Vibrio cholerae
|
|
| Vibrio cholerae | |
|---|---|
| Vetenskaplig klassificering | |
| Domän: | Bakterie |
| Provins: | Pseudomonadota |
| Klass: | Gammaproteobakterier |
| Beställa: | Vibrionales |
| Familj: | Vibrionaceae |
| Släkte: | Vibrio |
| Arter: |
V. cholerae
|
| Binomialt namn | |
|
Vibrio cholerae
Pacini , 1854
|
|
Vibrio cholerae är en art av gramnegativa , fakultativa anaeroba och kommaformade bakterier . Bakterierna lever naturligt i bräckt eller saltvatten där de lätt fäster sig på de kitinhaltiga skalen från krabbor, räkor och andra skaldjur. Vissa stammar av V. cholerae är patogena för människor och orsakar en dödlig sjukdom som kallas kolera , som kan härledas från konsumtion av underkokta eller råa marina arter.
V. cholerae beskrevs första gången av Félix-Archimède Pouchet 1849 som någon sorts protozoer. Filippo Pacini identifierade den korrekt som en bakterie och från honom är det vetenskapliga namnet antaget. Bakterien som orsak till kolera upptäcktes av Robert Koch 1884. Sambhu Nath De isolerade koleratoxinet och visade 1959 giftet som orsak till kolera.
Bakterien har ett flagellum vid en pol och flera pili genom hela cellytan. Det genomgår respiratorisk och fermentativ metabolism. Två serogrupper som kallas O1 och O139 är ansvariga för kolerautbrott. Smitta sker främst genom att dricka förorenat vatten, därför är det kopplat till sanitet och hygien. När det intas invaderar det tarmslemhinnan vilket kan orsaka diarré och kräkningar hos en värd inom flera timmar till 2–3 dagar efter intag. Oral rehydreringslösning och antibiotika som fluorokinoloner och tetracykliner är vanliga behandlingsmetoder.
V. cholerae har två cirkulära DNA. Ett DNA producerar koleratoxinet (CT), ett protein som orsakar riklig, vattnig diarré (känd som "risvattenavföring"). Men DNA:t kodar inte direkt för toxinet eftersom generna för koleratoxin bärs av CTXphi (CTXφ), en tempererad bakteriofag (virus). Viruset producerar endast toxinet när det sätts in i bakteriens DNA.
Quorum sensing i V. cholerae är väl studerad och den aktiverar värdens immunsignalering och förlänger värdens överlevnad genom att begränsa bakteriens intag av näringsämnen, såsom tryptofan , som vidare omvandlas till serotonin . Som sådan tillåter kvorumavkänning en kommensal interaktion mellan värdbakterier och patogena bakterier.
Upptäckt
Inledande observationer
Under den tredje globala pandemin av kolera (1852–1859) gjordes flera vetenskapliga undersökningar för att förstå sjukdomens etiologi. Miasma -teorin , som ansåg att infektioner spreds genom förorenad luft, var inte längre en tillfredsställande förklaring. En engelsk läkare John Snow var den första som gav övertygande bevis i London 1854 att kolera spreds från dricksvatten – en smitta, inte miasma. Ändå kunde han inte identifiera patogenerna, vilket gjorde att de flesta fortfarande trodde på miasma-ursprunget.
V. cholerae observerades och upptäcktes först under mikroskop av en fransk zoolog Félix-Archimède Pouchet . 1849 undersökte Pouchet avföringsproverna på fyra personer som hade kolera. Hans presentation inför den franska vetenskapsakademin den 23 april spelades in som: "[Pouchet] kunde verifiera att det fanns i dessa [kolerapatienter] dejecta en enorm mängd mikroskopisk infusoria ." Men han gjorde ett misstag när han trodde att organismerna var infusoria, ett namn som då användes för mikroskopiska protister , och tillskrev dem därigenom Vibrio rigula, en art av protozoer som beskrevs av den danske naturforskaren Otto Friedrich Müller 1786.
Identifiering av bakterien
En italiensk läkare, Filippo Pacini , identifierade, när han undersökte kolerautbrott i Florens i slutet av 1854, den orsakande patogenen som en ny typ av bakterie. Han utförde obduktioner av lik och gjorde noggranna mikroskopiska undersökningar av vävnaderna och kroppsvätskorna. Från avföring och tarmslemhinnor identifierade han många kommaformade baciller. Pacini rapporterade sin upptäckt inför Società Medico-Fisica Fiorentina (Medico-Physician Society of Florence) den 10 december och publicerades i numret av Gazzetta Medica Italiana ( Medic Gazette of Italy ) den 12 december:
Le poche materie del vomito che ho potuto esaminare nel secondo e terzo caso di cholera ... e di più trovai degli ammassi granulosi appianati, liknande a quelli che si formano alla superficie delle acque corrotte, quando sono per svilupparsi dei vibrioni; dei quali di fatto ne trovai alcuni del genere Bacterium , mentre la massima parte, per la loro estrema piccolezza, erano stati eliminati con la decantazione del fluido. [Från de få prover av spyor som jag kunde undersöka i det andra och tredje fallet av kolera ... och dessutom hittade jag utjämnade granulära massor, liknande de som bildas på ytan av smutsigt vatten, när de är på väg att utveckla vibrios; av vilka jag faktiskt hittade en del av släktet Bacterium , medan den största delen, på grund av deras extrema litenhet, hade eliminerats genom att vätskan avlägsnats.]
Pacini introducerade alltså namnet vibrioni (latin vībro betyder "att röra sig snabbt fram och tillbaka, att skaka, att agitera"). En katalansk läkare Joaquim Balcells i Pascual rapporterade också om en sådan bakterie ungefär samtidigt. Upptäckten av den nya bakterien ansågs inte vara medicinskt viktig eftersom bakterien inte direkt hänfördes till kolera. Pacini uppgav också att det inte fanns någon anledning att säga att bakterien orsakade sjukdomen eftersom han misslyckades med att skapa en renodling och utföra experiment, som var nödvändiga "för att tillskriva smittkvaliteten till kolera". Miasma-teorin var fortfarande inte utesluten.
Återupptäckt
Den medicinska betydelsen och förhållandet mellan bakterien och kolerasjukdomen upptäcktes av den tyske läkaren Robert Koch . I augusti 1883 åkte Koch tillsammans med ett team av tyska läkare till Alexandria, Egypten, för att undersöka koleraepidemin där. Koch fann att tarmslemhinnan hos människor som dog av kolera alltid hade bakterien, men han kunde inte bekräfta om det var orsaken. Han flyttade till Calcutta (nu Kolkata), Indien, där epidemin var allvarligare. Det var härifrån han isolerade bakterien i en ren kultur den 7 januari 1884. Han bekräftade därefter att bakterien var en ny art, och beskrev den som "lite böjd, som ett kommatecken". Han rapporterade sin upptäckt till den tyske inrikesministern den 2 februari och den publicerades i Deutsche Medizinische Wochenschrift ( German Medical Weekly ) .
Även om Koch var övertygad om att bakterien var kolerapatogenen, kunde han inte helt skaffa kritiska bevis för att bakterien gav symtomen hos friska försökspersoner (ett viktigt inslag i vad som senare kallades Kochs postulat ). Hans experiment på djur med hjälp av hans rena bakteriekultur ledde inte till att sjukdomen uppträdde hos någon av försökspersonerna, och han drog korrekt slutsatsen att djur är immuna mot den mänskliga patogenen. Bakterien var då känd som "kommabacillen". Det var först 1959, i Calcutta, som den indiske läkaren Sambhu Nath De isolerade koleratoxinet och visade att det orsakade kolera hos friska försökspersoner, vilket helt bevisade förhållandet mellan bakterie och kolera.
Taxonomi
Pacini hade använt namnet " vibrio cholera ", utan korrekt binomial rendering, för namnet på bakterien. Efter Kochs beskrivning populariserades ett vetenskapligt namn Bacillus kommatecken . Men en italiensk bakteriolog Vittore Trevisan publicerade 1884 att Kochs bakterie var densamma som Pacinis och introducerade namnet Bacillus cholerae. En tysk läkare Richard Friedrich Johannes Pfeiffer döpte om det till Vibrio cholerae 1896. Namnet antogs av kommittén för Society of American Bacteriologists on Characterization and Classification of Bacterial Types 1920. 1964, Rudolph Hugh från George Washington University School of Medicin föreslog att man skulle använda släktet Vibrio med typen V. cholerae (Pacini 1854) som ett permanent namn på bakterien, oavsett samma namn för protozoer. Den godkändes av den rättsliga kommissionen för den internationella kommittén för bakteriologisk nomenklatur 1965 och 1966 av International Association of Microbiological Societies .
Egenskaper
V. cholerae är en mycket rörlig, kommaformad, gramnegativ stav. Den aktiva rörelsen av V. cholerae inspirerade släktnamnet eftersom "vibrio" på latin betyder "att darra". Förutom v.cholerae och v.mimicus är alla andra vibrioarter halofila . Initiala isolat är lätt krökta, medan de kan se ut som raka stavar vid laboratorieodling. Bakterien har ett flagellum vid ena cellpolen samt pili . Det tolererar alkaliska medier som dödar de flesta intestinala kommensaler, men de är känsliga för syra. Det är en fakultativ anaerob och kan genomgå respiratorisk och fermentativ metabolism. Den mäter 0,3 μm i diameter och 1,3 μm i längd med en genomsnittlig simhastighet på cirka 75,4 μm/sek.
Patogenicitet
V. cholerae patogenicitetsgener kodar för proteiner som är direkt eller indirekt involverade i bakteriernas virulens. För att anpassa värdtarmmiljön och för att undvika att bli attackerad av gallsyror och antimikrobiella peptider använder V. cholera sina yttre membranvesiklar (OMV). När bakterien kommer in, fäller den sina OMV, som innehåller alla membranmodifieringar som gör den sårbar för värdattacken.
Under infektion utsöndrar V. cholerae koleratoxin (CT), ett protein som orsakar riklig, vattnig diarré (känd som "risvattenavföring"). Detta koleratoxin innehåller 5 B-subenheter som spelar en roll för att fästa till tarmepitelcellerna och 1 A-subenhet som spelar en roll i toxinaktiviteten . Kolonisering av tunntarmen kräver också toxin coregulated pilus (TCP), ett tunt, flexibelt, filamentöst bihang på ytan av bakterieceller. Uttryck av både CT och TCP förmedlas av två komponentsystem (TCS), som vanligtvis består av ett membranbundet histidinkinas och ett intracellulärt svarselement. TCS gör det möjligt för bakterier att reagera på föränderliga miljöer. I V. cholerae har flera TCS identifierats som viktiga vid kolonisering, biofilmproduktion och virulens. Små RNA (sRNA) har identifierats som mål för V. cholerae TCS. Här binder sRNA-molekyler till mRNA för att blockera translation eller inducera nedbrytning av inhibitorer för uttryck av virulens- eller kolonisationsgener. I V. cholerae förändrar TCS EnvZ/OmpR genuttrycket via sRNA coaR som svar på förändringar i osmolaritet och pH. Ett viktigt mål för coaR är tcpl , som negativt reglerar uttrycket av huvudsubenheten av den TCP-kodande genen ( tcpA ). När tcpI är bundet av coaR är det inte längre i stånd att undertrycka expression av tcpA , vilket leder till en ökad kolonisationsförmåga. Uttryck av coaR uppregleras av EnvZ/OmpR vid ett pH på 6,5, vilket är det normala pH i tarmlumen, men är lågt vid högre pH-värden. V. cholerae i tarmens lumen använder TCP för att fästa vid tarmslemhinnan, utan att invadera slemhinnan. Efter att ha gjort det utsöndrar det kolerae-toxin som orsakar dess symtom. Detta ökar sedan cykliskt AMP eller cAMP genom att binda (koleratoxin) till adenylylcyklas som aktiverar GS-vägen vilket leder till utflöde av vatten och natrium in i tarmens lumen vilket orsakar vattnig avföring eller vattnig ris.
V. cholerae kan orsaka syndrom som sträcker sig från asymtomatiska till cholera gravis. I endemiska områden är 75% av fallen asymtomatiska, 20% är milda till måttliga och 2-5% är svåra former som kolera gravis. Symtom inkluderar plötslig uppkomst av vattnig diarré (en grå och grumlig vätska), enstaka kräkningar och magkramper. Uttorkning uppstår, med symtom och tecken som törst, torra slemhinnor, minskad hudturgor, insjunkna ögon, hypotoni , svag eller frånvarande radiell puls , takykardi , takypné , hes röst, oliguri , kramper, njursvikt , kramper , somnol , och döden. Död på grund av uttorkning kan inträffa inom några timmar till dagar hos obehandlade barn. Sjukdomen är också särskilt farlig för gravida kvinnor och deras foster under sen graviditet, eftersom den kan orsaka för tidig förlossning och fosterdöd. En studie gjord av Centers for Disease Control (CDC) i Haiti fann att hos gravida kvinnor som drabbades av sjukdomen hade 16 % av 900 kvinnor fosterdöd. Riskfaktorer för dessa dödsfall inkluderar: tredje trimestern, moderns yngre ålder, allvarlig uttorkning och kräkningar Uttorkning utgör den största hälsorisken för gravida kvinnor i länder där kolera förekommer i hög grad. I fall av kolera gravis som involverar allvarlig uttorkning kan upp till 60 % av patienterna dö; dock är mindre än 1 % av fallen som behandlas med rehydreringsterapi dödliga. Sjukdomen varar vanligtvis 4–6 dagar. Över hela världen är diarrésjukdom , orsakad av kolera och många andra patogener, den näst vanligaste dödsorsaken för barn under 5 år och minst 120 000 dödsfall beräknas orsakas av kolera varje år. År 2002 ansåg WHO att dödlighetskvoten för kolera var cirka 3,95 %.
Kolerasjukdom och symtom
.jpg)
V. cholerae infekterar tarmen och orsakar diarré, kännetecknet för kolera. Smitta kan spridas genom att äta förorenad mat eller dricka förorenat vatten. Det kan också spridas genom hudkontakt med förorenad mänsklig avföring. Alla infektioner tyder inte på symtom, bara cirka 1 av 10 personer utvecklar diarré. De viktigaste symptomen inkluderar: vattnig diarré, kräkningar, snabb hjärtfrekvens, förlust av hudens elasticitet, lågt blodtryck, törst och muskelkramper. Denna sjukdom kan bli allvarlig eftersom den kan utvecklas till njursvikt och eventuell koma. Om diagnosen ställs kan den behandlas med mediciner.
Sjukdomsförekomst
V. cholerae har en endemisk eller epidemisk förekomst. I länder där sjukdomen har funnits under de senaste tre åren och fallen bekräftade är lokala (inom landets gränser) anses överföring vara "endemisk". Alternativt deklareras ett utbrott när förekomsten av sjukdom överstiger den normala förekomsten för en given tidpunkt eller plats. Epidemier kan pågå i flera dagar eller över flera år. Dessutom kan länder som har en förekomst av en epidemi också vara endemiska. Den längsta pågående V. cholerae -epidemin registrerades i Jemen. Jemen hade två utbrott, det första inträffade mellan september 2016 och april 2017, och det andra började senare i april 2017 och ansågs nyligen vara löst 2019. Epidemin i Jemen tog över 2 500 liv och drabbade över 1 miljon människor i Jemen. Fler utbrott har inträffat i Afrika, Amerika och Haiti.
Förebyggande åtgärder
När du besöker områden med epidemisk kolera bör följande försiktighetsåtgärder iakttas: drick och använd vatten på flaska; tvätta händerna ofta med tvål och rent vatten; använd kemiska toaletter eller gräv ner avföring om det inte finns någon toalett; gör inte avföring i någon vattenmassa och laga mat ordentligt. Att tillföra ordentligt, säkert vatten är viktigt. En försiktighetsåtgärd att vidta är att desinficera ordentligt. Handhygien är viktigt i områden där tvål och vatten inte är tillgängligt. När det inte finns någon sanitet tillgänglig för handtvätt, skrubba händerna med aska eller sand och skölj med rent vatten. Ett endosvaccin till ett område där kolera är vanligt.
Det finns ett V. cholerae -vaccin tillgängligt för att förhindra sjukdomsspridning. Vaccinet är känt som "oralt koleravaccin" (OCV). Det finns tre typer av OCV tillgängliga för förebyggande: Dukoral®, Shanchol™ och Euvichol-Plus®. Alla tre OCV kräver två doser för att vara fullt effektiva. Länder som är endemiska eller har en epidemistatus är berättigade att få vaccinet baserat på flera kriterier: Risk för kolera, Koleras svårighetsgrad, WASH-tillstånd och förmåga att förbättra, Sjukvårdsförhållanden och förmåga att förbättra, Kapacitet att genomföra OCV-kampanjer, Kapacitet att genomföra M&E-aktiviteter, Engagemang på nationell och lokal nivå Sedan starten av OCV-programmet i maj till maj 2018 har över 25 miljoner vacciner distribuerats till länder som uppfyller ovanstående kriterier.
Behandling
Den grundläggande, övergripande behandlingen för kolera är återhydrering, för att ersätta de vätskor som har gått förlorade. De med mild uttorkning kan behandlas oralt med en oral rehydreringslösning (ORS) . När patienter är allvarligt uttorkade och oförmögna att ta in rätt mängd ORS, eftersträvas vanligtvis IV-vätskebehandling. Antibiotika används i vissa fall, vanligtvis fluorokinoloner och tetracykliner .
Genom
V. cholerae (och Vibrionaceae i allmänhet) har två cirkulära kromosomer , tillsammans totalt 4 miljoner baspar av DNA- sekvens och 3 885 förutsagda gener . Generna för koleratoxin bärs av CTXphi (CTXφ), en tempererad bakteriofag som sätts in i V. cholerae- genomet. CTXφ kan överföra koleratoxingener från en V. cholerae -stam till en annan, en form av horisontell genöverföring . Generna för toxin samreglerad pilus kodas av Vibrio pathogenicity island (VPI), som är skild från profeten.
Den större första kromosomen är 3 Mbp lång med 2 770 öppna läsramar ( ORF). Den innehåller de avgörande generna för toxicitet, reglering av toxicitet och viktiga cellulära funktioner, såsom transkription och translation .
Den andra kromosomen är 1 Mbp lång med 1115 ORF. Det är fastställt att det skiljer sig från en plasmid eller megaplasmid på grund av inkluderingen av hushållning och andra väsentliga gener i genomet, inklusive essentiella gener för metabolism, värmechockproteiner och 16S rRNA- gener, som är ribosomala subenhetsgener som används för att spåra evolutionära relationer mellan bakterier. Också relevant för att avgöra om replikonen är en kromosom är huruvida den representerar en betydande andel av genomet, och kromosom 2 är 40 % av storleken av hela genomet. Och till skillnad från plasmider är kromosomer inte självöverförbara. Den andra kromosomen kan dock en gång ha varit en megaplasmid eftersom den innehåller några gener som vanligtvis finns på plasmider, inklusive ett P1-plastidliknande replikationsursprung .
Bakteriofag CTXφ
CTXφ (även kallad CTXphi) är en filamentös fag som innehåller generna för koleratoxin . Infektiösa CTXφ-partiklar produceras när V. cholerae infekterar människor. Fagpartiklar utsöndras från bakterieceller utan lys . När CTXφ infekterar V. cholerae -celler, integreras det i specifika platser på båda kromosomerna. Dessa platser innehåller ofta tandemmatriser av integrerad CTXφ- profag . Förutom ctxA- och ctxB -gener som kodar för koleratoxin, innehåller CTXφ åtta gener involverade i fagreproduktion, förpackning, utsöndring, integration och reglering. CTXφ-genomet är 6,9 kb långt.
Ekologi och epidemiologi
De huvudsakliga reservoarerna av V. cholerae är akvatiska källor som floder , bräckt vatten och flodmynningar , ofta i samband med copepoder eller andra zooplankton , skaldjur och vattenväxter.
Kolerainfektioner erhålls oftast från dricksvatten där V. cholerae finns naturligt eller i vilket det har införts från avföring från en smittad person. Kolera är mest sannolikt att hitta och spridas på platser med otillräcklig vattenrening, dålig sanitet och otillräcklig hygien. Andra vanliga fordon inkluderar rå eller dåligt tillagad fisk och skaldjur. Överföring från person till person är mycket osannolik, och tillfällig kontakt med en smittad person är ingen risk för att bli sjuk. V. cholerae trivs i en vattenmiljö , särskilt i ytvatten. Den primära kopplingen mellan människor och patogena stammar är genom vatten, särskilt i ekonomiskt reducerade områden som inte har bra vattenreningssystem.
Icke-patogena stammar finns också i vattenekologier. Den stora variationen av patogena och icke-patogena stammar som samexisterar i vattenmiljöer tros möjliggöra så många genetiska varianter. Genöverföring är ganska vanligt bland bakterier, och rekombination av olika V. cholerae gener kan leda till nya virulenta stammar.
Ett symbiotiskt förhållande mellan V. cholerae och Ruminococcus obeum har fastställts. R. obeum autoinducer undertrycker uttrycket av flera V. cholerae virulensfaktorer . Denna hämmande mekanism är sannolikt närvarande i andra tarmmikrobiotaarter vilket öppnar vägen för att bryta tarmmikrobiotan hos medlemmar i specifika samhällen som kan använda autoinducerare eller andra mekanismer för att begränsa kolonisering av V. cholerae eller andra enteropatogener .
Utbrott av kolera orsakar uppskattningsvis 120 000 dödsfall årligen över hela världen. Det har varit ungefär sju pandemier sedan 1817, den första. Dessa pandemier uppstod först på den indiska subkontinenten och spred sig.
Mångfald och evolution
Två serogrupper av V. cholerae , O1 och O139, orsakar utbrott av kolera. O1 orsakar majoriteten av utbrotten, medan O139 – först identifierades i Bangladesh 1992 – är begränsad till Sydostasien. Många andra serogrupper av V. cholerae , med eller utan koleratoxin-genen (inklusive de icke-toxigena stammarna av O1- och O139-serogrupperna), kan orsaka en koleraliknande sjukdom. Endast toxigena stammar av serogrupperna O1 och O139 har orsakat utbredda epidemier.
V. cholerae O1 har två biotyper, klassisk och El Tor , och varje biotyp har två distinkta serotyper, Inaba och Ogawa. Symptomen på infektion går inte att särskilja, även om fler personer som är smittade med El Tor-biotypen förblir asymtomatiska eller bara har en mild sjukdom. På senare år har infektioner med den klassiska biotypen av V. cholerae O1 blivit sällsynta och är begränsade till delar av Bangladesh och Indien . Nyligen har nya variantstammar upptäckts i flera delar av Asien och Afrika. Observationer tyder på att dessa stammar orsakar svårare kolera med högre dödlighetstal.
Naturlig genetisk transformation
V. cholerae kan induceras att bli kompetent för naturlig genetisk transformation när den odlas på kitin , en biopolymer som är riklig i vattenlevande livsmiljöer (t.ex. från kräftdjurs exoskelett). Naturlig genetisk transformation är en sexuell process som involverar DNA-överföring från en bakteriecell till en annan genom det mellanliggande mediet, och integreringen av donatorsekvensen i mottagargenomet genom homolog rekombination . Transformationskompetens hos V. cholerae stimuleras av ökad celltäthet åtföljd av näringsbegränsningar, minskad tillväxthastighet eller stress. V. cholerae -upptagningsmaskineriet involverar en kompetensinducerad pilus och ett konserverat DNA-bindande protein som fungerar som en spärr för att rulla in DNA i cytoplasman. Det finns två modeller för genetisk transformation, könshypotes och kompetenta bakterier.
Galleri
Diagram över bakterien, V. cholerae
Gulfärgade (sackarosjäsande) kolonier av Vibrio cholerae på TCBS-agar.
Transmissionselektronmikroskopbild av Vibrio cholerae som har blivit negativt färgad.
Se även
externa länkar
- Copepoder och kolera i obehandlat vatten
- Vibrio cholerae El Tor N16961 Genome Page
- [hmepage]
- Typstam av Vibrio cholerae vid Bac Dive - Bacterial Diversity Metadatabase
| Kolera |  |
|
|---|---|---|
Kolerabakterier _ |
||
| Behandling | ||
| Utbrott | ||
| Myndighetskontroll : Nationell |
|---|
