8.炭疽杆菌（Bacillus anthracis）
物种名：炭疽杆菌
拉丁学名：Bacillus anthracis
分类学地位：细菌界Bacteria；厚壁菌门Firmicutes；芽孢杆菌纲Bacilli；芽孢杆菌目Caryophanales；芽孢杆菌科Bacillaceae；芽孢杆菌属Bacillus。
炭疽杆菌（Bacillus anthracis）是一种革兰氏阳性、无鞭毛、不产生芽孢的杆状细菌，是炭疽病的病原体，该病是一种急性、致命的感染症，能够引发人畜共患急性传染病炭疽[1]。炭疽杆菌能够在土壤中以芽孢形式存活数十年，环境条件适宜时，芽孢能够萌发，导致动物和人的感染。
8.1 生物学特性
8.1.1 培养特征
炭疽杆菌需氧或兼性厌氧，在普通培养基中易繁殖，最适温度为37℃，最适pH值为7.2~7.4在琼脂平板培养24h，生成直径2~4mm的粗糙菌落。菌落边缘不整齐，呈卷发状，在普通肉汤中培养18~24h，管底有絮状沉淀生长。在富含蛋白质的培养基上，如血琼脂培养基上，可以形成大的、不规则边缘、灰白色的菌落，有时菌落中心稍微凹陷，呈“地雷”样外观。在抗生素选择性培养基上，可以选取抗炭疽杆菌特异性药物，进行筛选培养。
图1 炭疽杆菌在血平板上的菌落特征
8.1.2 形态学特征
炭疽杆菌在显微镜下观察，呈长杆状，长5~10μm，宽1~3μm，菌体粗大，两端平截或凹陷，排列似竹节状，无鞭毛，无动力。在动物体内包括血液、组织等病料中，细菌以 单个或短链形式存在，相连的菌体两端呈竹节状，此时菌体处于繁殖体状态;该菌经过体外培养后，与体内芽孢杆菌的形态明显不同，培养基中的菌体是由几十个甚至上百个细胞构成的长链状[2]。炭疽芽孢杆菌在动物体内并不能产生芽孢，只有脱离畜体与外界空气接触，在氧气充足、温度与湿度适宜的环境中才能形成椭圆形芽孢，芽孢位于菌体中间，且小于菌体[2]。
图2 炭疽杆菌的形态特征
- 炭疽杆菌在低倍显微镜下的形态
- 炭疽杆菌在高倍显微镜下的形态
8.1.3 生化特征
炭疽杆菌可以分解葡萄糖、果糖，但不产生气体。对于多种碳水化合物的代谢途径具有限制性，通常不能利用乳糖、蔗糖。它能够在无氧条件下生长，但在有氧条件下生长更为旺盛。炭疽杆菌不产生溶血素，对于青霉素和多种抗生素敏感，但由于其能形成耐药的芽孢，所以治疗上可能会出现困难。
8.1.4 分子生物学特征
炭疽杆菌的毒力主要与荚膜和毒素有关，在入侵机体生长繁殖后，形成荚膜，从而增强细菌抗吞噬能力，使之易于扩散，引起感染乃至败血症。炭疽杆菌产生的毒素有水肿毒素、致死毒素两种，其毒性作用主要是直接损伤微血管的内皮细胞，增强微血管的通透性，改变血流循环动力学，损害肾脏功能，干扰糖代谢，血液呈高凝状态，易形成感染性休克和弥散性血管内凝血，最后导致机体死亡。 [3]
荚膜多肽抗原由D-谷氨酸多肽组成，抗原性单一，具有抗吞噬作用，与细菌毒力有关。菌体多糖抗原由等分子量的乙酰基葡萄糖胺和D-半乳糖组成，能耐热，与毒力无关。炭疽毒素为水肿因子、保护性抗原（因子）及致死因子3种蛋白质组成的复合物，注射给试验动物可出现炭疽病的典型中毒症状。3种成分均具有抗原性，不耐热，是炭疽杆菌致病的物质基础之一 [4]。
8.2 分布、传播与致病性
8.2.1分布与传播
炭疽杆菌在全球广泛分布，尤其是在农业经济较为落后的国家和地区，动物炭疽较为常见。由于耐久性芽孢的存在，炭疽可以在土壤中等环境中分布，特别是在曾经发生过炭疽疫情的地方。
炭疽杆菌主要通过其耐久性芽孢的形式传播。芽孢可以在土壤中存活多年，当动物如牛、羊、马等吃到含有芽孢的食物时，芽孢在宿主体内萌发，导致病发。人类感染多是由接触感染动物或其产品（如羊毛、皮毛、肉类）而感染，也可通过呼吸道吸入芽孢而感染。此外，炭疽杆菌也是一个潜在的生物恐怖主义武器。
8.2.2 致病性
炭疽杆菌的致病性主要来自其毒力因子和能够形成的胶囊。毒力因子有三个主要组分：保护性抗原（PA）、致死因子（LF）和水肿因子（EF）[5]。这三种毒素组合形成炭疽毒素，能够抑制宿主的免疫反应并造成组织损伤。胶囊由聚-D-谷氨酸组成，使炭疽杆菌能够逃避宿主的免疫系统吞噬。
人感染炭疽病的主要表现形式：
（1）皮肤炭疽：最常见的形式，通过接触炭疽芽孢污染的动物或动物产品引起，皮肤上出现小疹子，随后发展为溃疡，通常不致命，但需要及时治疗。
（2）肺部炭疽：致命性最高的形式，通过吸入炭疽芽孢造成。初始症状类似感冒，但很快会发展为严重的呼吸困难和败血症。
（3）消化道炭疽：通过食用受炭疽污染的肉类引起，症状包括严重的胃肠炎、恶心、呕吐和发热。
（4）注射性炭疽：虽然罕见，但在注射毒品用户中有报道，由于使用了受炭疽芽孢污染的药物。
图3 炭疽病症状
a-腿部炭疽 b-脸部炭疽 c-植物炭疽
8.3 检测方法
炭疽病的检测方法主要分为直接和间接两类：
（1）直接检测方法：这些方法侧重于直接识别炭疽杆菌或其组分。
显微镜检查：使用Giemsa或Gram染色后，在显微镜下观察样本，炭疽杆菌呈现出典型的大杆状、革兰氏阳性细菌。
培养：将临床样本（如血液、皮肤病变分泌物、呼吸道分泌物等）接种到培养基上，如血琼脂，观察典型的炭疽菌落生长。
生物化学测试：对培养出的细菌进行一系列生物化学测试，以确认其身份。
PCR（聚合酶链反应）：使用特定的引物针对炭疽杆菌的DNA进行扩增，这是一种非常敏感和特异的检测方法。
电子显微镜：对样品进行电子显微镜检查，可以直接观察到炭疽杆菌的芽孢和细胞形态。
（2）间接检测方法：这些方法侧重于检测宿主对炭疽杆菌的免疫反应。
血清学测试：例如ELISA（酶联免疫吸附试验），用于检测血液中特定的抗体或抗原。
免疫层析技术：通过快速检测卡识别特定的炭疽杆菌抗原，这种方法适合现场快速诊断。
分子生物学检测：利用炭疽杆菌的遗传标记进行诊断。
多态性DNA序列分析：对炭疽杆菌的遗传多样性进行分析，可以帮助追踪感染源和传播途径。
全基因组测序：尽管不是常规诊断工具，但在特定情况下，如生物恐怖主义事件中，全基因组测序可以提供最详细的病原体信息。
现场检测：特别设计的设备和试剂盒可以在现场快速检测炭疽杆菌，这对于快速应对疫情和生物恐怖袭击至关重要。
以上检测方法中，PCR和ELISA等属于快速、敏感和特异性强的方法，适合用于急性疫情的早期诊断。而传统的培养和显微镜检查虽然准确，但耗时较长，不适用于快速诊断。在处理疑似炭疽样本时，实验室安全非常重要，以避免实验室人员的感染。
8.4 典型案例
1979年，在苏联的斯维尔德洛夫斯克市（现称叶卡捷琳堡），一座军事基地的炭疽杆菌泄露事件导致了至少68人死亡。这次事故是由于细菌孢子被碾磨成细微粉末后飘散到空气中，导致人们吸入后感染炭疽热。
在2001年，美国加利福尼亚州发生了一起炭疽杆菌污染水源的事件。当时，一位牧场主在处理感染了炭疽杆菌的病死动物时，没有采取适当的防护措施，导致炭疽杆菌污染了牧场的土壤和水源。随后，这些被污染的水源被用来灌溉农田和供应给当地居民，结果导致多人感染炭疽杆菌，其中一些人甚至因此死亡。
8.5 防治对策
（1）加强水源保护：确保饮用水源的安全是首要任务。我们需要定期监测水源地，确保水质符合安全标准。同时，对于可能被污染的水源，应采取紧急措施，如暂停供水、进行消毒等。
（2）改善水处理工艺：现有的水处理工艺应进一步完善，以确保能够有效去除或杀死炭疽杆菌及其孢子。此外，还可以考虑采用新技术，如高级氧化、膜分离等，提高水处理的效率和安全性。
（3）加强监管和执法：对于可能产生炭疽杆菌污染的场所，如养殖场、实验室等，应加强监管，确保相关单位和个人遵守法律法规，防止炭疽杆菌的泄露和传播。对于违法行为，应依法严惩，以儆效尤。
（4）提高公众意识：通过宣传教育，提高公众对炭疽杆菌及其传播途径的认识，增强自我防护意识。例如，避免直接接触可能携带炭疽杆菌的动物或动物制品，不随意饮用未经处理的水等。
（5）建立应急响应机制：一旦发现炭疽杆菌污染事件，应迅速启动应急响应机制，包括启动应急预案、组织专业人员进行处理、及时向公众发布预警信息等，以确保能够及时、有效地应对炭疽杆菌污染事件。
（6）抗生素治疗
预防性使用：在炭疽病暴发后，可能暴露于炭疽杆菌的人群可以使用抗生素进行预防性治疗。
治疗性使用：炭疽感染者应立即使用抗生素，如青霉素、多西环素或头孢菌素类药物进行治疗。
参考文献
- 雷蕾，依颖新，齐景文．动物炭疽实验室诊断技术的研究进展 ［J］．黑龙江畜牧兽医，2016( 02上) :75－76．
- BARKOVA I A，NOVOZHENINA A V，BARKOV A M，et al． Characteristics of isogenic variants of Bacillus anthracis with various content of virulence plasmids[J]. Zh Mikrobiol Epidemiol Immunobiol, 2015(1) : 17-22．
- 王秉翔，SmithKL，Keys C等. 中国的炭疽杆菌DNA分型及其地理分布[J]. 微生物学免疫学进展, 2002, (01): 14-17. DOI:10.13309/j.cnki.pmi.2002.01.004.
- 丁玉仙. 炭疽芽孢杆菌的研究进展[J]. 吉林医学, 2010, 31(08): 1086-1087.
- 张玲艳,，丽丽，贾伟娟等. 炭疽芽孢杆菌的研究进展[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2020, (15): 43-47. DOI:10.13881/j.cnki.hljxmsy.2019.12.0290.