VIBRIO CHOLERAE: KARAKTERISTIKA, MORFOLOGI, HABITAT - BIOLOGI - 2025

Vibrio cholerae er en fakultativ, flagellat, gram-negativ anaerob bakterie. Arten er årsagen til kolera sygdom hos mennesker. Denne tarmsygdom forårsager svær diarré og kan forårsage død, hvis den ikke passe godt. Det forårsager mere end 100.000 dødsfald om året, størstedelen hos børn.

Kolera overføres gennem forurenet mad og vand eller gennem kontakt mellem personer. Behandling inkluderer rehydratiseringsterapi og specifik antibiotika. Der er relativt vellykkede orale vacciner.

Vibrio cholerae set under et transmissionselektronmikroskop. Af Tom Kirn, Ron Taylor, Louisa Howard - Dartmouth Electron Microscope Facility (http://remf.dartmouth.edu/imagesindex.html), via Wikimedia Commons

Generelle karakteristika

Vibrio cholerae er en encellet organisme med en cellevæg. Cellevæggen er tynd, sammensat af peptidoglycan mellem to phospholipidmembraner. Den lever i akvatiske miljøer, især flodmundinger og damme, der er forbundet med plankton, alger og dyr. To biotyper og adskillige serotyper er kendt.

biofilm

Bakterien er en del af bakterioplanktonet i vandmasser, både i fri form (vibrios) og i tynde film (biofilm) på organiske overflader.

Disse biofilmer består af grupper af bakterier omgivet af vandkanaler. Vedhæftningen af ​​biofilmen er mulig takket være produktionen af ​​polysaccharider fra den ydre membran.

Gener

Vibrio cholerae har to kromosomer i form af plasmider. Patogene racer har gener, der koder for produktion af koleratoksin (CT).

Derudover inkluderer de gener til den såkaldte koloniseringsfaktor. Pilusen er co-reguleret af toksin (TCP) og et regulatorisk protein (ToxR). Dette protein co-regulerer ekspressionen af ​​CT og TCP. En del af den genetiske information, der koder for disse patogenicitetsfaktorer, leveres af bakteriofager.

Genome

Dets genom består af 4,03 Mb fordelt i to kromosomer af ulig størrelse. DNA-sekvensen for hele genomet af V. cholerae O1 stamme N16961 er kendt.

De organiserede sekvenser på kromosom 1 ser ud til at være ansvarlige for forskellige processer. Blandt disse DNA-multiplikation, celledeling, gentranskription, protein-translation og cellevægsbiosyntese.

På kromosom 2 syntetiseres ribosomale proteiner, der er ansvarlige for transporten af ​​sukkerarter, ioner og anioner, metabolismen af ​​sukkerarter og reparationen af ​​DNA.

Inden for denne bakterie er mindst syv bakteriofager eller filamentøse fager detekteret. Fager er parasitvirus af bakterier. Fag CTX bidrager med en del af den sekvens, der koder for syntesen af ​​koleratoksin (CT). Dette skyldes lysogen konvertering, Kort sagt afhænger patogeniciteten af ​​visse stammer af Vibrio cholerae af et komplekst genetisk system af patogene faktorer. Blandt dem pilus-koloniseringsfaktoren co-reguleret af toksin (TCP) og et regulatorisk protein (ToxR), der samregulerer ekspressionen af ​​CT og TCP.

Contagion

Når mennesker spiser forurenet mad eller vand, kommer bakterier ind i deres fordøjelsessystem. Når den når tyndtarmen, klæber den massivt til epitelet.

Når der først er der, udskilles det toksinet, hvilket forårsager de biokemiske processer, der forårsager diarré. I dette miljø fodrer og reproducerer bakterierne og frigøres tilbage i miljøet gennem fæces. Dens reproduktion sker ved bipartition.

Filogeni og taksonomi

Slægten Vibrio inkluderer mere end 100 beskrevne arter. Af disse forårsager 12 sygdomme hos mennesker. Det hører til bakteriedomænet, Proteobacteria phylum (gammagruppe), Vibrionales rækkefølge, Vibrionaceae-familien.

Vibrio cholerae er en art, der er veldefineret ved biokemiske og DNA-test. Det tester positivt for katalase og oxidase; og gærer ikke laktose.

Den italienske læge Filippo Pacini var den første til at isolere kolerabakterierne i 1854. Pacini gav den et videnskabeligt navn og identificerede den som sygdommens kausale middel.

Mere end 200 serogrupper af Vibrio cholerae er kendt, men indtil videre er kun 01 og 0139 giftige. Hver serogruppe kan opdeles i forskellige antigene former eller serotyper. Blandt disse er Ogawa og Inaba, eller forskellige biotyper som den klassiske og Tor.

Morfologi

Vibrio cholerae er en bacillus (stang- eller stavformede bakterier) 1,5-2 μm lang og 0,5 μm bred. Det har et enkelt flagellum placeret ved en af ​​dets poler. Den har en cytoplasmatisk membran omgivet af en tynd væg af peptidoglycan.

Den ydre membran har en mere kompleks struktur, der består af phospholipider, lipoproteiner, lipopolysaccharider og polysaccharidkæder.

Den ydre membran projicerer mod polysaccharidkæder, der er ansvarlige for bakteriers vedhæftningskapacitet og danner biofilm.

Desuden beskytter den sammen med cellevæggen cytoplasmaet mod galdesalte og hydrolytiske enzymer produceret af den humane tarmkanal.

Habitat

Det optager to meget forskellige levesteder: akvatiske miljøer og de menneskelige tarme. I sin frie fase trives Vibrio cholerae i varmt vand med lav saltholdighed.

Den kan leve i floder, søer, damme, flodmundinger eller i havet. Det er endemisk i Afrika, Asien, Sydamerika og Mellemamerika. Derefter leveres det som parasit i tyndtarmen hos mennesker.

Bakterien findes endda i tropiske strandområder, i farvande med 35% saltholdighed og temperaturer på 25 ° C.

Tilstedeværelsen af ​​patogene Vibrio cholerae er rapporteret i tørre zoner og i landet i Afrika. Dette indikerer, at arten kan overleve i en meget større række af habitatvariationer end tidligere antaget.

Nogle undersøgelser viser, at Vibrio cholerae er en vild bakterie, der findes i ferskvandsforekomster i tropiske regnskove.

Reproduktion og livscyklus

Da det er en bakterie, reproduceres det ved binær fission eller bipartition. Vibrio cholerae vedvarer i vand som frie planktoniske vibrios eller aggregater af vibrios.

Aggregater af vibrioner danner biofilm i fytoplankton, dyreplankton, insektægsmasser, eksoskeletoner, detritus og endda på akvatiske planter. De bruger chitin som en kilde til kulstof og nitrogen.

Biofilm består af stablede bakterier omgivet af vandkanaler, klæbet til hinanden og til underlaget ved ekstern polysaccharidproduktion. Det er et tyndt, gelatinøst lag af bakterier.

Miljøvibrio indtages gennem forbrug af forurenet mad eller vand. Når bakterierne er inde i fordøjelsessystemet, koloniserer tyndtarmen epitel.

Derefter binder vibrionen sig til slimhinden af ​​pilis og specialiserede proteiner. Derefter begynder det sin multiplikation og sekretionen af ​​koleratoksinet. Dette toksin fremmer diarré, hvorved bakterierne genindtræder i det ydre miljø.

Ernæring

Denne bakterie har en stofskifte baseret på gæring af glukose. I den frie tilstand får den sin mad i form af kulstof og nitrogen fra forskellige organiske kilder. Nogle af disse er chitin eller kulstof, der udstråles af alger fra planteplankton.

Til assimilering af jern producerer arten siderophore vibriobactin. Vibriobactin er en jernchelaterende forbindelse, der opløser dette mineral, hvilket gør det muligt at optage det ved aktiv transport.

I akvatiske miljøer udfører det vigtige funktioner, der er relateret til dets ernæring i økosystemet. Bidrager til remineralisering af organisk kulstof og minerale næringsstoffer.

På den anden side er den bakteriv. Alt dette tildeler det en relevant rolle som en del af bakterieplanktonet i mikrobielle løkker eller mikrobielle fødevarer i akvatiske økosystemer.

Vibrio cholerae udfører de grundlæggende processer for at fordøje sin mad udenfor gennem de stoffer, den udskiller. Denne mekanisme svarer til andre bakteriers.

Arten virker på underlaget og forårsager opløsning af de essentielle mineralelementer til dens ernæring, som derefter absorberes. I angreb og forarbejdning af mad angriber de også andre bakterier. De kan angribe den samme art, men ikke deres egen stamme.

For at dræbe andre bakterier bruger V. cholerae en mekanisme kaldet Type VI Secretion System (T6SS). Dette system ligner en harpun, der trænger ind i cellevæggen hos andre Gram-negative bakterier, der får dem til at dø.

Således er næringsforbindelserne til disse bakterier tilgængelige. T6SS ligner det system, der anvendes af bakteriofager til at inokulere deres genetiske information i bakterieceller. Dette system bruges muligvis også af Vibrio cholerae til at inokulere dets toksin i epitelceller.

Pathogeny

Smitte

Bakterierne overføres via fækal-oral vej, enten person til person, gennem forurenet vand, genstande eller mad. Kolera er eksplosiv, når den forekommer i en befolkning uden forudgående immunitet.

I årevis troede man, at den vigtigste rute til overførsel af sygdommen var indtagelse af forurenet vand. I dag vides det, at der er fødevarer, der kan være køretøjer til transmission af Vibrio cholerae. Nogle af disse fødevarer inkluderer: muslinger, østers, muslinger, rejer og krabber.

En høj dosis af podestof skal foretage et sundt individ syg, ca. 10 ⁵ - 10 ⁸ bakterier. Hos svækkede eller underernærede individer er en meget mindre mængde inokulum imidlertid tilstrækkelig. Inkubationsperioden for sygdommen varierer fra 6 timer til 5 dage.

epidemiologi

Selvom der findes oplysninger om koleraepidemier siden det 14. århundrede, stammer de første dokumenterede pandemier fra det tidlige 19. århundrede. Mellem 1817 og 1923 forekom mindst seks kendte kolera-pandemier forårsaget af den klassiske biotype af Vibrio cholerae.

Denne serie af pandemier startede fra Indien, hovedsageligt fra Ganges-floddeltaet. Når den nåede til Mellemøsten, ekspanderede den derfra til Europa. En anden indgangsvej til Europa var Middelhavet gennem campingvogne fra Arabien. Fra Europa kom det til Amerika.

Fra 1923 til 1961 var der en pandemifri periode for denne sygdom, og kun lokale tilfælde af kolera var kendt. Fra 1961 dukker det op igen med en ny biotype kaldet Tor, der forårsagede den syvende pandemi.

Siden 1990'erne er mere end 200 serogrupper og atypiske former for Tor blevet identificeret. I 1991 forekom den ottende kolera-pandemi. I øjeblikket er kolera-tilfælde hovedsageligt begrænset til regioner i Afrika syd for Sahara, Indien, Sydøstasien og nogle områder af Caribien. I disse regioner er det blevet endemisk.

Handlingsform

Bakterierne producerer flere toksiner, men de klassiske dehydrerende diarrésymptomer på sygdommen er forårsaget af kolera enterotoksin (TC).

Det består af en ikke-toksisk B-underenhed og en enzymatisk aktiv A-underenhed. B-underenheden virker på receptorerne i tyndtarmenes epitelceller. Underenhed A aktiverer adenylatcyklase.

Enterotoksin binder til celler i tarmslimhinden gennem bakteriepili og forårsager diarré og dehydrering ved at aktivere enzymet adenylatcyklase.

Dette fører til øget produktion af intracellulær cyklisk adenosinmonophosphat, hvilket får slimhindecellerne til at pumpe store mængder vand og elektrolytter.

Vibrio cholerae frigiver andre toksiner såsom ZOT og ACE. De virker ved at neutralisere celler i immunsystemet, der er i stand til at eliminere vibrio (IgG-tilfælde). De kan også neutralisere kolera enterotoksin (IgA-tilfælde).

Symptomer og behandling

Symptomerne inkluderer: hypovolemisk chok, opkast, diarré, acidose, muskelkramper, tør hud, glasagtige eller sunkne øjne, høj hjerterytme, sløvhed og døsighed.

I endemiske områder er tilstedeværelsen af ​​bakterier blevet påvist hos mennesker tæt på mennesker med kolera. Patienter viser ikke synlige symptomer på sygdommen, hvilket indikerer eksistensen af ​​asymptomatiske individer.

Kolera kan forebygges, og der er orale vacciner, der er effektive mod sygdommen op til 60-66%. Udbrud kan dog være forårsaget af naturlige begivenheder eller forårsaget af mennesker. Dette sker ved at forurene vand eller kompromittere adgangen til sikkert vand og sanitet.

Tilstrækkelig og rettidig rehydratiseringsterapi kan reducere dødeligheden til under 1%. Antibiotikabehandling kan mindske vibrio-kaster. Ingen af ​​disse behandlingsforanstaltninger har imidlertid ændret sygdommens spredning signifikant.

Antibiotika, der ofte bruges hos voksne, er dem i gruppen Doxycycline og Tetracycline. Nitrofuran Furazolidone bruges til gravide kvinder. Sulfamethoxazol og trimethoprim (SMZ + TMP) anbefales til børn.

Et grundlæggende element til bekæmpelse af epidemier er en passende sanitær forvaltning af spildevand og sanitære forhold generelt. I denne forstand er kolera en sygdom, der er forbundet med fattigdomsbetingelser.

Tilstedeværelsen af ​​Vibrio cholerae i kroppen påvises ved laboratorieundersøgelser såsom PCR, ELISA-test eller anvendelse af selektive kulturmedier.

Referencer

1. Baker-Austin, C., Trinanes, J., Gonzalez-Escalona, ​​N. og Martinez-Urtaza, J. (2017). Ikke-kolesterolvibrationer: det mikrobielle barometer for klimaændringer. Tendenser Microbiol. 25, 76–84.
2. Faruque, SM, Albert, MJ og Mekalanos, JJ (1998). Epidemiologi, genetik og økologi af toksigenisk Vibrio cholerae. Anmeldelser af mikrobiologi og molekylærbiologi.62 (4); 1301-1314.
3. Faruque, SM og G. Balakrish Nair, GB (red.). (2008). Vibrio cholerae. Genomik og molekylærbiologi. Caister Academic Press. Bangladesh. 218 s.
4. Glass RI, Black RE (1992) The Epidemiology of Cholera (s. 129-154). I: Barua D., Greenough WB (red.) Kolera. Aktuelle emner i infektionssygdom. Springer, Boston, New York.
5. Kierek, K. og Watnick, PI (2003). Miljøbestemmere for Vibrio cholerae Biofilm Development. Anvendt og miljømikrobiologi. 69 (9); 5079-5088.
6. Perez-Rosas, N. og Hazent, TC (1989). In Situ Survival of Vibrio cholerae and Escherichia coli in a Tropical Rain Forest Watershed. Anvendt og miljømikrobiologi. 55 (2): 495-499.
7. Zuckerman, JN, Rombo, L. og Fisch, A. (2017). Den sande byrde og risiko for kolera: implikationer for forebyggelse og kontrol. Lancet. Gennemgang af infektionssygdomme. 7 (8): 521-530.