迟钝爱德华菌(Edwardsiella tarda简称Et)是目前在水产养殖中有极大危害的病原菌,在水产养殖中造成了巨大损失。是多种淡、海水养殖鱼类的一种重要病原菌。该菌是一种人兽共患菌。可从蛇、龟、鳄等冷血动物,以及鸟、臭鼬、猪等温血动物的肠内分离到,偶尔从腹泻患者的粪便和健康人的粪便、血液、尿中也能分离到Et。本文就Et研究进展作一综述。
1 Et的生物学性状
1.1 Et的分类地位Et属于肠杆菌科,爱德华菌属。1962年由Hoshina首次报道,与鳗鲡感染有关。
《伯杰氏鉴定细菌手册》第9版中关于爱德华菌属中记载有三个种:Et,鲇鱼爱德华菌(Edwardsiella ic—taluri),保科爱德华菌(Edwardsiella hoshinae)。其中Et属于人兽共患菌,鲇鱼爱德华菌一般只引起水生动物的感染。Grimont等人(1980)将能利用甘露醇、蔗糖和阿伯糖的Et株命名为Et生物I型,不利用这3种糖类的其他Et菌株为野生型,但多数分离株属于野生型。野生型Et可以产生硫化氢,且该型与动物和人的感染有关。
1.2 Et的主要特征本菌为革兰阴性短杆菌兼性厌氧,大小约(0.5—1)ixmx(1—3) m,无荚膜,不形成芽孢,靠周身鞭毛运动。生长温度为15-41℃ ,适宜pH值为5.5-9.0。在0—4%NaC1的培养基上培养24h后,形成圆形、灰白色、湿润、边缘整齐的菌落,直径0.5—1.0 mm。除个别菌株外均能在血平板上形成狭窄的B型溶血环。因该菌能产生硫化氢在麦康凯琼脂、木糖一赖氨基一去氧胆酸盐琼脂、DHL琼脂等肠道菌选择性培养基上形成中间为黑色、周边透明的小菌落。
1.3 Et的生化特性主要生化特性:硫化氢实验阳性(个别变异菌株为阴性),吲哚实验阳性(个别株该试验阴性),MR实验阳性,V.P实验阴性,氧化酶实验阴性,脂酶实验阴性等。在KCN肉汤中不生长,能分解葡萄糖、果糖和半乳糖等。
1.4 抗原结构O抗原:存在于细菌脂多糖层,具有属、种特异性。Vinogradov等对致病性Et脂多糖进行高分辨率磁共振波谱分析和质谱分析发现该菌脂多糖的O多糖部分由重复的2一乙酰氨基一2脱氧一D葡萄糖、2一乙酰氨基一2脱氧-D-半乳糖、D一半乳糖、L一鼠李糖、D一半乳糖醛酸和苏氨酸重复单位组成。Park等在血清学分析中根据O抗原将不同的Et分为A、B、c、D四个血清型;其中A型主要从鳗鱼。肾脏中分离所得而且致病力最强。H抗原:
存在于鞭毛蛋白。有免疫原性,发挥分子免疫活性的部位位于N末端的163个氨基酸残基 ;也能作为分子佐剂加强由该菌疫苗引起的特异性免疫反应。其他蛋白质抗原:Sakai等利用牙鲆的血清抗体以斑点免疫印迹和亲和层析法从Et中萃取出几种抗原,行分子量、等电点、N末端氨基酸序列分析等生化分析后确定为:热休克蛋白GroEL、3一磷酸甘油醛、外膜蛋白A、纤丝蛋白、30S核糖体蛋白S6、50S核糖体蛋白L9、冷休克蛋白、储碳蛋白。
2 Et的致病性研究
2.1 Et引起的宿主感染Et的地域范围呈世界性分布。该菌主要引起鳗鲡感染,导致鳗鲡爱德华菌病;此外该菌还可感染鲫、虹鳟、大菱鲆、大马哈鱼、黑鲈、鲻鱼、斑点叉尾鲴、鲤鱼等。由Et所引起的鱼类感染症,统称为“鱼类的爱德华菌病”。鳗赤鳍病、鳗臌胀病、鳗溃疡病、鳗肝肾病、鳗肝肾综合征等,都属于Et引起鳗鲡感染的不同类型。Et导致的鳗鲡感染,在白仔鳗人池开始摄食后就可能爆发,继之到黑仔鳗时自然感染的死亡率可达90%一95%。
Et的感染可发生于全年,高峰期多出现在水温25℃以上时。Et也能引起池养鳝鱼的“红头病”和渠道鲇鱼的“气中性腐烂病”。Et还可感染两栖动物蛙、鳖、大鲵 。也有报道Et引起哺乳动物海豹、海狮、浣熊等的感染。
Et是人类重要的机会致病菌,主要引起人的胃肠炎。渔民、农民及伐木工等为此菌的易感人群。
近年来国外报道该菌引起的腹泻病例日渐增多,特别是在发展中国家和热带地区,而我国少见。该菌引起的胃肠道感染一般表现为水样腹泻,也能导致、类皮肤软纪织感染、脑膜炎、新生儿多发性脑脓肿、肝脓肿、蜂窝组织炎、骨髓炎、心内膜炎等肠外感染。已罹患肝胆疾病、恶性肿瘤、糖尿病、C1酯酶缺陷等基础疾病是Et感染的易感因素 。人的Et肠外感染虽然少见,但能引起多种多样的临床表现,有的甚至是严重的或者致命的。
2.2 与致病性有关的物质 Et的致病因子包括产生溶血素、血凝素、载铁体、外毒素、过氧化氢酶、铁因子辅助的超氧化物歧化酶,抵抗宿主吞噬细胞和血清抗体介导的杀伤作用,Ⅲ型和Ⅵ型分泌系统辅助分泌毒性因子等。溶血素是爱德华菌的主要致病因子,溶血素相关的147KDa的EthA蛋白是Et入侵宿主所必须的,EthA删除的Et野生株入侵细胞的能力大幅度降低。Et存在两种溶血素:细胞结合性溶血素、细胞外穿孔溶血素,且溶血活性受环境影响表现不同。溶血素为一种不耐热蛋白质,但目前其致病机理仍不清楚。作用于红细胞的粘附素特称为血凝素,Et的鞭毛可能是粘附素。病原菌通过产生载体从宿主中获得铁,而铁是细菌在宿主内存活和增殖所需的重要元素,该菌突变所造成的载体合成缺陷会降低其致病性。该菌产生的外毒素有两种,一种能导致兔皮肤红斑,另一种能引起兔浮肿和溃疡性红斑。Et铁因子辅助的超氧化物歧化酶(FeSOD)由192个氨基酸残基组成,FeSOD在感染宿主后表达量立即显著升高,FeSOD缺陷的突变株对宿主吞噬细胞HO诱导的氧化应激的敏感性增加,抵抗宿主血清抗体和吞噬细胞介导的杀伤作用减弱,入侵宿主和在宿主内扩散能力减弱,在抑制宿主吞噬细胞的呼吸爆发活性和产生活性氧方面产生缺陷 。FeSOD通过抑制吞噬细胞介导的固有性免疫应答在Et的毒力方面起重要作用。waaL基因是EtO抗原连接酶基因,该基因的缺失会导致细菌对HO的敏感性升高,对宿主血清的抵抗力下降。
Ⅲ型和Ⅵ型分泌系统是大分子复合体,分泌系统将Et毒力因子分泌到周围环境中或者宿主体内,该系统也与溶血活性、抵抗宿主血清杀菌作用和粘附有关 。
2.3 与致病性有关的基因及致病物质Et中存在多个毒力基因,国际上利用分子杂交技术进行的研究发现。orfA、citC、fimA、gadB、katB、mukF、ssrB基因只出现在Et有毒株中。orfA可能编码一种重要的分泌蛋白或者膜蛋白,orfA基因失活的突变株对蓝鳗的LD比野生株高2.2—2.7个log单位。citC是柠檬酸裂和酶操纵子5个基因中的一个,该操纵子编码的酶协助裂解柠檬酸成草酰乙酸和乙酰辅酶。fimA基因有534bp,编码19.3kDa的菌毛;有粘附和入侵宿主作用,且能使红细胞凝集,它使红细胞凝集的活性不受D一甘露糖抑制,而被胎球蛋白和N一乙酰神经氨酸抑制。gadB在细菌抵抗吞噬细胞介导的杀伤作用中发挥重要作用,EtgadB基因的插入失活导致了该菌株体内试验的毒力下降和体外实验抗酸性活性的消失。Et分泌三种不同的过氧化氢酶(katl一3),katB(kat1)通常只出现在有毒株中,KatB编码的过氧化氢酶能抵抗HO和吞噬细胞介导的杀菌作用;katB基因失活的突变株不能在宿主吞噬细胞丰富的器官中存活、增殖。细菌凝集蛋白MukB—MukE—MukF复合体是染色质浓缩的关键中介物质,mukF基因敲除的Et突变株毒力降低,对蓝鳗的LD比野生株高1.6个log单位。
Et的Ⅲ型和Ⅵ型分泌系统传递致病因子到宿主细胞和周围环境中。Ⅲ型分泌系统由35个开放阅读框组成,被分为4类:即输送装置蛋白(EsaC,EsaB,EsaD等)编码序列、效应蛋白(EseB,EseC,EseD EseG等)编码序列、伴侣蛋白(EscA,EscB)编码序列和调节蛋白(EsrA,EsrB,EsrC)编码序列;Es—eB的分泌可能是Et间自动聚集所必须的;EseC,EseD可能影响EseB有关附加物的合成,因而影响细菌的自身聚集;EscA可能是EseB、EseC、EseD蛋白分泌所必须的分子伴侣。当EseG在宿主细胞膜过度表达时能拆卸微管的结构。Et的Ⅲ型分泌系统受esrA-esrB二组分系统调控。EsrC调控Ⅲ型分泌系统编码的分泌蛋白的表达,而esrC的表达也受esrA—esrB二组分系统的调控。esrB基因使Et能在宿主细胞内存活并越过宿主的防御屏障。
迟钝爱德华的Ⅵ型分泌系统包括该菌的部分独立蛋白基因簇和两个分泌蛋白EvpL和EvpP,EvpP缺失的突变株溶血活性降低、抵抗宿主血清抗体杀伤作用下降、失去粘附能力、且不能在宿主体内尤其是免疫器官中增殖。
Et的腺嘌呤甲基化酶基因(dam)也与致病性有关,用反义RNA干扰腺嘌呤甲基化酶基因(dam)使其表达降低,能导致细菌毒力的明显降低而且影响一些应激反应:自发突变、紫外线辐射损伤修复、暴多个毒力基因,国际上利用分子杂交技术进行的研究发现。orfA、citC、fimA、gadB、katB、mukF、ssrB基因只出现在Et有毒株中。orfA可能编码一种重要的分泌蛋白或者膜蛋白,orfA基因失活的突变株对蓝鳗的LD比野生株高2.2—2.7个log单位。citC是柠檬酸裂和酶操纵子5个基因中的一个,该操纵子编码的酶协助裂解柠檬酸成草酰乙酸和乙酰辅酶。fimA基因有534bp,编码19.3kDa的菌毛;有粘附和入侵宿主作用,且能使红细胞凝集,它使红细胞凝集的活性不受D一甘露糖抑制,而被胎球蛋白和N一乙酰神经氨酸抑制。gadB在细菌抵抗吞噬细胞介导的杀伤作用中发挥重要作用,EtgadB基因的插入失活导致了该菌株体内试验的毒力下降和体外实验抗酸性活性的消失。Et分泌三种不同的过氧化氢酶(katl一3),katB(kat1)通常只出现在有毒株中,KatB编码的过氧化氢酶能抵抗HO和吞噬细胞介导的杀菌作用;katB基因失活的突变株不能在宿主吞噬细胞丰富的器官中存活、增殖。细菌凝集蛋白MukB—MukE—MukF复合体是染色质浓缩的关键中介物质,mukF基因敲除的Et突变株毒力降低,对蓝鳗的LD比野生株高1.6个log单位。
Et的Ⅲ型和Ⅵ型分泌系统传递致病因子到宿主细胞和周围环境中。Ⅲ型分泌系统由35个开放阅读框组成,被分为4类:即输送装置蛋白(EsaC,EsaB,EsaD等)编码序列、效应蛋白(EseB,EseC,EseD EseG等)编码序列、伴侣蛋白(EscA,EscB)编码序列和调节蛋白(EsrA,EsrB,EsrC)编码序列;Es—eB的分泌可能是Et间自动聚集所必须的;EseC,EseD可能影响EseB有关附加物的合成,因而影响细菌的自身聚集;EscA可能是EseB、EseC、EseD蛋白分泌所必须的分子伴侣。当EseG在宿主细胞膜过度表达时能拆卸微管的结构 。Et的Ⅲ型分泌系统受esrA-esrB二组分系统调控。EsrC调控Ⅲ型分泌系统编码的分泌蛋白的表达,而esrC的表达也受esrA—esrB二组分系统的调控。esrB基因使Et能在宿主细胞内存活并越过宿主的防御屏障。
迟钝爱德华的Ⅵ型分泌系统包括该菌的部分独立蛋白基因簇和两个分泌蛋白EvpL和EvpP,EvpP缺失的突变株溶血活性降低、抵抗宿主血清抗体杀伤作用下降、失去粘附能力、且不能在宿主体内尤其是免疫器官中增殖。
Et的腺嘌呤甲基化酶基因(dam)也与致病性有关,用反义RNA干扰腺嘌呤甲基化酶基因(dam)使其表达降低,能导致细菌毒力的明显降低而且影响一些应激反应:自发突变、紫外线辐射损伤修复、暴露于HO后损伤修复、结合宿主黏液、在宿主血液和肝中播散。QseBC系统控制感染宿主的Et鞭毛运动、菌毛导引起的血凝和细胞内毒力 。
3 Et的检测及感染防治
3.1 Et的检测 常规细菌学检测上同时采用麦慷凯鉴别培养基及l 1项生化指标可检测Et。微生物全自动分析仪、环媒恒温扩增技术、毛细管电泳也可用于Et的检测。Castro等人发现Et的etfD引物能扩增所有的Et无假阳性反应,且该反应所需的Et量仅为300个。
Et有毒株检测,溶血素检测和用Dot-ELISA方法检验Et胞外产物(ECP),这两项指标其中一项为阳性可认为被检菌株有致病性。Et的毒力基因也可作为检测Et的生物学标记,如EtⅢ型分泌系统的esaV基因可筛选该菌的致病。
3.2 化学治疗多种抗生素类药物对于Et感染都是有效的,如头孢唑啉、头孢噻肟、头孢曲松、氨曲南、新霉素、丁胺卡那霉素、诺氟沙星、复方新诺明、呋喃妥因等2O种抗生素都是Et的敏感抗生素。抗生素虽然在短期内可以起到明显的疗效,但能引起病原的耐药性。
经铜离子处理过的Et与野生株相比菌膜形成能力和浮游性降低,粘附宿主和在宿主中扩散能力受损,延长在铜中暴露的时间会使该菌毒力明显降低。
3.3 免疫学治疗法EtLPS粗提物、纯化的去掉类脂A的多糖和脱脂的菌体细胞对鳗有保护作用。
抗Et单抗,可以显著提高牙鲆抵抗该病原的能力,延长存活时间。口服免疫了Et菌影细胞后的小鼠该菌攻击后的存活率比免疫福尔马林灭活全菌组的小鼠存活率高。丝氨酸蛋白酶DegP也是一种保护性免疫原,接种EtDegP后能引起鱼特异性抗体和强烈的免疫方应 引。Et保守的37 kDa的外膜蛋白是一种有效的候选疫苗,Kawai K等实验发现免疫了Et保守的37 kDa的外膜蛋白的牙鲆鱼对不同血清型Et的感染有显著的保护作用。Et无毒菌株免疫后的牙鲆行Et毒力株攻击,与对照组相比能明显提高存活率。重组的Et磷酸甘油醛脱氢酶能有效保护实验的牙鲆免受Et感染。Et的Esal蛋白包含795个氨基酸残基,定位于该菌外膜蛋白并控制其主要结构,是细菌表面结构的保守区;Esal蛋白是一种保护性免疫原而且是一种有效的口服疫苗。
Et重组的EseD能引起被免疫的宿主血清高滴度抗体和保护性蛋白的产生。
3.4 其他研究发现许多营养成分对于养殖动物的免疫力都有重要的影响。饲料中添加B一1,3葡聚糖、左旋咪唑、维生素c和维生素E均可增加抵抗Et的能力,降低死亡率。含LFB—GFP(乳铁蛋白肽融合绿色荧光蛋白)的转基因斑马鱼卵作为食物添加剂能增强鱼抵抗大肠杆菌、Et和嗜水气单胞菌等抗病性 。
利用微生物之间的相互关系,寻找能够对有害微生物的生长繁殖起到抑制作用而对养殖动物的生长有利的微生物加到养殖环境中,改变养殖环境中微生物群系的结构,能起到长期的有效的防治病害的作用。Wu&Chao(1982)发现了一种针对Et噬菌体ET一1,对该菌有很强的杀灭作用。
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