嗜水气单胞菌研究进展

嗜水气单胞菌研究现状

一、流行及感染情况

嗜水气单胞菌属于弧菌科, 气单胞菌属。气单胞菌属根据有无运动力可分为两类; 一类是嗜冷性、非运动性的气单胞菌, 另一类为嗜温性、运动性的气单胞菌。嗜水气单胞菌属第二类, 在气单胞菌属中是最重要的, 它是气单胞菌的模式种。非运动性气单胞菌主要是对鲑鳟鱼等致病的杀鲑气单胞菌及其亚种。嗜水气单胞菌在过去有不同的名称, 主要的名称有点状气单胞菌和斑点气单胞菌嗜水气单胞菌广泛存在于淡水、污水及土壤。有很多资料记载, 嗜水气单胞菌对水产动物、家畜和人均有致病性, 在动物疾病学和食品卫生学研究上都具有重要意义。它能广泛地被分离到, 如在淡海水鱼,淡水虾类, 淡水蟹类中和养殖蛙体内, 也能引起爬行类疾病。有许多报道证明它也能感染人类发病, 最常见的是嗜水气单胞菌引起急性霍乱。同时, 它广泛分布于人类的食物链, 供水系统和土壤中。嗜水气单胞菌既是恒温动物与变温动物的条件致病菌, 又是原发致病菌。但是, AUSTIN 等报道嗜水气单胞菌通常在自然界是条件致病菌, 充当继发病原而不是原发病原。嗜水气单胞菌通常与其它病原菌如温和气单胞菌、豚鼠气单胞菌和假单胞菌有密切关系, 但由于鱼的品种不同而表现出不同的临床症状。病鱼的临床症状为局部损伤、坏死、水肿、突眼及腹部膨胀, 另外可能产生腹水、贫血及破坏内脏器官, 脾、肾颜色变黑, 肝变白, 胆汁变黄。在鱼、蛙类中由于嗜水气单胞菌感染引起的临床症状不同而给出了许多不同的名称, 如鲈鱼和鲤鱼的“红痛病”; 鲫鱼、白鲢、花鲢的“暴发病”, 这些鱼出现典型的肌肉、内脏的出血性败血症。在虹鳟, 鲶鱼中的嗜水气单胞菌病被称为“坏死病”, 这些鱼的嘴周围鳞片腐蚀, 身体的深部出现坏死及烂鳃。虹鳟鱼由于嗜水气单胞菌的感染而得的病称为“红嘴病”, 病鱼行动迟缓, 通常由于色素的过量产生而体色发黑, 口腔呈粉红或红色发炎, 外表及内部器官均呈现局部出血, 在病鱼的后期阶段, 病鱼呈急速螺旋状运动, 下沉, 腹部朝上直至死亡。“红腿病”蛙的后肢及腹部呈现出血性败血症, 病蛙的心、肝、肾及脾受到破坏, 并出现腹水。

二、血清型

嗜水气单胞菌有4种抗原, 包括耐热的O抗原、不耐热的K 抗原、鞭毛H 抗原和菌毛抗原。Ew ing 等提出共有12种O抗原和9 种H抗原, 每组都能进一步分型。此后, 日本国立康复研究院(NIH )分出了44个O抗原血清型,而Thomas又在此基础上增加了52个血清型, 从而达到了96个O抗原血清型, 且O 3、O 11、O 16、O 17、O 34被认为是主要血清型。Thomas等又在NIH的基础上增加了52个血清型, 并得到O3、O11、O16、O17、O34是主要的血清型, 其中O11、O16、O34是人源分离株常见, 而且毒力很强, O11、O19、O34主要对鱼致病. 国内方面研究, 人源也主要是O11、O16、O34, 而鱼源多为O9和O5。

三、毒力因子

嗜水气单胞菌产生的并得到认可的毒力因子主要包括外毒素、胞外蛋白酶、S蛋白、菌毛、外膜蛋白、脂多糖等.

1 外毒素(exotoxin)

嗜水气单胞菌所产生的外毒素是重要的致病因子之一由于嗜水气单胞菌的基因型的多样性,导致其外毒素的基因差异很大,表现为不同嗜水气单胞菌的外毒素有所差别. 到目前为止已确定的外毒素有气溶素(aerolysin)溶血素(hemolysin)、溶血毒素(hemolytic toxin)和细胞毒性肠毒素(cytolyticenterotoxin)等。虽然外毒素名称各异,但这些毒素都是单一多肽分子,具有相

同的生物学活性:溶血性、肠毒性和细胞毒性,在结构和功能上都极为相似, 所以可以认为外毒素属于同一基因家族. 国际上将外毒素的命名为气溶素(Aer毒素)。在国内,陆承平、涂小林等取嗜水气单胞菌产生的溶血素(hemolytic toxin)肠毒素(enterotoxicity )及细胞毒素(cytotoxicity)三个词的第一字母,命名为HEC毒素。但是, Rose通过比较不同外毒素的氨基酸序

列发现, 虽然生物学活性很相近, 但是氨基酸序列有明显的差异。Wong和Albert也分别从基因水平上证明了不同的外毒素的基因结果虽然有一定的同源性, 但是仍然存在着差异。这样就与国际和国内的统一的命名有了矛盾, 国际上Buckley&Howard和Chopra&Houston对此也有不同意见, 但为了有利于研究的系统进行以及文献的检索引用方

便, 后者接受了国际上的统一命名气溶素(aerolysin)。

2 胞外蛋白酶(extracelluar protease)

嗜水气单胞菌的胞外蛋白酶也是主要的致病因子之一, 其家族成员比较多. 现在比较认可的分类是将其分为热敏感丝氨酸蛋白酶和热稳定金属蛋白酶。因为种类的繁多, 而且不同细菌的产生的蛋白酶也有差异, 同一细菌在不同生长期产生的蛋白酶也有所不同, 而且其种类和性质随着菌株、培养条件、纯化方法不同而不同, 所以不同的研究者针对不同细菌研究所报道的结果也有所不同. 胞外蛋白酶具有致病性, 不同的研究者在不同的实验中都给予了证明。蛋白酶除了可以协同其他毒力因子共同作用机体之外还具有活化其他致病因子的作用, 嗜水气单胞菌分泌的外毒素是无活性的前提形式存在的, 必须经过蛋白酶作用将前体C末端的蛋白降解才能发挥生物学活性. 这也就可以解释为什么有些学者的研究报道与以上结论

相悖, 虽然有些蛋白酶没有直接致病性, 但其可以协助其他毒力因子发挥毒性作用. 蛋白酶的种类比较多, 有的蛋白酶有直接的致病性(热稳定金属蛋白酶), 有的就没有直接的致病性(热敏感丝氨酸蛋白酶), 不排除这些学者研究的就是可以直接致病的蛋白酶种类。

3 S 层蛋白

嗜水气单胞菌S蛋白是组成其表面S层的蛋白亚单位, 有规则地排列在菌体表面,完整地包裹着菌体,具有抗吞噬、抗补体等作用. S层和菌毛、外膜蛋白等是嗜水气单胞菌的粘附因子,没有这些结构,菌体则不能粘附于上皮细胞,从而很快被机体清除,无法成功定植,更无产生和分泌外毒素的机会. 结合国内外研究结论, S蛋白的相对分子量在51500左右, 由天门冬氨酸等16种氨基酸组成,其中疏水性氨基酸占35%-42% ,酸性氨基酸的比例高于碱性氨基,不含半胱氨酸(严亚贤报道有). 不同菌株S蛋白N端序列之间无同源性,说明不同毒株S蛋白的免疫原性有所不同. 生物学活性显示S蛋白对Vero细胞有轻微的细胞毒性(致Vero细胞变圆,但不

脱落),但无溶血性,对鲫鱼和小鼠也无致死作用. 嗜水气单胞菌的S层的功能目前可以总结为两方面. 一方面S层是嗜水气单胞菌的一种粘附素；另一方面S层是嗜水气单胞菌的主要表面抗原,在嗜水气单胞菌的感染与免疫保护中起重要作用.但是S蛋白N端序列之间无同源性导

致不同毒株S蛋白的免疫原性也有所不同. 因此S蛋白作为免疫原应慎重考虑, 只能针对同

源菌进行.

4 菌毛(fimbriae)

菌毛是嗜水气单胞菌的重要的粘附素,帮助细菌的定植. 嗜水气单胞菌的菌毛从S层晶

格网孔伸出菌体外.根据菌毛形态的不同可以分为W(wavy)菌毛和R(ragid). W菌毛长而易弯曲, 菌毛数量少,与细菌的粘附及血凝作用有关,是一种粘附素。W菌毛在嗜水气单胞菌属不同菌株之间的同源性很低, Alice在其研究中以Ah26嗜水气单胞菌的W菌毛编码基因为探针对

相关和非相关菌株进行DNA-DNA杂交, 结果发现于其他菌株没有杂交.这证明了其在不同

菌株间同源性低的事实。R( ragid)菌毛短而硬,数量多周身分布, 与细菌的自凝作用有关,与血凝作用无关,不是粘附素. 菌毛也是毒力因子之一, 与毒力有一定的关系, Lalliter的研究表明强毒株的菌毛与弱毒株的菌毛虽然在形态上没有什么差异, 但是强毒株的抗血清只能和强

毒力的菌株发生凝集而与弱毒力的菌株没有反应[55].

5 外膜蛋白(OMP)

外膜蛋白是革兰氏阴性菌外膜的主要结构,含有多种蛋白成分. 是嗜水气单胞菌重要的黏附因子和保护性抗原, 与细菌的毒力也密切相关。根据其分子量大小可以分为22000 , 31000 ,38000 , 43000 , 50000等五种, 其数量和种类随着不同菌株及菌株的不同培养条件而