
[4] Public Health Image Library (PHIL). https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=3874.
[5] Public Health Image Library (PHIL). https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=14346.
[6] Public Health Image Library (PHIL). https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=21913.
[7] Shimizu T, Ohtani K, Hirakawa H et al. Complete Genome Sequence of Clostridium perfringens, an Anaerobic Flesh-Eater. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2002, 99: 996-1001.
[8] Shimizu T, Ohtani K, Hirakawa H et al. Complete genome sequence of Clostridium perfringens, an anaerobic flesh-eater. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2002, 99: 996-1001..
[9] Flores-Díaz M, Alape-Girón A. Role of Clostridium perfringens Phospholipase C in the Pathogenesis of Gas Gangrene. Toxicon, 2003, 42: 979-986.
[10] National Center for Biotechnology Information Bookshelf. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK559049.
[11] Public Health Image Library (PHIL). https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=16291.
[12] 马嘉琦, 孙波, 马红梅 等. 产气荚膜梭菌TaqMan实时荧光定量PCR特异性引物设计和方法验证. 中国食品卫生杂志, 2024, 36: 147-155.
[13] Public Health Image Library (PHIL). https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=15519.