Клостридия
| Клостридия | |
|---|---|
 | |
| Микрофотография бактерий Clostridium botulinum , окрашенных кристаллическим фиолетовым. | |
Научная классификация  | |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Бациллота |
| Сорт: | Клостридии |
| Заказ: | Эубактерии |
| Семья: | Клостридиевые |
| Род: | Клостридия Празмовский 1880 г. |
| Разновидность | |
164 вида | |
Клостридии — род анаэробных грамположительных бактерий . Виды Clostridium обитают в почве и кишечном тракте животных, включая человека. [1] Этот род включает несколько важных патогенов человека , в том числе возбудителей ботулизма и столбняка . Ранее сюда также входил важный возбудитель диареи Clostridioides difficile , который в 2016 году был реклассифицирован в род Clostridioides . [2]
История
[ редактировать ]В конце 1700-х годов в Германии произошло несколько вспышек заболеваний, связанных с употреблением в пищу определенных колбас. В 1817 году немецкий невролог Юстинус Кернер обнаружил палочковидные клетки в ходе исследования так называемого колбасного отравления. В 1897 году бельгийский профессор биологии Эмиль ван Эрменгем опубликовал свои открытия об организме, образующем эндоспоры, который он выделил из испорченной ветчины. Биологи классифицировали открытие ван Эрменгема вместе с другими известными грамположительными спорообразователями рода Bacillus . Однако эта классификация представляла проблемы, поскольку изолят рос только в анаэробных условиях, а Bacillus хорошо рос в кислороде. [1]
Примерно в 1880 году в ходе изучения ферментации и синтеза масляной кислоты биномиальное название учёный по фамилии Празмовский впервые присвоил Clostridium Butyricum . [3] Механизмы анаэробного дыхания в то время еще не были хорошо выяснены, поэтому систематика анаэробов еще развивалась. [3]
В 1924 году Ида А. Бенгтсон выделила микроорганизмы ван Эрменгема из группы Bacillus и отнесла их к роду Clostridium . Согласно классификационной схеме Бенгтсона, клостридии содержали все анаэробные палочковидные бактерии, образующие эндоспоры, за исключением рода Desulfotomaculum . [1]
Таксономия
[ редактировать ]насчитывается 164 достоверно опубликованных вида По состоянию на октябрь 2022 года у Clostridium . [4]
Род, как его традиционно определяют, включает множество организмов, не тесно связанных с его типовым видом . Первоначально эта проблема была подробно проиллюстрирована филогенией рРНК из Collins 1994, в которой традиционный род (теперь соответствующий большой части Clostridia ) был разделен на двадцать кластеров, причем кластер I содержал типовой вид и его близких родственников. [5] привело к выделению многих новых родов с конечной целью ограничить Clostridium кластером I. С течением времени это [6]
Кластер «Клостридиум» XIVa (ныне Lachnospiraceae ) [7] «Clostridium» и кластер IV (ныне Ruminococcaceae ). [7] эффективно ферментировать растительный полисахарид, входящий в состав пищевых волокон, [8] что делает их важными и многочисленными таксонами в рубце и толстой кишке человека. [9] Как упоминалось ранее, эти кластеры не являются частью нынешнего Clostridium . [5] [10] и следует избегать использования этих терминов из-за двусмысленного или непоследовательного использования. [7]
Биохимия
[ редактировать ]Виды Clostridium являются облигатными анаэробами и способны образовывать эндоспоры . Они обычно окрашивают грамположительные клетки , но, как и Bacillus , их часто называют грамвариабельными, поскольку с возрастом культуры в них наблюдается увеличение количества грамотрицательных клеток. [11] Нормальные, воспроизводящиеся клетки Clostridium , называемые вегетативной формой, имеют палочковидную форму , что и дало им название, от греческого κλωστήρ или веретена. Эндоспоры клостридий имеют отчетливую форму кегли или бутылки, что отличает их от эндоспор других бактерий, которые обычно имеют яйцевидную форму. [ нужна ссылка ] Окраску Шеффера -Фултона (0,5% малахитового зеленого в воде) можно использовать для отличия эндоспор Bacillus и Clostridium от других микроорганизмов. [12]
Клостридии можно отличить от рода Bacillus , также образующего эндоспоры , по облигатному анаэробному росту, форме эндоспор и отсутствию каталазы . Виды Desulfotomaculum образуют сходные эндоспоры, и их можно отличить по потребности в сере. [1] Гликолиз и ферментация пировиноградной кислоты клостридиями дают конечные продукты - масляную кислоту , бутанол , ацетон , изопропанол и углекислый газ . [11]
Существует коммерчески доступный набор для полимеразной цепной реакции (ПЦР) (Bactotype) для обнаружения C. perfringens и других патогенных бактерий. [13]
Биология и патогенез
[ редактировать ]Виды Clostridium легко обнаруживаются в почве и кишечном тракте. Виды Clostridium также являются нормальными обитателями нижних репродуктивных путей здоровых женщин. [14]
Основными видами, вызывающими заболевания у человека, являются: [15]
- Clostridium botulinum может продуцировать ботулотоксин в пище или ранах и вызывать ботулизм . Этот же токсин известен как ботокс и используется в косметической хирургии для паралича мышц лица и уменьшения признаков старения; он также имеет множество других терапевтических применений.
- Clostridium perfringens вызывает широкий спектр симптомов: от пищевого отравления до целлюлита , фасциита , некротического энтерита и газовой гангрены . [16] [17]
- Clostridium tetani вызывает столбняк .
Еще несколько патогенных видов, ранее описанных у Clostridium , оказались принадлежащими к другим родам. [6]
- Clostridium difficile , теперь помещенный в Clostridioides .
- Clostridium histolyticum , теперь помещенный в Хатевайю .
- Clostridium sordellii , помещенный теперь в Paraclostridium , в исключительно редких случаях может вызвать смертельную инфекцию после медикаментозного аборта. [18]
Уход
[ редактировать ]В общем, лечение клостридиальной инфекции заключается в высоких дозах пенициллина G , к которому организм остается чувствительным. [19] Clostridium welchii и Clostridium tetani реагируют на сульфаниламиды . [20] Клостридии также чувствительны к тетрациклинам , карбапенемам ( имипенему ), метронидазолу , ванкомицину и хлорамфениколу . [21]
Вегетативные клетки клостридий термолабильны и погибают при кратковременном нагревании при температуре выше 72–75 °C (162–167 °F). Термическое разрушение спор Clostridium требует более высоких температур (выше 121,1 °C (250,0 °F), например, в автоклаве ) и более длительного времени приготовления (20 минут, в литературе зарегистрировано несколько исключительных случаев, длившихся более 50 минут). Клостридии и бациллы достаточно устойчивы к радиации, требуя дозы около 30 кГр, что является серьезным препятствием для разработки облученных пищевых продуктов длительного хранения для общего использования на розничном рынке. [22] Добавление солей лизоцима , нитрата , нитрита и пропионовой кислоты ингибирует клостридии в различных продуктах питания. [23] [24] [25]
Фруктоолигосахариды ( фруктаны ), такие как инулин , встречающиеся в относительно больших количествах в ряде пищевых продуктов, таких как цикорий , чеснок , лук , лук-порей , артишок и спаржа , оказывают пребиотическое или бифидогенное действие, избирательно способствуя росту и метаболизму полезных бактерий в организме. , толстой кишки такие как бифидобактерии и лактобактерии , и одновременно подавляют вредные микроорганизмы, такие как клостридии, фузобактерии и бактероиды . [26]
Использовать
[ редактировать ]- Clostridium thermocellum может использовать лигноцеллюлозные отходы и генерировать этанол, что делает ее возможным кандидатом для использования в производстве этанольного топлива . Он также не требует кислорода и является термофильным , что снижает затраты на охлаждение. [ нужна ссылка ]
- Clostridium acetobutylicum был впервые использован Хаимом Вейцманом для получения ацетона и биобутанола из крахмала в 1916 году для производства кордита (бездымного пороха). [ нужна ссылка ]
- Clostridium botulinum производит потенциально смертельный нейротоксин , используемый в разбавленной форме в препарате Ботокс , который осторожно вводится в нервы на лице, что предотвращает движение выразительных мышц лба, чтобы задержать эффект старения, вызывающий появление морщин. Он также используется для лечения спастической кривошеи и обеспечивает облегчение на срок от 12 до 16 недель. [27]
- Штамм Clostridium Butyricum MIYAIRI 588 продается в Японии, Корее и Китае для профилактики Clostridium difficile из-за его способности препятствовать росту последней. [ нужна ссылка ]
- Clostridium histolyticum используется в качестве источника фермента коллагеназы , который разлагает ткани животных. Виды Clostridium выделяют коллагеназу, которая разъедает ткани и, таким образом, способствует распространению патогена по организму. По той же причине медицина использует коллагеназу при обработке инфицированных ран. [1] Гиалуронидаза , дезоксирибонуклеаза , лецитиназа , лейкоцидин , протеаза , липаза и гемолизин также продуцируются некоторыми клостридиями, вызывающими газовую гангрену. [11] [28]
- Clostridium ljungdahlii , недавно обнаруженная в коммерческих куриных отходах, может производить этанол из одноуглеродных источников, включая синтез-газ , смесь окиси углерода и водорода , которая может быть получена в результате частичного сгорания ископаемого топлива или биомассы . [29]
- Clostridium Butyricum превращает глицерин в 1,3-пропандиол . [30]
- Гены Clostridium thermocellum были вставлены в трансгенных мышей, чтобы обеспечить выработку эндоглюканазы . Целью эксперимента было узнать больше о том, как с однокамерным желудком . можно улучшить пищеварительную способность животных [ нужна ссылка ]
- Непатогенные штаммы Clostridium могут помочь в лечении таких заболеваний, как рак . Исследования показывают, что клостридии могут избирательно воздействовать на раковые клетки. Некоторые штаммы могут проникать в солидные опухоли и реплицироваться в них . Таким образом, клостридии можно использовать для доставки терапевтических белков к опухолям. Такое использование клостридий было продемонстрировано на различных доклинических моделях. [31]
- смеси видов Clostridium , таких как Clostridium beijerinckii , Clostridium Butyricum Было показано, что , и видов других родов производят биоводород из отходов дрожжей . [32]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и Мачулак А. (2011), «Клостридиум», Энциклопедия микробиологии , факты в архиве, стр. 168–173, ISBN 978-0-8160-7364-1
- ^ Дитерле, Майкл Г.; Рао, Кришна; Янг, Винсент Б. (2019). «Новые методы лечения и профилактические стратегии первичных и рецидивирующих инфекций Clostridium difficile» . Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1435 (1): 110–138. Бибкод : 2019NYASA1435..110D . дои : 10.1111/nyas.13958 . ISSN 1749-6632 . ПМК 6312459 . ПМИД 30238983 .
- ^ Перейти обратно: а б Ньюман, сэр Джордж (1904). Бактериология и общественное здравоохранение . Филадельфия, Пенсильвания: Сын П. Блэкистона и компания, стр. 107–108. ISBN 9781345750270 .
- ^ Страница Род: Clostridium на «ЛПСН - Список названий прокариот, стоящих в номенклатуре» . Немецкая коллекция микроорганизмов и клеточных культур . Проверено 3 октября 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Коллинз, доктор медицины; Лоусон, Пенсильвания; Виллемс, А; Кордова, Джей-Джей; Фернандес-Гарайсабаль, Дж; Гарсия, П; Кай, Дж; Хиппе, Х; Фэрроу, Дж. А. (октябрь 1994 г.). «Филогения рода Clostridium: предложение пяти новых родов и одиннадцати новых комбинаций видов» . Международный журнал систематической бактериологии . 44 (4): 812–26. дои : 10.1099/00207713-44-4-812 . ПМИД 7981107 .
- ^ Перейти обратно: а б Лоусон, Пенсильвания; Рейни, ФА (февраль 2016 г.). «Предложение ограничить род Clostridium Prazmowski Clostridium Butyricum и родственными видами» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 66 (2): 1009–1016. дои : 10.1099/ijsem.0.000824 . ПМИД 26643615 .
- ^ Перейти обратно: а б с О, Хёнсок (18 сентября 2018 г.). «Таксономия кластеров клостридий XIVa и IV» . Электронная медицина . ЭзБиоКлауд . Проверено 4 июня 2021 г.
- ^ Бутар М., Серизи Т., Ног П.Ю., Альберти А., Вайссенбах Дж., Саланубат М., Толонен А.С. (ноябрь 2014 г.). «Функциональное разнообразие углеводоактивных ферментов, позволяющее бактериям ферментировать растительную биомассу» . ПЛОС Генетика . 10 (11): e1004773. дои : 10.1371/journal.pgen.1004773 . ПМЦ 4230839 . ПМИД 25393313 .
- ^ Лопетузо Л.Р., Скальдаферри Ф., Петито В., Гасбаррини А. (август 2013 г.). «Комменсальные клостридии: ведущие игроки в поддержании гомеостаза кишечника» . Кишечные патогены . 5 (1): 23. дои : 10.1186/1757-4749-5-23 . ПМЦ 3751348 . ПМИД 23941657 .
- ^ Лопетузо Л.Р., Скальдаферри Ф., ПетитоВ, Гасбаррини А. (2013). «Комменсальные клостридии: ведущие игроки в поддержании гомеостаза кишечника» . Кишечные патогены . 5 (1): 23. дои : 10.1186/1757-4749-5-23 . ПМЦ 3751348 . ПМИД 23941657 .
- ^ Перейти обратно: а б с Тортора Г.Дж., Функе Б.Р., Дело CL (2010), Микробиология: Введение (10-е изд.), Бенджамин Каммингс, стр. 87, 134, 433, ISBN 978-0-321-55007-1
- ^ Мачулак А. (2011), «пятно», Энциклопедия микробиологии , факты в досье, стр. 726–729, ISBN 978-0-8160-7364-1
- ^ Виллемс Х., Ягер С., Райнер Г. (2007), «Полимеразная цепная реакция», Энциклопедия промышленной химии Ульмана (7-е изд.), Wiley, стр. 1–27, doi : 10.1002/14356007.c21_c01.pub2 , ISBN 978-3527306732 , S2CID 86159965
- ^ Хоффман Б. (2012). Гинекология Уильямса (2-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill Medical. п. 65. ИСБН 978-0071716727 .
- ^ Уэллс К.Л., Уилкинс Т.Д., Барон С. (1996). «Клостридии: спорообразующие анаэробные бациллы» . В бароне С. и др. (ред.). Медицинская микробиология барона (4-е изд.). унив. Техасского медицинского отделения. ISBN 978-0-9631172-1-2 . ПМИД 21413315 .
- ^ Киу Р., Холл LJ (август 2018 г.). «Новая информация о кишечном патогене человека и животных Clostridium perfringens» . Новые микробы и инфекции . 7 (1): 141. дои : 10.1038/s41426-018-0144-8 . ПМК 6079034 . ПМИД 30082713 .
- ^ Киу Р., Браун Дж., Бедвелл Х., Леклер С., Кэйм С., Пикард Д. и др. (октябрь 2019 г.). «Штаммы Clostridium perfringens и исследовательское исследование микробиома слепой кишки выявляют ключевые факторы, связанные с некротическим энтеритом птиц» . Микробиом животных . 1 (1): 12. дои : 10.1186/s42523-019-0015-1 . ПМК 7000242 . ПМИД 32021965 .
- ^ Мейтес Э., Зейн С., Гулд К. (сентябрь 2010 г.). «Смертельные инфекции Clostridium sordellii после медикаментозного аборта» . Медицинский журнал Новой Англии . 363 (14): 1382–3. дои : 10.1056/NEJMc1001014 . ПМИД 20879895 .
- ^ Лейкин Ю.Б., Палоучек Ф.П., ред. (2008), « Clostridium perfringens Отравление », Справочник по отравлениям и токсикологии (4-е изд.), Informa, стр. 892–893, ISBN 978-1-4200-4479-9
- ^ Актер П., Чоу А.В., Дутко Ф.Дж., МакКинли М.А. (2007), «Химиотерапия», Энциклопедия промышленной химии Ульмана (7-е изд.), Wiley, стр. 1–61, doi : 10.1002/14356007.a06_173 , ISBN 978-3527306732
- ^ Харви Р.А., изд. (2012), Иллюстрированные обзоры Липпинкотта: фармакология (5-е изд.), Липпинкотт, стр. 389–404, ISBN 978-1-4511-1314-3
- ^ Джелен П. (2007), «Продукты питания, 2. Пищевые технологии», Энциклопедия промышленной химии Ульмана (7-е изд.), Wiley, стр. 1–38, doi : 10.1002/14356007.a11_523 , ISBN 978-3527306732
- ^ Буркхальтер Г., Штеффен С., Пухан З. (2007), «Сыр, плавленый сыр и сыворотка», Энциклопедия промышленной химии Ульмана (7-е изд.), Wiley, стр. 1–11, doi : 10.1002/14356007.a06_163 , ISBN 978-3527306732
- ^ Хоникель КО (2007), «Мясо и мясные продукты», Энциклопедия промышленной химии Ульмана (7-е изд.), Wiley, стр. 1–17, doi : 10.1002/14356007.e16_e02.pub2 , ISBN 978-3527306732
- ^ Самель Ул, Колер В., Гамер А.О., Кеузер У. (2007), «Пропионовая кислота и ее производные», Энциклопедия промышленной химии Ульмана (7-е изд.), Wiley, стр. 1–18, doi : 10.1002/14356007.a22_223 , ISBN 978-3527306732
- ^ Зинк Р., Пфайфер А. (2007), «Продукты с добавленной ценностью для здоровья», Энциклопедия промышленной химии Ульмана (7-е изд.), Wiley, стр. 1–12, doi : 10.1002/14356007.d12_d01 , ISBN 978-3527306732
- ^ Великович М., Бенабу Р., Брин М.Ф. (2001). «Патофизиология и варианты лечения цервикальной дистонии». Наркотики . 61 (13): 1921–43. дои : 10.2165/00003495-200161130-00004 . ПМИД 11708764 . S2CID 46954613 .
- ^ Доэрти GM, изд. (2005), «Воспаление, инфекция и противомикробная терапия», Текущая диагностика и лечение: хирургия , McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-159087-7
- ^ «Обеспечение устойчивого энергетического будущего» . Биоинженерные ресурсы, Inc. Проверено 21 мая 2007 г.
- ^ Сен-Аман С., Перло П., Гома Г., Сукай П. (август 1994 г.). «Высокое производство 1,3-пропандиола из глицерина с помощью Clostridium Butyricum VPI 3266 в просто контролируемой периодической системе с подпиткой» . Письма о биотехнологиях . 16 (8): 831–836. дои : 10.1007/BF00133962 . S2CID 2896050 .
- ^ Менгеша А., Дюбуа Л., Паесманс К., Воутерс Б., Ламбин П., Тейс Дж. (2009). « Клостридии в противоопухолевой терапии». В Брюггеманн Х, Готшальк Г (ред.). Клостридии: молекулярная биология в постгеномную эпоху . Кайстер Академик Пресс. ISBN 978-1-904455-38-7 .
- ^ Чоу Ч., Хань С.Л., Чанг Дж.Дж., Лэй Дж.Дж. (октябрь 2011 г.). «Совместное культивирование Clostridium beijerinckii L9, Clostridium Butyricum M1 и Bacillus thermoamylovorans B5 для преобразования дрожжевых отходов в водород». Международный журнал водородной энергетики . 36 (21): 13972–13983. doi : 10.1016/j.ijhydene.2011.03.067 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Геномы клостридий и связанная с ними информация в PATRIC , ресурсном центре биоинформатики, финансируемом NIAID.
- Интернет-учебник по бактериологии Тодара
- в Великобритании Clostridium difficile Группа поддержки
- Патема- клостридий Ресурс
- Анализ воды: о клостридиях видео
