Corynebacterium diphtheriae
|
|
| Corynebacterium diphtheriae | |
|---|---|
| Vetenskaplig klassificering | |
| Domän: | Bakterie |
| Provins: | Actinomycetota |
| Klass: | Actinomycetia |
| Beställa: | Mycobacteriales |
| Familj: | Corynebacteriaceae |
| Släkte: | Corynebacterium |
| Arter: |
C. diphtheriae
|
| Binomialt namn | |
|
Corynebacterium diphtheriae (Kruse 1886) Lehmann och Neumann 1896 (Godkända listor 1980)
|
|
Corynebacterium diphtheriae är den patogena bakterien som orsakar difteri . Den är också känd som Klebs–Löffler-bacillen , eftersom den upptäcktes 1884 av de tyska bakteriologerna Edwin Klebs (1834–1912) och Friedrich Löffler (1852–1915). Bakterierna är vanligtvis ofarliga om de inte är infekterade av en bakteriofag som bär på en gen som ger upphov till ett toxin . Detta toxin orsakar sjukdomen. Difteri orsakas av vidhäftning och infiltration av bakterierna i kroppens slemhinnor, vilket främst påverkar andningsvägarna och den efterföljande frisättningen av ett endotoxin. Toxinet har en lokal effekt på hudskador, samt en metastaserande, proteolytisk effekt på andra organsystem vid svåra infektioner. Ursprungligen en viktig orsak till barndödlighet, har difteri nästan helt utrotats på grund av den kraftiga administreringen av difterivaccinationen på 1910-talet.
Difteri överförs inte längre lika ofta på grund av utvecklingen av vaccinet, DTaP. Även om difteriutbrott fortsätter att förekomma, är detta ofta i utvecklingsländer där majoriteten av befolkningen inte är vaccinerad.
Klassificering
Fyra underarter är erkända: C. d. mitis , C.d. intermedius , C. d. gravis och C.d. belfanti . De fyra underarterna skiljer sig något åt i sin koloniala morfologi och biokemiska egenskaper, såsom förmågan att metabolisera vissa näringsämnen. Alla kan vara toxigena (och därför orsaka difteri) eller inte toxigena.
Stamundertypning innebär att jämföra arter av bakterier och kategorisera dem i underarter. Stamsubtypning hjälper också till att identifiera ursprunget till en viss bakteries utbrott. Men när det kommer till subtypning av C. diphtheriae finns det inte mycket användbar eller korrekt klassificering på grund av bristen på allmänt tillgängliga resurser för att identifiera stammar och därför hitta ursprunget till utbrott.
Toxin
C. diphtheriae producerar difteritoxin som förändrar proteinfunktionen i värden genom att inaktivera förlängningsfaktorn EF-2. Detta orsakar faryngit och "pseudomembran" i halsen. De stammar som är giftiga är de som har infekterats med en bakteriofag .
Difteritoxingenen kodas av bakteriofagen som finns i toxigena stammar , integrerad i bakteriekromosomen.
Difteritoxinrepressorn styrs huvudsakligen av järn. Den fungerar som den väsentliga kofaktorn för aktiveringen av mål-DNA-bindning. En låg koncentration av järn krävs i mediet för toxinproduktion. Vid höga järnkoncentrationer binder järnmolekyler till en aporepressor på betabakteriofagen, som bär på Tox -genen . När den är bunden till järn stänger aporepressorn ner toxinproduktionen. Eleks test för toxicitet används för att avgöra om organismen kan producera difteritoxinet.
Identifiering
För att identifiera C. diphtheriae utförs en gramfärgning för att visa grampositiva , mycket pleomorfa organismer som ofta ser ut som kinesiska bokstäver. Fläckar som Albert's stain och Ponder's stain används för att demonstrera de metakromatiska granulerna som bildas i polarområdena. Granulerna kallas polära granulat, Babes Ernst granulat eller volutin granulat . Ett anrikningsmedium, såsom Löfflers medium , används för att företrädesvis odla C. diphtheriae . Därefter låter en differentialplatta känd som telluritagar alla Corynebacteria (inklusive C. diphtheriae ) reducera tellurit till metalliskt tellur. Telluritreduktionen indikeras kolorimetriskt av bruna kolonier för de flesta Cornyebacterium -arter eller av en svart halo runt C. diphtheriae - kolonierna. Organismen producerar katalas men inte ureas , vilket skiljer den från Corynebacterium ulcerans . C. diphtheriae producerar inte pyrazinamidas som skiljer sig från Corynebacterium striatum och Corynebacterium jeikeium .
Patogenicitet
Corynebacterium diphtheriae är den bakterie som orsakar sjukdomen som kallas difteri. Bakteriofager introducerar en gen i bakteriecellerna som gör en stam toxigen. De stammar som inte är infekterade med dessa virus är ofarliga. C. diphtheriae är en stavformad, grampositiv, icke-sporbildande och orörlig bakterie. C. diphtheriae har visat sig uteslutande infektera människor. Man tror att människor kan vara reservoaren för denna patogen. Det har dock förekommit ytterst sällsynta fall där C. diphtheriae har hittats hos djur. Dessa infektioner var endast giftiga hos två hundar och två hästar.
Sjukdomen förekommer främst i tropiska regioner och utvecklingsländer . Immunförsvagade individer, dåligt immuniserade vuxna och ovaccinerade barn löper störst risk att drabbas av difteri. Smittsättet är person-till-person kontakt via andningsdroppar (dvs. hosta eller nysningar). Mindre vanligt kan det också passera genom att vidröra öppna sår eller förorenade ytor. Under det typiska sjukdomsförloppet är den kroppsregion som oftast drabbas de övre andningsorganen. En tjock, grå beläggning ansamlas i nasofarynxområdet, vilket gör det svårare att andas och svälja. Sjukdomen förblir smittsam i minst två veckor efter att symtomen försvunnit, men har varit känd för att vara i upp till en månad.
De vanligaste inträdesvägarna för C. diphtheriae är näsa, tonsiller och svalg. Individer som lider av sjukdomen kan uppleva ont i halsen, svaghet, feber och svullna körtlar. Detta kan orsaka ännu farligare symtom som andnöd. Om det lämnas obehandlat kan difteritoxin komma in i blodomloppet och orsaka skador på njurar, nerver och hjärta. Extremt sällsynta komplikationer inkluderar kvävning och partiell förlamning. Ett vaccin, DTaP , förebygger effektivt sjukdomen och är obligatoriskt i USA för deltagande i offentlig utbildning och vissa yrken (undantag gäller).
Det första steget av C. diphtheriae -infektion innebär att de toxigena bakterierna koloniserar ett slemhinneskikt. Hos små barn inträffar detta vanligtvis i de övre luftvägarnas slemhinna. Hos vuxna är infektionen mestadels begränsad till tonsillområdet. Några ovanliga infektionsställen inkluderar hjärtat, struphuvudet, luftstrupen, bronkierna och främre områden i munnen inklusive munslemhinnan, läpparna, tungan och den hårda och mjuka gommen. Bakterierna har ett antal virulensfaktorer för att hjälpa dem att lokalisera sig på områden i luftvägarna, av vilka många ännu inte är helt klarlagda eftersom difteri inte påverkar många modellvärdar som möss. En vanlig virulensfaktor som har studerats in vitro är DIP0733, ett multifunktionellt protein som har visat sig ha en roll i bakteriell vidhäftning till värdceller och fibrogenbindande egenskaper. I experiment med mutanta stammar av C. diphtheriae minskade adhesion och epitelial infiltration signifikant. Förmågan att binda till extracellulära matriser hjälper bakterierna att undvika upptäckt av kroppens immunsystem.
Den difteritiska lesionen är ofta täckt av ett pseudomembran som består av fibrin, bakterieceller och inflammatoriska celler. Difteritoxin kan proteolytiskt klyvas i två fragment: ett N-terminalt fragment A (katalytisk domän) och fragment B (transmembran- och receptorbindande domän). Fragment A katalyserar den NAD+-beroende ADP-ribosyleringen av förlängningsfaktor 2, och inhiberar därigenom proteinsyntes i eukaryota celler. Fragment B binder till cellytreceptorn och underlättar leveransen av fragment A till cytosolen.
När bakterierna har lokaliserats i ett område börjar de föröka sig och skapar det inflammatoriska pseudomembranet. Individer med faucial difteri har vanligtvis pseudomembranet växa över tonsillen och accessoriska strukturer, uvula, mjuka gommen och möjligen nasofarynxområdet. Vid difteri i övre luftvägarna kan pseudomembranet växa på svalget, struphuvudet, luftstrupen och bronkier/bronkioler. Pseudomembranet börjar vitt till färgen och blir senare smutsgrått och segt på grund av det nekrotiska epitelet.
Psuedomembranbildning på luftstrupen eller bronkierna kommer att minska effektiviteten av luftflödet. Med tiden minskar diffusionshastigheten i alveolerna på grund av det lägre luftflödet och minskar partialtrycket av syre i den systemiska cirkulationen, vilket kan orsaka cyanos och kvävning.
Överföring
Smittsättet är person-till-person kontakt via andningsdroppar (dvs. hosta eller nysningar), och mindre vanligt, genom att röra vid öppna sår eller kontaminerade ytor.
Vaccin
Ett vaccin, DTaP , förebygger effektivt sjukdomen och är obligatoriskt i USA för deltagande i offentlig utbildning och vissa yrken (undantag gäller).
Uppfinningen av toxoidvaccinet, som ger skydd mot Corynebacterium diphtheriae , orsakade en dramatisk förändring av bakteriens infektionshastighet i USA. Även om vaccinet först tillverkades i början av 1800-talet, blev det inte allmänt tillgängligt förrän i början av 1910-talet. Enligt National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES), "var 80 procent av personer i åldern 12 till 19 år immuna mot difteri" på grund av den omfattande användningen av vaccinet i USA.
Diagnos
Diagnos av respiratorisk C. diphtheriae görs baserat på klinisk presentation, medan icke-respiratorisk difteri kanske inte är kliniskt misstänkt, därför är laboratorietester mer beroende. Odling är den mest exakta typen av testning som kommer att bekräfta eller förneka förekomsten av difteritoxiner. Testet görs genom att svabba det eventuellt infekterade området, samt eventuella skador och sår.
Behandling och förebyggande
När en toxigen stam av Corynebacterium diphtheriae infekterar människokroppen frisätter den skadliga gifter, särskilt till halsen. Antitoxiner används för att förhindra ytterligare skada. Antibiotika används också för att bekämpa infektionen. Typiska antibiotika som används mot difteri är penicillin eller erytromycin. Personer som är smittade med difteri måste sätta sig i karantän i minst 48 timmar efter att de fått antibiotika. För att bekräfta att personen inte längre är smittsam görs tester för att säkerställa att bakterierna har rensats. Människor vaccineras sedan för att förhindra ytterligare överföring av sjukdomen.
Den omfattande användningen av difterivaccinet minskade dramatiskt infektionshastigheten och möjliggör primärt förebyggande av sjukdomen. De flesta får ett 3-i-1-vaccin som består av skydd mot difteri, stelkramp och kikhosta, vilket är allmänt känt som DTaP- eller Tdap-vaccinet. DTaP-vaccin är för barn medan Tdap-vaccinet är känt för ungdomar och vuxna.
I USA rekommenderas DTaP-vaccinet till föräldrar till spädbarn, vilket vanligtvis innebär en serie om fem skott. Dessa vacciner injiceras genom armen eller låret och administreras när barnet är 2 månader, 4 månader, 6 månader, 15–18 månader och sedan 4–6 år gammalt.
Möjliga sidohändelser som är förknippade med difterivaccinet inkluderar "lindrig feber, pirrighet, dåsighet eller ömhet på injektionsstället". Även om det är sällsynt kan DTaP-vaccinet orsaka en allergisk reaktion som orsakar nässelfeber eller utslag att bryta ut inom några minuter efter administrering av vaccinet.
Genetik
Genomet av C. diphtheriae består av en enda cirkulär kromosom på 2,5 Mbp, utan plasmider . Dess genom visar en extrem sammansättningsbias , och är märkbart högre i G+C nära ursprunget än vid terminalen.
Corynebacterium diphtheriae-genomet är en enda cirkulär kromosom som inte har några plasmider. Dessa kromosomer har ett högt G+C-innehåll vilket är det som bidrar till deras höga genetiska mångfald. Det höga innehållet av guanin och cytosin är inte konstant över hela bakteriens genom. Det finns en replikeringsterminal runt ~740kb-regionen som orsakar en minskning av G+C-innehållet. Hos andra bakterier ser man ofta att G+C-halten blir mindre nära änden, men C. diphtheriae är ett avsevärt starkt genom som har denna förekomst. Kromosomal replikation är ett av sätten detta händer inom detta genom.
Anteckningar
Se även
externa länkar
- CoryneRegNet — Databas över Corynebacterial Transcription Factors och regulatoriska nätverk
- Corynebacterium diphtheriae genom
- Typstam av Corynebacterium diphtheriae vid Bac Dive - Bacterial Diversity Metadatabase
