假單胞菌屬：腸道有害菌屬，多變且適應(yīng)性強！
小楊 / 2024-04-09 09:18:47
假單胞菌屬
假單胞菌屬（Pseudomonas）是最多樣化和普遍存在的細菌屬之一，其物種存在于沉積物、臨床樣本、植物（或植物根際）、患病動物、水、土壤、海洋、沙漠等，這反映在它們多變的代謝能力和廣泛的適應(yīng)環(huán)境的潛力上。
假單胞菌屬是一類革蘭氏陰性的好氧或微需氧的細菌，屬于 Proteobacteria（變形菌門），代表種包括：
假單胞菌屬是機會性病原體，是全世界醫(yī)院獲得性感染的主要原因。它可以侵入多個器官系統(tǒng)，包括血液、肺、軟組織（皮膚、肌肉和肌腱）、身體的其他部位。癥狀取決于感染部位。
與假單胞菌屬感染相關(guān)包括免疫系統(tǒng)受損患者的感染和醫(yī)療器械相關(guān)感染等，如剛接受過手術(shù)的人和免疫功能低下的人，艾滋病或糖尿病患者。
假單胞菌屬與人體健康相關(guān)，其中一些菌株可以引起感染和疾病，如銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa），可以引起呼吸道、腸道、泌尿道和皮膚感染。
免疫抑制個體和住院患者的銅綠假單胞菌腸道攜帶率顯著升高，因此感染和抗生素相關(guān)性腹瀉的風(fēng)險增加。
假單胞菌屬與其他菌屬如葡萄球菌、普雷沃氏菌屬、不動桿菌屬、芽孢桿菌屬、腸桿菌屬、腸球菌屬等菌屬有互作關(guān)系。
假單胞菌不被認為是腸道微生物組的典型成員，并且假單胞菌在腸道定植與發(fā)生肺部感染和死亡率的風(fēng)險增加有關(guān)。
研究表明，假單胞菌與腸道屏障功能障礙和感染有關(guān)，可能導(dǎo)致敗血癥和多器官功能障礙綜合征。此外，假單胞菌與炎癥性腸病的發(fā)生也有關(guān)系，它在IBD患者的腸道中檢測到豐度更高，而且它參與引起其他菌群的失衡會影響疾病的進展。
細菌有可能在人體內(nèi)的不同部位之間轉(zhuǎn)移，防止腸道定植或腸道到其它器官尤其肺部的傳播，可能是預(yù)防重癥患者假單胞菌感染的有效策略。
本文主要分享假單胞菌屬（Pseudomonas）的生態(tài)，分類，致病因素以及與人體相關(guān)健康特性和可能的生活干預(yù)措施。
一、認識假單胞菌屬
1、生理特性
假單胞菌屬（Pseudomonas）屬于假單胞菌科，包含200多個有效描述的物種。該屬的成員表現(xiàn)出大量的代謝多樣性，因此能夠在廣泛的生態(tài)位中定居。
它們易于體外培養(yǎng)，并且越來越多的假單胞菌菌株基因組序列可供使用，這使得該屬成為科學(xué)研究的絕佳焦點。
研究最好的物種包括銅綠假單胞菌。直的或略微彎曲的棒狀但非螺旋狀，0.5–1.0 × 1.5–5.0 µm。由一根或數(shù)根極鞭毛運動；很少不動。在某些物種中，也可能形成短波長的側(cè)鞭毛。有氧，具有嚴格的呼吸型代謝，以氧為末端電子受體；在某些情況下，硝酸鹽可用作替代電子受體，從而允許厭氧生長。
大多數(shù)物種（不是全部）無法在酸性條件（pH 4.5 或更低）下生長。大多數(shù)物種不需要有機生長因子。氧化酶陽性或陰性。過氧化氫酶陽性?；瘜W(xué)有機營養(yǎng)的。
2、無處不在的多樣性
（1）分布廣
假單胞菌屬是變形菌門的一個龐大而多樣的屬。從北極苔原到熱帶雨林，從干旱的土壤到雨云，幾乎在地球的每個角落都可以找到該屬的成員。這種令人難以置信的環(huán)境適應(yīng)性歸功于假單胞菌非凡的新陳代謝多樣性。
（2）野蠻生長
假單胞菌可以在 0 至 42 °C 的溫度范圍內(nèi)生長，甚至可以在更極端的溫度下存活。它們對營養(yǎng)的需求很少，可以利用多種碳源。盡管假單胞菌在有氧環(huán)境中生長最佳，但它們也可以利用氮進行厭氧呼吸。
它們可以作為自由生活的浮游細胞或作為生物膜群落的成員生活，并且具有將微生物信號和環(huán)境線索轉(zhuǎn)化為特定生態(tài)位過程的非凡能力。
基因組分析表明，許多其他因素有助于假單胞菌屬的多樣性和適應(yīng)性。除了賦予調(diào)節(jié)和代謝靈活性的常見基因的大量等位基因差異外，水平基因轉(zhuǎn)移影響了致病性假單胞菌屬的能力。
3、基因組和分類
第一個假單胞菌基因組測序于 2000 年，有 630 萬個堿基對，是當時最大的細菌基因組測序?；蚪M包含大量參與分解代謝、運輸、流出、運動和信號響應(yīng)調(diào)節(jié)的基因。
事實上，銅綠假單胞菌基因組中超過 8% 的基因被認為參與了調(diào)控，這遠遠超過了在任何其他細菌基因組中觀察到的百分比。很明顯，假單胞菌成功的關(guān)鍵在于它可以表達其基因的可塑性，這是由多層監(jiān)管復(fù)雜性提供的。
自 2000 年以來，已測序的 1000 多個假單胞菌基因組中的絕大多數(shù)都是銅綠假單胞菌的臨床菌株。
總的來說，銅綠假單胞菌基因組的主要部分（約 4000 個基因）在所有菌株中都是保守的，代表了“核心基因組”。多達另外 20% 的基因駐留在共同代表“附屬基因組”的基因組島上。正是這個附屬基因組賦予了銅綠假單胞菌的可塑性，并包含許多參與代謝、毒力和抗生素抗性的基因。
由于已在測序分離株的附屬區(qū)域鑒定出大約 10 000 個獨特基因，因此估計銅綠假單胞菌泛基因組可以接近甚至超過 100 000 個基因，這意味著假單胞菌這一物種的遺傳庫將遠遠超過人類。
該屬的分類學(xué)多年來一直存在爭議，因為許多最初包含在假單胞菌屬中的細菌類群已被重新歸類為其他屬或來自不同類別的變形桿菌的物種。
可以根據(jù)16S rRNA、gyrB、rpoB和rpoD基因的序列分為三個譜系和13個群。
臨床常見菌種主要包括：
假產(chǎn)堿假單胞菌(Pseudomonas pseudoalcaligenes)
二、假單胞菌感染的常見癥狀
一般癥狀
一般非特異性癥狀（許多疾病中常見的癥狀）包括：
發(fā)燒，出汗，發(fā)冷，咳嗽，疲勞；
假單胞菌感染的癥狀取決于它們發(fā)生在身體的哪個部位。
假單胞菌（Pseudomonas）可引起以下器官感染：
耳朵（外耳炎或游泳者的耳朵）：
疼痛、水腫（腫脹）、壓痛和分泌物
皮膚：
假單胞菌通過壓瘡、燒傷和手術(shù)傷口或從血流進入菌血癥患者的皮膚，還可能引起毛囊炎等。
具體可表現(xiàn)為：膿腫（感染腫塊）、皮疹、膿液、皮膚潰瘍、壞死組織（皮膚變黑，表明組織正在死亡）。
骨骼或關(guān)節(jié)：
受影響區(qū)域行動不便、關(guān)節(jié)或背部疼痛、腫脹、疼痛或發(fā)熱。
這些通常是由于靜脈內(nèi) (IV) 藥物使用或感染的手術(shù)傷口或受傷造成的傷口細菌傳播到皮膚、骨骼和關(guān)節(jié)的結(jié)果。
傷口：
傷口有分泌物或結(jié)痂（通常是黃綠色），可能有甜味或難聞的氣味。
消化道：
闌尾炎（由于治療導(dǎo)致白細胞低的人發(fā)生腸道感染）腹痛、腹脹和腹瀉的癥狀。
肺：
假單胞菌可能會導(dǎo)致嚴重的肺炎，通常發(fā)生在住院、已經(jīng)生病和免疫功能低下的人身上。它可引起囊性纖維化患者的慢性肺部感染（遺傳?。?，支氣管擴張（氣道永久性擴張），或慢性阻塞性肺病。
具體可表現(xiàn)為：呼吸急促、胸痛、咳痰（伴有白色、黃色或綠色粘液）和充血。
泌尿道：
排尿疼痛、尿液難聞或有甜味、尿急、尿液渾濁。
因此，假單胞菌感染的特征在于廣泛的癥狀。
三、與人體健康有什么關(guān)系
假單胞菌屬與人體健康相關(guān)，其中一些菌株可以引起感染和疾病，如Pseudomonas aeruginosa 綠膿桿菌，又稱銅綠假單胞菌，可以引起呼吸道、泌尿道、皮膚感染。雖然不是正?？谇痪旱某蓡T，但在口腔疾病和牙齒矯正治療中可能會富集。
1、假單胞菌屬在腸道中的角色
假單胞菌屬不被認為是腸道微生物群落的典型成員，腸道定植假單胞菌屬與發(fā)展肺部感染和死亡風(fēng)險增加有關(guān)。
假單胞菌屬的過度生長可能會導(dǎo)致腸道炎癥和系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)。
假單胞菌屬感染會引起機體的Th17細胞反應(yīng)和系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)，因此，干預(yù)Th17細胞免疫反應(yīng)可能是緩解肺炎的有效方法。此外，假單胞菌屬也可以通過產(chǎn)生GABA來影響蛋白質(zhì)代謝和細胞穩(wěn)態(tài)，從而影響宿主的攝食行為。
2、假單胞菌屬與其他腸道菌屬的互作
假單胞菌屬與其他菌屬如大腸桿菌、沙門氏菌等有關(guān)，與腸道微生物群的平衡和健康密切相關(guān)。
假單胞菌屬與其他菌屬如葡萄球菌屬和普雷沃氏菌屬等，共同存在于囊性纖維化患者的肺部感染中。
假單胞菌屬與其他菌屬如不動桿菌屬（Acinetobacter）等一起被發(fā)現(xiàn)在冷鮮乳中，產(chǎn)生脂肪酶和蛋白酶，參與乳制品和肉類的變質(zhì)。
假單胞菌屬與其他菌屬如Bacillus、Enterobacter、Enterococcus等一起參與了腸-肺軸的微生物和免疫調(diào)節(jié)，影響呼吸道疾病的發(fā)生和發(fā)展。
3、假單胞菌屬與疾病的關(guān)聯(lián)
與假單胞菌屬相關(guān)的疾病包括：免疫系統(tǒng)受損患者的感染和醫(yī)療器械相關(guān)感染等。免疫抑制個體和住院患者的銅綠假單胞菌腸道攜帶率顯著升高，因此感染和抗生素相關(guān)性腹瀉的風(fēng)險增加。
研究表明，假單胞菌屬與腸道屏障功能障礙和感染有關(guān)，可能導(dǎo)致敗血癥和多器官功能障礙綜合征。假單胞菌屬與肺部疾病也有關(guān)聯(lián)，如支氣管擴張癥。
4、肺部疾病
研究發(fā)現(xiàn)，肺部假單胞菌屬感染會影響腸道菌群，而通過調(diào)節(jié)腸道菌群可以影響肺部疾病的治療效果。
腸道定植通常先于肺部感染，并且相同菌株經(jīng)常在腸道和肺部中發(fā)現(xiàn)，表明腸道充當了假單胞菌屬的儲存庫，可以傳播到肺部和其他感染部位。
腸道微生物群的免疫調(diào)節(jié)對呼吸道疾病的發(fā)生有影響，腸道共生菌通過屏障效應(yīng)提供菌群抵抗力，從而保護腸道生態(tài)環(huán)境不被改變。
以肺部假單胞菌、腸道擬桿菌和腸道酵母菌為特征的高腸-肺相互作用集群，與加重的惡化，整體支氣管擴張嚴重相關(guān)。
5、炎癥性腸?。↖BD）
假單胞菌屬與炎癥性腸病的發(fā)生也有關(guān)系。
研究表明，IBD患者腸道中假單胞菌屬的種類和數(shù)量與非IBD患者存在顯著差異。
其中，克羅恩患者中假單胞菌屬的檢出率明顯高于非IBD患者。此外，假單胞菌屬的多樣性在活動性IBD患者中也明顯降低。這些結(jié)果表明假單胞菌屬可能與IBD的發(fā)病機制有關(guān)。具體而言，假單胞菌屬可能通過影響腸道菌群的平衡和多樣性，導(dǎo)致腸道免疫系統(tǒng)的異常反應(yīng)，從而引發(fā)IBD的發(fā)生。
因此，調(diào)節(jié)腸道菌群可能是預(yù)防和治療腸道疾病的一種新策略。
四、假單胞菌屬致病機理
1、產(chǎn)生毒力因子
銅綠假單胞菌等的特殊能力引起如此多樣化感染的假單胞菌屬是因為它們能夠產(chǎn)生名副其實的毒力因子庫，包括毒素、生物膜、蛋白酶和溶血素。
考慮到銅綠假單胞菌的醫(yī)學(xué)重要性，假單胞菌領(lǐng)域的大部分研究工作都致力于了解影響這些毒力因子釋放的調(diào)節(jié)、生物合成和環(huán)境因素。
此外，它們還可以獲得賦予進一步抗菌素耐藥性的移動遺傳元件；因此，可以鑒定出泛耐藥菌株。
超強適應(yīng)環(huán)境的能力：殺死競爭者的同時，破壞生態(tài)平衡
假單胞菌感知和適應(yīng)環(huán)境的能力導(dǎo)致了一系列活動，例如許多酶和其他生物分子的分泌。雖然這些毒素、降解酶和抗菌劑可以將假單胞菌的環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槔硐氲奈⑸锷鷳B(tài)位，但它們可能對植物和動物宿主造成嚴重后果。例如，綠膿素是一種藍/綠色色素毒素，它賦予銅綠假單胞菌培養(yǎng)物特有的顏色，并作為一種抗菌劑可以殺死競爭性微生物。然而，它也會破壞真核細胞過程，這會對人類細胞產(chǎn)生不利影響。
群體感應(yīng)：促進其生長、分化、生物膜形成，增強致病性
過去幾年的工作提供的證據(jù)表明，群體感應(yīng)是一種通用的調(diào)節(jié)機制，它允許細菌以種群密度依賴的方式發(fā)起統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的反應(yīng)，以完成即使不是不可能，也很難完成的任務(wù)。
群體感應(yīng)系統(tǒng)廣泛存在于假單胞菌中，人類機會性病原體銅綠假單胞菌，屬于研究最廣泛的細胞間通訊系統(tǒng)。在這種生物體中，群體感應(yīng)非常復(fù)雜，由兩個相互關(guān)聯(lián)的 N-酰基高絲氨酸內(nèi)酯 (AHL) 依賴性調(diào)節(jié)回路組成，這些調(diào)節(jié)回路由非 AHL 相關(guān)信號分子和許多調(diào)節(jié)劑進一步調(diào)制，這些調(diào)節(jié)劑在轉(zhuǎn)錄過程中起作用和轉(zhuǎn)錄后水平。這種遺傳復(fù)雜性可能是導(dǎo)致銅綠假單胞菌具有巨大環(huán)境多樣性的關(guān)鍵因素之一。
過去幾年的工作表明，群體感應(yīng)對于一系列毒力因子的表達以及銅綠假單胞菌中生物膜的形成至關(guān)重要，因此代表了設(shè)計用于治療銅綠假單胞菌的新型藥物的有吸引力的目標感染。
此外，細胞間通訊能力也在許多額外的假單胞菌中得到證實。銅綠假單胞菌，因此可以用于設(shè)計新型藥物來治療銅綠假單胞菌感染。
五、如何調(diào)整和干預(yù)
1、腸道中的假單胞菌屬
長時間住院、創(chuàng)傷ICU住院、消毒干預(yù)等與腸道假單胞菌過度生長有關(guān)，而TAP暴露與抗菌劑干預(yù)則與腸道假單胞菌過度生長有負相關(guān)。
注：TAP的暴露是指腸道上皮細胞上的TAP暴露在腸道腔中，從而使腸道內(nèi)的微生物可以通過TAP進入腸道上皮細胞內(nèi)部。一些研究表明，TAP的暴露與腸道微生物群失調(diào)和某些疾病（如炎癥性腸?。┯嘘P(guān)。而抗菌劑干預(yù)可以抑制腸道內(nèi)細菌的生長，從而減少TAP的暴露，因此與假單胞菌腸道過度生長有負相關(guān)。
對于免疫功能低下的患者，應(yīng)特別注意水的純度，有些水中可能含有假單胞菌等細菌。
研究發(fā)現(xiàn)用海洋益生元巖藻依聚糖補充飲食可以通過抑制分泌性毒力因子 (TpsA/CdiA) 與粘蛋白的相互作用并促進有益種群的生長，從而介導(dǎo)銅綠假單胞菌從腸道菌群失調(diào)和去定植中的早期恢復(fù)。
芪歸飲是一種用于治療銅綠假單胞菌感染的中藥。在門和屬水平上顯著抑制脫鐵桿菌和粘孢子菌的過度積累。鑒定了11種潛在的代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物在銅綠假單胞菌感染中異常表達，服用芪歸飲顯著逆轉(zhuǎn)。
此外，部分研究表明以下物質(zhì)也可以抑制腸道內(nèi)的假單胞菌屬。
假單胞菌屬相比于其它細菌引起人們廣泛的研究興趣，該屬不僅包括人類病原體銅綠假單胞菌，還包括一系列與植物致病性、生物修復(fù)和環(huán)境微生物學(xué)相關(guān)的其他重要物種。
假單胞菌被廣泛用作模型原型細菌，用于研究宿主-病原體相互作用、細胞-細胞通訊系統(tǒng)、進化生物學(xué)、基因調(diào)控和代謝網(wǎng)絡(luò)、分泌系統(tǒng)、抗生素（耐藥性）、生物修復(fù)、生物膜、細菌基因組學(xué)以及與微生物學(xué)和分子生物學(xué)廣泛相關(guān)的許多其他主題。
假單胞菌屬因其復(fù)雜的信號和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，特別是細胞密度依賴性群體感應(yīng)而被廣泛研究。未來只有了解復(fù)雜調(diào)節(jié)回路中涉及的機制，才能確定新型抗菌方法的可能目標。銅綠假單胞菌中的鋅、鐵穩(wěn)態(tài)是替代抗菌策略的一個有希望的目標。
由于其復(fù)雜性和適應(yīng)性，它存在于無數(shù)的環(huán)境和臨床生態(tài)位中，以及它在不同層面（種內(nèi)、種間和與其宿主）相互作用的能力，假單胞菌屬很可能在未來許多年內(nèi)吸引更多研究人員。我們期待未來有更好的解決假單胞菌屬，尤其人類病原體銅綠假單胞菌的抗菌策略。
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