Clostridium

Clostridium
Mikrofotografi av Clostridium botulinum -bakterier färgade med kristallviolett
Vetenskaplig klassificering
Domän:	Bakterie
Provins:	Bacillota
Klass:	Clostridia
Beställa:	Eubacteriales
Familj:	Clostridiaceae
Släkte:	Clostridium Prazmowski 1880
Art
164 Art Se lista över Clostridium -arter för fullständig taxonomi.

Clostridium är ett släkte av anaeroba , grampositiva bakterier . Arter av Clostridium bebor jordar och tarmkanalen hos djur, inklusive människor. Detta släkte inkluderar flera betydande mänskliga patogener , inklusive de orsakande agenserna av botulism och stelkramp . Det inkluderade tidigare också en viktig orsak till diarré, Clostridioides difficile , som omklassificerades till Clostridioides -släktet 2016.

Historia

I slutet av 1700-talet upplevde Tyskland ett antal utbrott av en sjukdom som verkade kopplad till att äta vissa korvar. 1817 upptäckte den tyske neurologen Justinus Kerner stavformade celler i sina undersökningar av denna så kallade korvförgiftning. År 1897 publicerade den belgiske biologiprofessorn Emile van Ermengem sitt fynd av en endosporbildande organism som han isolerade från bortskämd skinka. Biologer klassificerade van Ermengems upptäckt tillsammans med andra kända gram-positiva sporbildare i släktet Bacillus . Denna klassificering gav emellertid problem, eftersom isolatet endast växte under anaeroba förhållanden, men Bacillus växte bra i syre.

Cirka 1880, i samband med att studera jäsning och smörsyrasyntes , gav en vetenskapsman vid namn Prazmowski först ett binomiskt namn till Clostridium butyricum . Mekanismerna för anaerob andning var fortfarande inte väl belysta vid den tiden, så taxonomi av anaerober var fortfarande begynnande.

1924 separerade Ida A. Bengtson van Ermengems mikroorganismer från Bacillus -gruppen och tilldelade dem släktet Clostridium . Enligt Bengtsons klassificeringsschema Clostridium alla de anaeroba endosporbildande stavformade bakterierna, förutom släktet Desulfotomaculum .

Taxonomi

Huvudartikel: Lista över Clostridium- arter

Från och med oktober 2022 finns det 164 giltigt publicerade arter i Clostridium .

Släktet, som traditionellt definieras, innehåller många organismer som inte är nära besläktade med dess typarter . Frågan illustrerades ursprungligen i full detalj av en rRNA- fylogeni från Collins 1994, som delade upp det traditionella släktet (som nu motsvarar en stor del av Clostridia ) i tjugo kluster, med kluster I som innehåller typarten och dess nära släktingar. Under årens lopp har detta resulterat i att många nya släkten har splittrats ut, med det slutliga målet att begränsa Clostridium till kluster I.

"Clostridium"-kluster XIVa och "Clostridium"-kluster IV fermenterar effektivt växtpolysackarider som består av kostfiber, vilket gör dem till viktiga och rikliga taxa i vommen och den mänskliga tjocktarmen. Som nämnts tidigare är dessa kluster inte en del av nuvarande Clostridium , och användning av dessa termer bör undvikas på grund av tvetydig eller inkonsekvent användning.

Biokemi

Arter av Clostridium är obligatoriska anaeroba och kan producera endosporer . De färgar i allmänhet grampositiva , men liksom Bacillus beskrivs de ofta som gramvariabla, eftersom de visar ett ökande antal gramnegativa celler när kulturen åldras. De normala, reproducerande cellerna av Clostridium , som kallas den vegetativa formen, är stavformade , vilket ger dem deras namn, från grekiskan κλωστήρ eller spindel. Clostridium Endospores har en distinkt bowlingpinne eller flaskform, vilket skiljer dem från andra bakteriella endosporer, som vanligtvis är äggformade. Schaeffer -Fulton-färgen (0,5 % malakitgrönt i vatten) kan användas för att skilja endosporer av Bacillus och Clostridium från andra mikroorganismer.

Clostridium kan skiljas från det även Endspore-bildande släktet Bacillus genom dess obligatoriska anaeroba tillväxt, formen på endosporer och avsaknaden av katalas . Arter av Desulfotomaculum bildar liknande endosporer och kan särskiljas genom deras krav på svavel. Glykolys och jäsning av pyrodruvsyra med Clostridia ger slutprodukterna smörsyra , butanol , aceton , isopropanol och koldioxid .

Det finns ett kommersiellt tillgängligt testkit för polymeraskedjereaktion (PCR) (Bactotype) för detektion av C. perfringens och andra patogena bakterier.

Biologi och patogenes

Clostridium -arter finns lätt i jordar och tarmkanaler. Clostridium -arter är också en normal invånare i honornas friska nedre reproduktionsorgan.

De huvudsakliga arterna som är ansvariga för sjukdomar hos människor är:

• Clostridium botulinum kan producera botulinumtoxin i mat eller sår och kan orsaka botulism . Samma toxin är känt som Botox och används vid kosmetisk kirurgi för att förlama ansiktsmusklerna för att minska tecken på åldrande; det har också många andra terapeutiska användningsområden.
• Clostridium perfringens orsakar ett brett spektrum av symtom, från matförgiftning till cellulit , fasciit , nekrotisk enterit och gasgangrän .
• Clostridium tetani orsakar stelkramp .

Flera fler patogener har tidigare beskrivits i Clostridium , men har flyttats till andra släkten med ytterligare forskning.

• Clostridium difficile , nu placerad i Clostridioides .
• Clostridium histolyticum , nu placerad i Hathewaya .
• Clostridium sordellii , nu placerad i Paeniclostridium , kan i exceptionellt sällsynta fall orsaka en dödlig infektion efter medicinska aborter.

Behandling

I allmänhet är behandlingen av clostridial infektion högdos penicillin G , som organismen har förblivit mottaglig för. Clostridium welchii och Clostridium tetani svarar på sulfonamider . Clostridia är också mottagliga för tetracykliner , karbapenemer ( imipenem ), metronidazol , vankomycin och kloramfenikol .

De vegetativa cellerna i clostridia är värmelabila och dödas genom kort uppvärmning vid temperaturer över 72–75 °C. Den termiska förstörelsen av Clostridium -sporer kräver högre temperaturer (över 121,1 °C, till exempel i en autoklav ) och längre tillagningstider (20 minuter, med några exceptionella fall på > 50 minuter registrerade i litteraturen). Clostridia och Baciller är ganska strålningsresistenta och kräver doser på cirka 30 kGy, vilket är ett allvarligt hinder för utvecklingen av lagringsstabila bestrålade livsmedel för allmänt bruk på detaljhandelsmarknaden. Tillsatsen av lysozym- , nitrat- , nitrit- och propionsyrasalter hämmar clostridia i olika livsmedel.

Fruktooligosackarider ( fruktaner ) såsom inulin , som förekommer i relativt stora mängder i ett antal livsmedel såsom cikoria , vitlök , lök , purjolök , kronärtskocka och sparris , har en prebiotisk eller bifidogen effekt, vilket selektivt främjar tillväxt och metabolism av nyttiga bakterier tjocktarmen , såsom bifidobakterier och laktobaciller , samtidigt som de hämmar skadliga sådana , såsom clostridia, fusobacteria och bacteroides .

Använda sig av

• Clostridium thermocellum kan använda lignocellulosaavfall och generera etanol, vilket gör det till en möjlig kandidat för användning vid produktion av etanolbränsle . Den har heller inget syrebehov och är termofil , vilket minskar kylningskostnaderna.
• Clostridium acetobutylicum användes först av Chaim Weizmann för att framställa aceton och biobutanol från stärkelse 1916 för framställning av cordit (rökfritt krut).
• Clostridium botulinum producerar ett potentiellt dödligt neurotoxin som används i utspädd form i läkemedlet Botox , som försiktigt injiceras till nerver i ansiktet, vilket förhindrar rörelsen av de uttrycksfulla musklerna i pannan, för att fördröja den rynkande effekten av åldrande. Det används också för att behandla krampaktig torticollis och ger lindring i cirka 12 till 16 veckor.
• Clostridium butyricum MIYAIRI 588-stam marknadsförs i Japan, Korea och Kina för Clostridium difficile- profylax på grund av dess rapporterade förmåga att störa tillväxten av den senare.
• Clostridium histolyticum har använts som en källa till enzymet kollagenas , som bryter ned djurvävnad. Clostridium-arter utsöndrar kollagenas för att äta genom vävnad och hjälper på så sätt patogenen att spridas i hela kroppen. Läkarkåren använder kollagenas av samma anledning vid debridement av infekterade sår. Hyaluronidas , deoxiribonukleas , lecitinas , leukocidin , proteas , lipas och hemolysin produceras också av vissa klostridier som orsakar gasgangren.
• Clostridium ljungdahlii , som nyligen upptäckts i kommersiellt kycklingavfall, kan producera etanol från enkolkällor inklusive syntesgas , en blandning av kolmonoxid och väte , som kan genereras från partiell förbränning av antingen fossila bränslen eller biomassa .
• Clostridium butyricum omvandlar glycerol till 1,3-propandiol .
• Gener från Clostridium thermocellum har infogats i transgena möss för att möjliggöra produktion av endoglukanas . Experimentet var tänkt att lära sig mer om hur matsmältningsförmågan hos enmagade djur kan förbättras.
• Icke-patogena stammar av Clostridium kan hjälpa till vid behandling av sjukdomar som cancer . Forskning visar att Clostridium selektivt kan rikta sig mot cancerceller. Vissa stammar kan komma in och replikera i solida tumörer . Clostridium kan därför användas för att leverera terapeutiska proteiner till tumörer. Denna användning av Clostridium har visats i en mängd olika prekliniska modeller.
• Blandningar av Clostridium- arter, såsom Clostridium beijerinckii , Clostridium butyricum , och arter från andra släkten har visat sig producera bioväte från jästavfall .

externa länkar

• Clostridium- genom och relaterad information vid PATRIC , ett bioinformatikresurscenter finansierat av NIAID
• Todars onlinelärobok i bakteriologi
• Storbritannien Clostridium difficile Support Group
• Pathem- Clostridium- resurs
• Vattenanalys: Clostridium- video