肠球菌在动物生产中的潜在风险

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　　摘要：虽然肠球菌在动物生产中的应用比较广泛，但是，作为肠道共生菌群，肠球菌也与很多人畜疾病相关，被认为是很多人畜疾病的主要病原体。本文总结了肠球菌引起的人畜疾病以及携带的致病基因和耐药基因，并通过基因组水平的筛查在37株肠球菌基因组中发现了大量的致病基因和耐药性基因。这表明了作为致病基因和耐药基因的载体，肠球菌应用于动物生产中的潜在风险是十分巨大的，提醒我们在畜牧业生产中对肠球菌的使用要十分小心。
　　关键词：乳酸菌；肠球菌；微生态
　　作为一种重要的乳酸菌，肠球菌在动物生产，特别是动物微生态方面的应用比较广泛。它可以通过调节机体免疫，提高采食量，降低腹泻率和改善肠道内环境等来促进动物健康，在畜牧生产中具有重要作用。但是，作为肠道共生菌群，肠球菌通过基因水平转移等方式获得致病因子的风险也在不断增加，目前已经发现很多疾病与肠球菌相关。同时，由于人类对抗生素的大量使用，肠球菌已经对多种抗生素具有了耐药性，特别是万古霉素。自上世纪八十年代欧洲首次发现对万古霉素具有耐药性的肠球菌以来，对万古霉素耐药的肠球菌已经在全球范围内多次发现。目前，肠球菌已经成为一类主要的医院内病原体（Nosocomial pathogens）。因此，肠球菌在动物生产中的潜在风险还是十分巨大的，一旦由肠球菌引起动物感染，很可能会对畜牧生产造成难以估量的损失。
　　1 肠球菌的基本特征及分布
　　肠球菌细胞呈球形或卵圆形，革兰氏阳性，不生孢子，无荚膜，部分有稀疏的鞭毛。绝大多数肠球菌细胞无运动性，可以在10～45℃和6.5%的NaCI溶液中生长。在液体培养基中以个体、成对、短链或成簇存在。
　　肠球菌最早分离自人和哺乳动物肠道，是人和哺乳动物肠道菌群的重要组成。但是，随着研究的不断深入，我们发现肠球菌广泛的分布于自然界的各种生态环境中。除了人和哺乳动物，肠球菌还是鸟类、昆虫等动物肠道菌群中的重要组成部分。除此之外，肠球菌还广泛存在于各种发酵食品以及植物、水和土壤等自然环境中。
　　2 肠球菌引起的人畜疾病
　　作为一类主要的医院内病原体，肠球菌感染患者的死亡率高达61%。其中，E.faecalis和E.faecium是人感染肠球菌的主要病原体，80%～ 900/0的肠球菌感染是由E.faecalis引起的。肠球菌感染引起的疾病主要包括：菌血症、感染性心内膜炎、尿路感染、中枢神经系统感染和皮肤感染等。在美国，18%的血液感染是由肠球菌引起的，肠球菌已经成为最主要的菌血症病原体之一。此外，肠球菌还是感染性心内膜炎和尿路感染的主要病原体，分别有5%～20%和15%的感染性心内膜炎和尿路感染是肠球菌引起的。肠球菌引起的中枢神经系统感染常发生于患有严重血液病，肺病和心脏病的老年患者中。褥疮和足部溃疡患处常可以分离到肠球菌，表明肠球菌还是一些皮肤感染疾病的病原体。
　　除了对人类的影响，肠球菌还是许多畜禽传染病的主要病原体。1975年，英国暴发了猪脑膜炎疫情，科学家确定肠球菌是猪脑膜炎的病原体。E.villorum是引起仔猪腹泻的主要病原体，2014年在丹麦暴发的仔猪腹泻疫情中，检出的肠球菌总数是正常仔猪的24倍。E.cecorum可以引起家禽脊柱炎和股骨头坏死，近年来在北美和德国先后暴发了由E.cecorum引起的肉鸡大规模感染。2013年，在意大利撒丁岛爆发了由E.faecalis引起的绵羊乳腺炎疫情，首次发现E.faecalis可以引起绵羊乳腺炎。此外，肠球菌还是奶牛乳房炎和肾盂肾炎的主要病原体。
　　3 肠球菌中常见的毒力因子和致病基因
　　为了揭示肠球菌在动物生产上存在的潜在风险，内蒙古农业大学“乳品生物技术与工程”教育部重点实验室利用Illumina Miseq高通量测序平台完成了29株肠球菌模式株的全基因组测序，结合Genbank数据库中已经完成基因组测序的8株肠球菌，共对37株肠球菌基因组中存在的毒力因子，致病基因和耐药性基因进行了基因组层面的研究。
　　通过与毒力因子数据库VFDB（http：//www.mgc.ac.cn/VFs/main.htm）的比对分析，我们在37株肠球菌基因组中共找到了74个与细菌致病性相关的基因，平均每个基因组中含有13个致病基因。从功能来看，肠球菌致病基因的功能主要有粘附作用、入侵作用、抗吞噬作用、应激蛋白和胞外酶等。
　　与细胞粘附相关的基因主要有ace、esp和efaA等。其中，基因ace（Adhesin to Collagen ofE.faecalis）在粪肠球菌中十分保守。Ace蛋白含有一个LPXTG元件，它可以与细胞膜上的I型胶原蛋白，Ⅳ型胶原蛋白和层粘连蛋白发生交联作用，从而使肠球菌稳定的粘附于细胞膜上。基因esp编码胞外表面蛋白（Enterococcal Surface Protein）。该基因在E faecalis致病株中发现的频率很高，被认为可以促进E.faecalis在肠上皮细胞的粘附，还与肠道定殖和抵御宿主免疫系统的攻击相关。基因efaA编码一种ABC转运体，是efaCBA操纵子基因。由于它的氨基酸序列和一类细胞粘附素基因的同源性达到550/0～ 600/0，所以efaA被认为与肠球菌的粘附作用相关。
　　与入侵作用相关的基因主要包括水解酶，如透明质酸酶，白明胶酶和丝氨酸蛋白酶等。这些水解酶被认为可以破坏宿主细胞的组织，从而帮助肠球菌侵入到细胞内部。其中，透明质酸酶作用于透明质酸，它可以使宿主结缔组织的粘多糖发生解聚作用，从而方便肠球菌及其毒力因子进入到宿主细胞内部。白明胶酶和丝氨酸蛋白酶的主要作用是为致病菌株降解宿主细胞提供所需要的营养物质，同时也与菌株生物膜的形成相关。
　　除此之外，肠球菌还可以直接分泌毒力因子。肠球菌分泌的主要的细菌毒素为细胞融素（Cytolysin）。细菌融素的靶细胞主要包括红细胞，中性粒细胞，巨噬细胞，以及多种革兰氏阳性菌，但是对革兰氏阴性菌无效。
　　4 肠球菌中常见的耐药基因
　　除了致病基因，我们在37株肠球菌基因组中还发现了耐药性基因（表1）。其中菌株E. faecium Aus0085和E.faecium Aus0004具有一套比较完整的万古霉素抗性基因，包括vanA、vanZ、vanW、vanX、vanH和vanR。而这两株E.faecium是医院内感染的病原菌，具有万古霉素抗性。我们还在E.caccae DSM 19114中发现了vanW、vanS和vanR。E.caccae DSM 19114分离自人的粪便，也是一株致病菌。此外，我们在一些肠球菌基因组中还发现了四环素和氟喹诺酮类的抗性基因。如，基因TetM、Tet0和Lde等，表明这些菌株可能对四环素和氟喹诺酮类药物具有耐药性。
　　5 小结
　　本文从基因组水平全面研究了肠球菌属34个种的37株肠球菌基因组中的致病基因和耐药性基因，总结了肠球菌中常见的毒力因子，致病基因和耐药基因。结果表明，作为大量致病基因和耐药基因的载体，肠球菌在动物生产中的应用是具有很大风险的，一旦由致病性的肠球菌引发某种传染病，很可能会出现无药可治的局面，进而引发大规模感染，这将会对畜牧业生产带来无法挽回的损失。
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