迟缓爱德华氏菌(Edwardsiella tarda

物种名:迟缓爱德华氏菌

拉丁学名:Edwardsiella tarda

分类学地位:细菌界Bacteria;假单胞菌门Pseudomonadota;

γ-变形菌纲Gammaproteobacteria;肠杆菌目Enterobacterales; 哈夫尼亚科Hafniaceae;爱德华氏菌属Edwardsiella

迟缓爱德华氏菌(Edwardsiella tarda)最早于1962年从日本养殖鳗鲡(Anguilla japonica[1]中分离得到,迟缓爱德华氏菌是一种革兰氏阴性、可移动的、兼性厌氧的杆状菌,迟缓爱德华氏菌无荚膜,利用周生的鞭毛进行运动,不形成芽孢,可在pH为4.0-10.0的范围内和温度为14-45℃的范围内存活[2]。迟缓爱德华氏菌主要感染鱼类并引起爱德华氏菌病,是重要的水产养殖病原之一;同时该菌还可感染多种脊椎动物,并可作为机会致病菌引起人类胃肠炎、伤口感染及败血症等疾病。

1.1生物学特性

1.1.1培养特征及形态学特征

如图1所示,迟缓爱德华氏菌在固体培养基上表现为灰白色不透明,中央平缓突起,边缘整齐的圆形菌落。迟缓爱德华氏菌在羊血琼脂上的菌落表现出β溶血,平板反向有明显的透明区(图1A)。在麦康基琼脂上的菌落,由于无法发酵乳糖,菌落保持无色(图1B)。

图1 迟缓爱德华氏菌在各种平板上的培养结果

A:羊血琼脂,B:麦康基琼脂[3]

1.1.2形态学特征

革兰氏染色结果表明迟缓爱德华氏菌为革兰氏阴性杆菌(图2A);扫描电镜结果表明菌体长1.5-2.5 um,宽0.5-1 um,表面粗糙呈不规则皱褶样,有鞭毛和菌毛(图2B)。通过透射电子显微镜可检测迟缓爱德华氏菌的鞭毛(图2C)。

a.

c.

图2 迟缓爱德华氏菌显微照片

A:迟缓爱德华氏菌革兰氏染色照片[3],B:迟缓爱德华氏菌在扫描电镜下照片[4]

C:迟缓爱德华氏菌在透射电镜下照片[5]

1.1.3生化特征

迟缓爱德华氏菌能利用鸟氨酸、赖氨酸、果糖、半乳糖等;不能利用精氨酸、阿拉伯糖、纤维素二塘、鼠李糖等;对过氧化氢酶、吲哚反应呈阳性;对氧化酶、脲酶呈阴性,能产生H2S气体和利用葡萄糖产气,对硝酸盐有还原作用[4]

图3 迟缓爱德华氏菌生化实验照片[3]

A:从左到右:阳性脲酶对照(肺炎克雷伯菌)、迟缓爱德华氏菌脲酶阴性、未接种的三糖铁(TSI)斜面、迟缓爱德华氏菌TSI斜面K/A、气体、H2S结果。箭头指出气泡

B:迟缓爱德华氏菌斑点氧化酶试验阴性结果(无变色为紫色)

C:迟缓爱德华氏菌斑点吲哚试验阳性结果(颜色变为绿松石蓝色)

1.1.4分子生物学特征

毒力机制:迟缓爱德华氏菌通过分泌多种毒力因子以帮助其在宿主内成功存活并复制,其致病机制是多个调控系统互相作用以及营养物质变化的结果,目前己鉴定出较多迟缓爱德华氏菌的毒力因子,包括鞭毛蛋白、铁吸收调节因子、T3SS,T6SS,群体感应以及组分系统等[7]。其中,T3SS和T6SS己被证实为迟缓爱德华氏菌最重要的毒力系统,是迟缓爱德华氏菌得以在宿主细胞内生存、复制和发挥毒力所必需的系统[7]

T3SS对迟缓爱德华氏菌的毒力是不可或缺的,T3SS对其在吞噬细胞内的存活和增殖发挥重要作用。T3SS的核心组分是一个针状复合物,迟缓爱德华氏菌通过该复合物向宿主细胞传递自己的T3SS效应蛋白[8]。研究表明,EseJ是一种新型的T3SS效应蛋白,通过减少细菌对上皮细胞的粘附,促进细菌在宿主细胞内的复制,EseJ的缺失会导致迟缓爱德华氏菌对宿主的致死能力明显降低[9]

T6SS被鉴定为迟缓爱德华氏菌的毒力蛋白簇,编码三种分泌蛋白,分别为EvpP,EvpI和EvpC[10]。其中,EvpP以依赖EvpC和EvpI的方式分泌,且其表达受双组分系统中的铁和EsrB影响,EvpP通过控制潜在的毒力因子和入侵细胞的内化过程,在迟缓爱德华氏菌的致病机制中发挥关键作用[11]。EvpP基因敲除菌株对斑马鱼和牙鲜的致死能力显著降低,其溶血活性和抗血清杀伤能力下降,且不能入侵上皮细胞[12, 13]

1.2分布、传播与致病性

1.2.1分布与传播

迟缓爱德华氏菌普遍存在于淡水、海水环境中。地域分布十分广泛,主要分布于澳大利亚、印度、马来群岛、以色列、日本、巴拿马、美国等热带和亚热带地区国家。宿主范围也十分广泛,在鱼、龟、鳄鱼、海鸥、蟾蜍、蛇、蜥蜴和鹈鹕等动物中都有分离到该细菌的报道[14]

1.2.2致病性

(1)粘附和侵袭

鞭毛作为一种粘附素,协助细菌黏附到细胞表面,并通过诱发微丝重排而侵入到细胞内部。致病相关因子:血溶素、溶血素、铁载体、粘附素和侵袭素等,细胞外产物和菌体成分均含有毒素[15]。通过口腔灌注、肌肉注射和腹腔注射等方法均可使机体感染迟缓爱德华氏菌,说明其可以通过食物和体表的伤口多种途径感染。迟缓爱德华氏菌作用的靶器官主要是肝脏和肾脏。

(2)抗宿主免疫机制

巨噬细胞介导的杀伤是细菌细胞进入宿主体内所遇到的第一道防线。病原菌进入宿主后首先必须克服宿主的防御机制,才能在宿主体内存活和繁殖,同时具备在宿主非吞噬细胞和吞噬细胞中存活和复制的能力,才能对宿主进行系统的感染。

(3)分泌毒素

Arai[16]研究发现,迟缓爱德华氏菌可产生两种外毒素,这两种毒素在兔皮内试验中可分别引起红斑、水肿及坏死性红斑等病变[1]。此外,体外细胞实验表明,迟缓爱德华氏菌可诱导HEp-2细胞发生明显病理改变,提示其外毒素或相关致病因子具有较强细胞毒作用。

1.2.3迟缓爱德华氏菌的感染与复制过程

迟缓爱德华氏菌在宿主中的感染过程主要分为六个阶段,第1-4阶段迟缓爱德华氏菌通常先侵袭宿主的肠道和表皮,在此过程中容易引起宿主产生肠炎;在此阶段,迟缓爱德华氏菌首先通过其鞭毛附着到宿主的上皮细胞,并通过其自身的粘附素比如非菌毛凝血素、菌毛亚基fimA和自主转运粘附素协助菌体与宿主的上皮细胞发生结合[2]。与宿主细胞结合后,迟缓爱德华氏菌以细胞外蛋白的形式分泌入侵蛋白,如溶血素EthA和NanA唾液酸酶等,进而入侵或者内化至宿主上皮细胞[17]。当迟缓爱德华氏菌进入到上皮细胞后,III型分泌系统(T3SS)和VI型分泌系统(T6SS)帮助其在上皮细胞中存活和复制[2]。第5阶段迟缓爱德华氏菌侵袭进宿主内部组织后被吞噬细胞吞噬;在此阶段,迟缓爱德华氏菌会受到宿主吞噬细胞的吞噬,因此,当其进入吞噬细胞后会激活自身部分基因的表达以此抵御来自宿主的攻击。例如,通过上调酸中和基因gatB的表达,帮助迟缓爱德华氏菌耐受胃肠道与细胞各种吞噬体中的酸性条件;通过上调编码超氧化物歧化酶的Soda基因使其能够清除具有破坏性的活性氧和上调编码过氧化氢酶的KatB基因使其分解过氧化氢[18]。随着迟缓爱德华氏菌的大量增殖,当其增殖到一定程度并超过宿主细胞免疫系统无法清除的阈值时,会导致宿主细胞死亡并释放内容物,而迟缓爱德华氏菌则进一步侵袭至血液和淋巴组织,此阶段为第6阶段[2]

1.2.4迟缓爱德华氏菌的免疫逃逸机制

研究表明,迟缓爱德华氏菌能利用自身的毒力机制逃避宿主的免疫防御[3]。迟缓爱德华氏菌作为胞内致病菌,可通过调节宿主细胞凋亡,促进自身在胞内的生存[3]。在小鼠巨噬细胞中,迟缓爱德华氏菌通过靶向抗凋亡基因,使小鼠巨噬细胞产生抗凋亡作用以促进自身在宿主细胞内的存活[19]。在淋巴细胞中,迟缓爱德华氏菌通过诱导淋巴细胞凋亡,从而抑制败血症初期的全身免疫应答[20]。除了调控宿主细胞凋亡外,迟缓爱德华氏菌在小鼠巨噬细胞中通过诱导依赖Caspase 1的细胞焦亡,从细胞中逃逸,进而在体内和体外增强毒力[6]

迟缓爱德华氏菌除了能够在宿主细胞内存活外,还能在宿主血清中存活[13]。补体系统是血清中的一个免疫检测系统,参与宿主先天性和适应性免疫应答,补体系统一旦激活,便会启动一系列级联酶解反应,通过产生生物活性物质将病原微生物裂解[21]。有研究表明,迟缓爱德华氏菌锌金属蛋白酶Sipl可以通过阻止补体激活,进而使菌体规避宿主血清的攻击[22]

1.3检测方法

(1)传统方法:分离培养、形态特征检查、生理生化特性检查。将迟缓爱德华氏菌接种于TSA斜面,培养8-12 h后,用缓冲液将菌体从培养基上洗脱。然后,取菌液滴在经Formvar膜包被的铜网上,静置1 min左右后吸除菌液,再用2%磷钨酸水溶液负染5 min左右。待自然干燥后,在透射电子显微镜下检查。此外,迟缓爱德华氏菌的鞭毛数量也可以通过光学显微镜放大1000倍观察并统计等[23]

(2)分子检测方法:如荧光定量聚合酶链式反应(FQ-PCR)法,根据迟缓爱德华氏菌16S rRNA保守区域基因序列,设计引物和TaqMan荧光探针,建立FQ-PCR诊断方法。已有研究建立了针对迟缓爱德华氏菌的特异性引物和探针,其序列分别为ET3518F(5’-CAGTGATAAAAAGGGGTGGA-3’)、ET3632R(5’-CTACACAGCAACGACAACG-3’)和ET3559P(5’-AGACAACAGAGGACGGATGTGGC-3’)[24]。这种方法灵敏、特异、准确、重复性良好,且能实现迟缓爱德华氏菌的定量检测,对迟缓爱德华氏菌的临床检测和疫情监测具有重要意义。

此外,还有一些其他检测方法,如间接荧光抗体技术、胶体金快速检测试纸法、多重PCR检测法、嵌套PCR检测法等。这些方法各有特点,可以根据具体需求和条件选择合适的方法进行检测[25]

1.4典型案例

迟缓爱德华氏菌与水环境关系密切,是重要的水生动物病原之一。巴西圣保罗州曾报道一起发生于天然池塘的迟缓爱德华氏菌暴发事件,受影响对象不仅包括罗非鱼,还包括野鸭和白鹭等水禽。病原学检测从多种动物多个器官中分离出迟缓爱德华氏菌,并经MALDI-TOF和分子方法确认,提示该菌可在受污染水环境中跨物种传播,造成池塘生态系统内多种动物死亡[26]

此外,养殖系统中的迟缓爱德华氏菌感染也与水环境条件密切相关。研究显示,在尼罗罗非鱼和条纹鲶养殖场中,迟缓爱德华氏菌可从病鱼及养殖水样中同时检出,患鱼常出现体表病变、败血症及死亡,且发病与高水温、有机负荷增加及水质恶化有关[27]。这些案例表明,迟缓爱德华氏菌不仅是水产养殖中的重要病原,也可借助受污染水体在养殖环境中持续传播,进而造成显著的生态和经济损失。

1.5防治对策

(1)化学治疗法:庆大霉素、氨芒青霉素、新霉素、土霉素、氯霉素、四环素、链霉素及磺胺类药物;

(2)生物防治:Patil等[28]从海洋底质分离到了有抗迟钝爱德华氏菌作用的链霉菌。

参考文献

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