? ? ? ? ?今天介紹的細菌是鏈球菌(Streptococcus)。

簡介

? ? ? ? 鏈球菌是革蘭氏陽性球菌的一個屬，屬于鏈球菌科，屬于厚壁菌門中的乳酸桿菌。鏈球菌中的細胞分裂沿單個軸發(fā)生，因此隨著它們的生長，它們傾向于形成可能看起來彎曲或扭曲的成對或鏈。這與葡萄球菌不同，葡萄球菌沿多個軸分裂，從而產(chǎn)生不規(guī)則的葡萄狀細胞簇。大多數(shù)鏈球菌是氧化酶陰性和過氧化氫酶陰性，并且許多是兼性厭氧菌(能夠在有氧和厭氧條件下生長)。

? ? ? ? 鏈球菌是由維也納外科醫(yī)生 Albert Theodor Billroth(1829–1894)于1877年通過結(jié)合前綴“strepto-”，連同后綴“-coccus”而創(chuàng)造。1984 年，許多細菌以前被歸類為鏈球菌屬的細菌被重新分離為腸球菌屬和乳球菌屬。目前，該屬共有50多個物種。該屬已被發(fā)現(xiàn)是唾液微生物組的一部分。

致病性

? ? ? ? 除了鏈球菌性咽炎(鏈球菌性咽喉炎)外，某些鏈球菌屬導致許多紅眼病、腦膜炎、細菌性肺炎、心內(nèi)膜炎、丹毒和壞死性筋膜炎(“食肉”細菌感染)。 然而，許多鏈球菌是口腔、皮膚、腸道和上呼吸道共生微生物群的一部分。鏈球菌也是生產(chǎn)Emmentaler(一種瑞士奶酪，我估計味道會很……)的必要成分。

? ? ? ? 鏈球菌屬根據(jù)其溶血特性進行分類，α-溶血會導致紅細胞內(nèi)血紅蛋白分子中的鐵氧化，使其在血瓊脂上呈綠色；β-溶血導致紅細胞完全破裂。在血瓊脂上，這表現(xiàn)為細菌菌落周圍沒有血細胞的廣闊區(qū)域；γ-溶血不會引起溶血。?

? ? ? ??β-溶血性鏈球菌通過Lancefield分組進一步分類，這是一種血清型分類(即描述細菌細胞壁上存在的特定碳水化合物)。描述的 21 種血清型被命名為Lancefield組A至W(不包括I和J)。該分類系統(tǒng)由洛克菲勒大學的科學家麗貝卡·蘭斯菲爾德(Rebecca Lancefield)發(fā)明。?

? ? ? ? 在醫(yī)療環(huán)境中，最重要的是α-溶血性鏈球菌中的肺炎鏈球菌和草綠色鏈球菌組，以及蘭斯菲爾德A組和B組(也稱為“A組鏈球菌”和“B組鏈球菌”的 β-溶血鏈球菌)。

α溶血

? ? ? ??當存在α-溶血時，由于血紅蛋白轉(zhuǎn)化為綠色膽綠素，菌落下的瓊脂會呈暗綠色。 肺炎鏈球菌和一組口腔鏈球菌(草綠色鏈球菌或綠色鏈球菌)顯示α-溶血。α-溶血也稱為不完全溶血或部分溶血，因為紅細胞的細胞膜完好無損。 由于瓊脂的顏色變化，這種變化有時也稱為草綠色溶血。

肺炎鏈球菌

? ? ? ? 肺炎鏈球菌(有時稱為肺炎球菌)是細菌性肺炎的主要原因，偶爾也會引起中耳炎、鼻竇炎、腦膜炎和腹膜炎。 炎癥被認為是肺炎球菌引起疾病的主要原因，因此與它們相關(guān)的診斷傾向于涉及炎癥。

草綠色鏈球菌

? ? ? ? 草綠色鏈球菌是一大群共生細菌，它們要么是α-溶血性——在血瓊脂平板上產(chǎn)生綠色，因此得名“viridans”，(viridans來自拉丁語v?r?dis，意為綠色)要么是非溶血性的——沒有蘭斯菲爾德抗原。

β溶血

? ? ? ?β-溶血，有時也稱為完全溶血，是集落周圍和下方培養(yǎng)基中紅細胞的完全溶解：該區(qū)域變亮（黃色）和透明。 鏈球菌溶血素是一種外毒素，是由細菌產(chǎn)生的酶，可導致紅細胞完全裂解。 鏈球菌溶血素有兩種類型：鏈球菌溶血素 O(SLO)和鏈球菌溶血素S(SLS)。 鏈球菌溶血素 O是一種氧敏感性細胞毒素，由大多數(shù)A組鏈球菌(GAS)分泌，與真核細胞(主要是紅細胞和白細胞、巨噬細胞和血小板)膜中的膽固醇相互作用，通常導致β-溶血。在血瓊脂表面下，鏈球菌溶血素S是一種氧穩(wěn)定的細胞毒素，也由大多數(shù)GAS菌株產(chǎn)生，導致血瓊脂表面的清除。SLS影響免疫細胞，包括多形核白細胞和淋巴細胞，并被認為可以防止宿主免疫系統(tǒng)清除感染，化膿性鏈球菌或GAS顯示β溶血。

? ? ? ? 當與葡萄球菌菌株一起生長時，一些弱β-溶血性物種會引起強烈溶血。 這稱為CAMP測試。無乳鏈球菌表現(xiàn)出這種特性。產(chǎn)氣莢膜梭菌可以通過該測試推測性地識別。單核細胞增生李斯特菌在羊血瓊脂上也呈陽性。

A組鏈球菌

? ? ?? A組化膿性鏈球菌是多種A組鏈球菌感染(GAS)的病原體。這些感染可能是非侵入性的或侵入性的。非侵入性感染往往更常見且不太嚴重。 這些感染中最常見的包括鏈球菌性咽炎(鏈球菌性咽喉炎)和膿皰病。猩紅熱也是一種非侵入性感染，但近年來并不常見。

? ? ? ? 由A組β-溶血性鏈球菌引起的侵襲性感染往往更嚴重且不太常見。當細菌能夠感染它通常不會被發(fā)現(xiàn)的區(qū)域(例如血液和器官)時，就會發(fā)生這種情況?？赡芤鸬募膊“ㄦ溓蚓卸拘孕菘司C合征、壞死性筋膜炎、肺炎和菌血癥。 在全球范圍內(nèi)，據(jù)估計，GAS每年導致超過500000人死亡，使其成為世界上主要的病原體之一。?

? ? ? ? 其他并發(fā)癥可能由GAS引起，即急性風濕熱和急性腎小球腎炎。風濕熱是一種影響關(guān)節(jié)、腎臟和心臟瓣膜的疾病，是未經(jīng)治療的A組鏈球菌感染的結(jié)果，而不是由細菌本身引起的。 風濕熱是由免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的抗體與體內(nèi)其他蛋白質(zhì)發(fā)生交叉反應(yīng)來抵抗感染引起的。 這種“交叉反應(yīng)”導致身體本質(zhì)上攻擊自己并導致上述損害。 由A組β-溶血性鏈球菌(GABHS)感染引發(fā)的類似自身免疫機制被假設(shè)會導致鏈球菌感染相關(guān)的兒科自身免疫性神經(jīng)精神疾病——熊貓病(Pediatric Autoimmune Neuropsychiatric Disorders Associated with Streptococcal infections，PANDAS)，其中自身免疫抗體影響基底神經(jīng)節(jié)，導致精神、運動、睡眠和其他兒科患者的癥狀。

? ? ? ?GAS感染通常通過快速鏈球菌檢測或培養(yǎng)來診斷。

B組鏈球菌

? ? ? ? 無乳鏈球菌或B組鏈球菌，可引起新生兒和老年人的肺炎和腦膜炎，偶爾伴有全身性菌血癥。 重要的是，無乳鏈球菌是1個月至3個月大嬰兒腦膜炎的最常見原因。 它們還可以在腸道和女性**道上定植，增加懷孕期間胎膜早破的風險，并將有機體傳播給嬰兒。美國婦產(chǎn)科學院、美國兒科學會和疾病控制中心建議所有妊娠35~37周的孕婦進行GBS檢測。檢測呈陽性的婦女應(yīng)在分娩期間給予預(yù)防性抗生素，這通?？梢苑乐箓魅窘o嬰兒。?

? ? ? ? 英國選擇采用基于風險因素的協(xié)議，而不是美國遵循的基于文化的協(xié)議。 目前的指南指出，如果存在以下一種或多種危險因素，則應(yīng)使用產(chǎn)時抗生素治療該婦女：

?1.早產(chǎn)(<37 周)

?2.膜長時間破裂(>18小時)

?3.產(chǎn)時發(fā)熱(≥38°C)

?4.先前嬰兒的GBS病史

?5.這次懷孕期間的GBS菌尿

? ? ? ? 該方案導致15-20%的孕婦在產(chǎn)時使用抗生素，并預(yù)防65-70%的早發(fā)GBS敗血癥病例。

C組鏈球菌

? ? ? ?該組包括馬鏈球菌(S. equi)和獸疫鏈球菌(S. zooepidemicus)——馬鏈球菌是祖先獸疫鏈球菌的克隆后代或生物變種——它會導致多種哺乳動物感染，包括牛和馬。停乳鏈球菌(S.dysgalactiae)也是C組的成員，β-溶血性鏈球菌可引起咽炎和其他類似于A組鏈球菌的化膿性感染

D組鏈球菌(腸球菌)

? ? ? ? 許多以前的D組鏈球菌已被重新分類并歸入腸球菌屬(包括糞腸球菌、屎腸球菌、堅韌腸球菌和鳥腸球菌)。糞腸球菌有時是α-溶血性的，而屎腸球菌有時是β-溶血性的。

? ? ? ? 其余的非腸球菌D組菌株包括解沒食子酸鏈球菌(Streptococcus gallolyticus)、牛鏈球菌(Streptococcus bovis)和馬腸鏈球菌(Streptococcus equinus)。

? ? ? ? 非溶血性鏈球菌很少引起疾病。然而，弱溶血性D組β-溶血性鏈球菌和單核細胞增生李斯特菌(實際上是一種革蘭氏陽性桿菌)不應(yīng)與非溶血性鏈球菌混淆。

F組鏈球菌

? ? ? ? 1934年，Long和Bliss在“微小溶血性鏈球菌”中首次描述了F組鏈球菌。它們也被稱為心絞痛鏈球菌(根據(jù)Lancefield分類系統(tǒng))或作為米勒鏈球菌(S. milleri)組的成員。

G組鏈球菌

? ? ? ? 這些鏈球菌通常是不完全β溶血。停乳鏈球菌是常見的主要物種，特別是在人類疾病中。犬鏈球菌(S. canis)是GGS的一個例子，它通常在動物身上發(fā)現(xiàn)，但會導致人類感染。海豹鏈球菌(S. phocae)已在海洋哺乳動物和海洋魚類物種中發(fā)現(xiàn)。在海洋哺乳動物中，它主要與腦膜炎、敗血癥和心內(nèi)膜炎有關(guān)，但也與許多其他病理有關(guān)。其在海洋哺乳動物中的環(huán)境儲存庫和傳播方式尚未得到很好的表征。

H組鏈球菌

? ? ? ? H組鏈球菌在中型犬科動物中引起感染。H組鏈球菌很少引起人類疾病，除非人類直接接觸犬的嘴巴。 最常見的傳播方式之一是人與犬的口對口接觸。 然而，犬科動物可能會舔人的手，感染也會傳播。

分子生物學

? ? ? ? 鏈球菌根據(jù)其16S rDNA序列分為六組：S. anginosus、S. gallolyticus、S. mitis、S. mutans、S. pyogenes和S. salivarius。16S 組已通過全基因組測序得到證實。 重要病原體肺炎鏈球菌和化膿性鏈球菌分別屬于輕度鏈球菌和化膿鏈球菌，而齲齒的病原體變形鏈球菌是鏈球菌群的基礎(chǔ)。

? ? ? ?最近的技術(shù)進步導致鏈球菌屬物種的可用基因組序列增加，從而可以進行更強大和可靠的系統(tǒng)發(fā)育和比較基因組分析。2018年，Patel 和Gupta通過分析基于四個不同蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)集構(gòu)建的綜合系統(tǒng)發(fā)育樹，并鑒定出134個高度特異性的分子特征(以保守特征插入缺失的形式)，重新審視了鏈球菌內(nèi)部的進化關(guān)系。? 由整個屬或其不同的分支完全共享。

? ? ? ? 結(jié)果揭示了鏈球菌中最高水平的兩個主要進化枝的存在，稱為“Mitis-Suis”和“Pygogenes-Equinus-Mutans”進化枝?！癕itis-Suis”主要分支包括Suis子分支和Mitis分支，后者包括Angiosus、Pneumoniae、Gordonii 和 Parasanguinis子分支。 第二個主要分支，“Pygogenes-Equinus-Mutans”，包括Pyogenes、Mutans、Salivarius、Equinus、Sobrinus、Halotolerans、Porci、Entericus和Orisratti子分支。 總共在鏈球菌屬內(nèi)鑒定了 14 個不同的亞支，每個支系都得到了系統(tǒng)發(fā)育樹中可靠的分支模式的支持，并且在不同蛋白質(zhì)中存在多個保守的簽名插入缺失，這些都是這 14 支進化枝成員的獨特特征。

基因組

? ? ? ?大多數(shù)鏈球菌基因組的大小為1.8至2.3Mb，編碼1700至2300個蛋白質(zhì)。其中，化膿鏈球菌、無乳鏈球菌、肺炎鏈球菌和變形鏈球菌具有約 70%的平均成對蛋白質(zhì)序列同一性。

鏈球菌噬菌體

?? ? ? ?已經(jīng)描述了許多種鏈球菌的噬菌體。 在肺炎鏈球菌中已經(jīng)描述了18個原噬菌體，它們的大小從38到41kb不等，每個編碼42到66個基因。一些最早發(fā)現(xiàn)的鏈球菌噬菌體是Dp1和ω1。1981年，鏈球菌噬菌體Cp1被發(fā)現(xiàn)，其中Cp1作為其第一個成員。Dp1和Cp1感染肺炎鏈球菌和緩癥鏈球菌。然而，大多數(shù)鏈球菌噬菌體的宿主范圍尚未得到系統(tǒng)研究。

自然轉(zhuǎn)化

? ? ? ? 自然遺傳轉(zhuǎn)化涉及通過周圍介質(zhì)將 DNA 從一種細菌轉(zhuǎn)移到另一種細菌。轉(zhuǎn)化是一個復(fù)雜的過程，依賴于眾多基因的表達。 為了能夠進行轉(zhuǎn)化，細菌必須進入一種稱為能力的特殊生理狀態(tài)。肺炎鏈球菌、緩癥鏈球菌和口腔鏈球菌可以變得有能力，因此通過掠奪性自相殘殺機制積極獲取同源DNA進行轉(zhuǎn)化。這種自相殘殺機制主要利用存在于同一生態(tài)位中的無能力兄弟姐妹。在肺炎鏈球菌的高度感受態(tài)分離株中，Li 等人表明鼻腔定植適應(yīng)性和毒力(肺感染性)取決于完整的能力系統(tǒng)。能力可能允許鏈球菌病原體使用外部同源 DNA 重組修復(fù)宿主氧化攻擊引起的 DNA 損傷。

CRISPR/CAS9

? ? ? ?研究人員研究了一種來自化膿鏈球菌的CRISPR Cas9系統(tǒng)，簡稱SpCas9。Cas9核酸內(nèi)切酶是一個四組分系統(tǒng)，包括兩個小分子：crRNA和反式激活CRISPR RNA(tracrRNA)。Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier通過將兩個RNA分子融合到一個“單導向RNA”中，將Cas9核酸內(nèi)切酶重新設(shè)計成一個更易于管理的雙組分系統(tǒng)，當與Cas9結(jié)合時，可以發(fā)現(xiàn)并切割由引導RNA指定的DNA靶點。這一貢獻意義重大，因此在2020年獲得諾貝爾化學獎。通過操縱導向RNA的核苷酸序列，人工Cas9系統(tǒng)可以被編程為針對任何DNA序列進行切割。另一組合作者包括Virginijus ?ik?nys和Gasiūnas、Barrangou和Horvath表明，嗜熱鏈球菌CRISPR系統(tǒng)中的Cas9也可以通過改變其crRNA序列來重新編程，以其選擇的位點為靶點。這些進步推動了用改良的CRISPR-Cas9系統(tǒng)編輯基因組的努力。

? ? ? ? 張峰和喬治·丘奇領(lǐng)導的研究小組同時發(fā)表了首次使用CRISPR-Cas9在人類細胞培養(yǎng)中編輯基因組的描述。此后，它已被廣泛用于各種生物體，包括面包酵母(Saccharomyces cerevisiae)、白色念珠菌(Candida albicans)、斑馬魚(Danio rerio)、果蠅(Drosophila melanogaster)、螞蟻(Harpegnathos saltator與Ooceraea biroi)、蚊子(埃及伊蚊)、線蟲(Caenorhabditis elegans)、植物、小鼠(Mus musus domesticus)、猴子和人類胚胎。

? ? ? ? CRISPR已經(jīng)被修飾成可編程轉(zhuǎn)錄因子，使科學家能夠靶向并激活或沉默特定基因。

? ? ? ? CRISPR-Cas9系統(tǒng)已經(jīng)證明能夠在人類三核合子中進行有效的基因編輯，中國科學家P.Liang和Y.Xu在2015年的一篇論文中首次描述了這一點。該系統(tǒng)在54個胚胎中的28個成功切割了突變型β-血紅蛋白(HBB)。28個胚胎中有4個使用科學家提供的供體模板成功重組?？茖W家們發(fā)現(xiàn)，在斷裂鏈的DNA重組過程中，同源內(nèi)源性序列HBD與外源供體模板競爭。人類胚胎中的DNA修復(fù)比衍生干細胞中的DNA修復(fù)更為復(fù)雜和特殊。