Clostridium

Clostridium
Mikrofotografia bakterii Clostridium botulinum wybarwionych fioletem
krystalicznym Klasyfikacja naukowa
Domena:	Bakteria
Gromada:	Bacillota
Klasa:	Clostridia
Zamówienie:	eubakterie
Rodzina:	Clostridiaceae
Rodzaj:	Clostridium Prazmowski 1880
Gatunki
164 Gatunki Zobacz listę gatunków Clostridium , aby zapoznać się z pełną taksonomią.

Clostridium to rodzaj bakterii beztlenowych , Gram -dodatnich . Gatunki Clostridium zasiedlają gleby i przewód pokarmowy zwierząt, w tym ludzi. Ten rodzaj obejmuje kilka znaczących ludzkich patogenów , w tym czynniki wywołujące zatrucie jadem kiełbasianym i tężec . Wcześniej obejmowała również ważną przyczynę biegunki, Clostridioides difficile , która została przeklasyfikowana do rodzaju Clostridioides w 2016 roku.

Historia

Pod koniec XVIII wieku Niemcy doświadczyły wielu wybuchów choroby, która wydawała się być związana ze spożywaniem niektórych kiełbas. W 1817 r. niemiecki neurolog Justinus Kerner wykrył komórki w kształcie pręcików podczas swoich badań nad tak zwanym zatruciem kiełbasą. W 1897 roku belgijski profesor biologii Emile van Ermengem opublikował odkrycie organizmu tworzącego przetrwalniki, który wyizolował z zepsutej szynki. Biolodzy sklasyfikowali odkrycie van Ermengema wraz z innymi znanymi Gram-dodatnimi formami zarodnikowymi w rodzaju Bacillus . Ta klasyfikacja stwarzała jednak problemy, ponieważ izolat rósł tylko w warunkach beztlenowych, ale Bacillus dobrze rósł w tlenie.

Około 1880 roku, w trakcie badania fermentacji i syntezy kwasu masłowego , naukowiec o nazwisku Prażmowski po raz pierwszy nadał dwumianową nazwę Clostridium butyricum . Mechanizmy oddychania beztlenowego nie były wówczas jeszcze dobrze wyjaśnione, więc taksonomia beztlenowców dopiero się rodziła.

W 1924 roku Ida A. Bengtson oddzieliła mikroorganizmy van Ermengema od grupy Bacillus i przypisała je do rodzaju Clostridium . Zgodnie ze schematem klasyfikacji Bengtsona, Clostridium zawierało wszystkie beztlenowe bakterie tworzące endospory w kształcie pałeczek, z wyjątkiem rodzaju Desulfotomaculum .

Taksonomia

Główny artykuł: Lista gatunków Clostridium

Clostridium zawiera 164 ważnie opublikowanych gatunków .

Rodzaj, zgodnie z tradycyjną definicją, obejmuje wiele organizmów, które nie są blisko spokrewnione z gatunkami typu . Kwestia ta została pierwotnie szczegółowo zilustrowana przez rRNA z Collinsa 1994, która podzieliła tradycyjny rodzaj (obecnie odpowiadający dużemu wycinkowi Clostridia ) na dwadzieścia klastrów, przy czym klaster I zawiera gatunek typowy i jego bliskich krewnych. Z biegiem lat doprowadziło to do podziału wielu nowych rodzajów, a ostatecznym celem było ograniczenie Clostridium do klastra I.

Klaster „Clostridium” XIVa i „Clostridium” klaster IV wydajnie fermentują polisacharydy roślinne wchodzące w skład błonnika pokarmowego, czyniąc je ważnymi i licznymi taksonami w żwaczu i jelicie grubym człowieka. Jak wspomniano wcześniej, klastry te nie są częścią obecnej Clostridium i należy unikać używania tych terminów ze względu na niejednoznaczne lub niespójne użycie.

Biochemia

Gatunki Clostridium są bezwzględnymi beztlenowcami i są zdolne do wytwarzania przetrwalników . Na ogół barwią bakterie Gram-dodatnie , ale podobnie jak Bacillus są często opisywane jako bakterie Gram-zmienne, ponieważ wykazują rosnącą liczbę komórek Gram-ujemnych w miarę starzenia się hodowli. Normalne, rozmnażające się komórki Clostridium , zwane formą wegetatywną, mają kształt pręta , od którego pochodzi ich nazwa, od greckiego κλωστήρ lub wrzeciono. Endospory Clostridium mają wyraźny kształt kręgli lub butelki, co odróżnia je od innych endospor bakteryjnych, które zwykle mają owalny kształt. Schaeffera -Fultona (0,5% zieleni malachitowej w wodzie) może być użyty do odróżnienia przetrwalników Bacillus i Clostridium od innych mikroorganizmów.

Clostridium można odróżnić od rodzaju Bacillus , który również tworzy Endspore , poprzez bezwzględny wzrost beztlenowy, kształt endospor i brak katalazy . Gatunki Desulfotomaculum tworzą podobne endospory i można je odróżnić po ich zapotrzebowaniu na siarkę. Glikoliza i fermentacja kwasu pirogronowego przez Clostridia dają produkty końcowe: kwas masłowy , butanol , aceton , izopropanol i dwutlenek węgla .

Na rynku dostępny jest zestaw testowy do reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) (Bactotype) do wykrywania C. perfringens i innych bakterii chorobotwórczych.

Biologia i patogeneza

Clostridium są łatwo spotykane w glebie i przewodzie pokarmowym. Gatunki Clostridium są również normalnymi mieszkańcami zdrowego dolnego odcinka układu rozrodczego samic.

Głównymi gatunkami odpowiedzialnymi za choroby u ludzi są:

• Clostridium botulinum może wytwarzać toksynę botulinową w żywności lub ranach i może powodować zatrucie jadem kiełbasianym . Ta sama toksyna jest znana jako botoks i jest stosowana w chirurgii plastycznej do paraliżu mięśni twarzy w celu zmniejszenia oznak starzenia; ma również wiele innych terapeutycznych .
• Clostridium perfringens powoduje szeroki zakres objawów, od zatrucia pokarmowego po zapalenie tkanki łącznej , zapalenie powięzi , martwicze zapalenie jelit i zgorzel gazową .
• Clostridium tetani powoduje tężec .

Kilka innych patogenów zostało wcześniej opisanych w Clostridium , ale zostały one przeniesione do innych rodzajów dzięki dodatkowym badaniom.

• Clostridium difficile , teraz umieszczone w Clostridioides .
• Clostridium histolyticum , obecnie umieszczone w Hathewaya .
• Clostridium sordellii , obecnie umieszczane w Paeniclostridium , może w wyjątkowo rzadkich przypadkach spowodować śmiertelną infekcję po aborcji medycznej.

Leczenie

Ogólnie, leczenie zakażenia Clostridium polega na podawaniu dużych dawek penicyliny G , na którą organizm pozostaje wrażliwy. Clostridium welchii i Clostridium tetani reagują na sulfonamidy . Clostridia są również wrażliwe na tetracykliny , karbapenemy ( imipenem ), metronidazol , wankomycynę i chloramfenikol .

Komórki wegetatywne Clostridia są nietrwałe termicznie i są zabijane przez krótkie ogrzewanie w temperaturach powyżej 72–75 ° C. Termiczne niszczenie Clostridium wymaga wyższych temperatur (powyżej 121,1°C, na przykład w autoklawie ) i dłuższego czasu gotowania (20 min, z kilkoma wyjątkowymi przypadkami > 50 min odnotowanymi w literaturze). Clostridia i Bacilli są dość odporne na promieniowanie, wymagają dawek około 30 kGy, co stanowi poważną przeszkodę w rozwoju napromieniowanej żywności o przedłużonej trwałości do ogólnego użytku na rynku detalicznym. Dodatek lizozymu , azotanów , azotynów i soli kwasu propionowego hamuje Clostridia w różnych pokarmach.

Fruktooligosacharydy ( fruktany ), takie jak inulina , występujące w stosunkowo dużych ilościach w wielu produktach spożywczych, takich jak cykoria , czosnek , cebula , por , karczochy i szparagi , mają działanie prebiotyczne lub bifidogenne , selektywnie promując wzrost i metabolizm pożytecznych bakterii w okrężnicy , takich jak bifidobakterie i pałeczki kwasu mlekowego , jednocześnie hamując szkodliwe, takie jak Clostridia, Fusobacteria i Bacteroides .

Używać

• Clostridium thermocellum może wykorzystywać odpady lignocelulozowe i generować etanol, co czyni go potencjalnym kandydatem do wykorzystania w produkcji paliwa etanolowego . Nie ma również zapotrzebowania na tlen i jest termofilny , co zmniejsza koszty chłodzenia.
• Clostridium acetobutylicum został po raz pierwszy użyty przez Chaima Weizmanna do produkcji acetonu i biobutanolu ze skrobi w 1916 roku do produkcji kordytu (bezdymnego prochu strzelniczego).
• Clostridium botulinum wytwarza potencjalnie śmiertelną neurotoksynę stosowaną w postaci rozcieńczonej w leku Botox , który jest ostrożnie wstrzykiwany do nerwów na twarzy, co zapobiega ruchowi mięśni wyrazowych czoła, opóźniając efekt starzenia się zmarszczek. Jest również stosowany w leczeniu kurczowego kręczu szyi i przynosi ulgę przez około 12 do 16 tygodni.
• Clostridium butyricum MIYAIRI 588 jest sprzedawany w Japonii, Korei i Chinach do profilaktyki Clostridium difficile ze względu na zgłaszaną zdolność do zakłócania wzrostu tych ostatnich.
• Clostridium histolyticum zostało wykorzystane jako źródło enzymu kolagenazy , który rozkłada tkankę zwierzęcą. Gatunki Clostridium wydzielają kolagenazę, aby jeść przez tkanki, a tym samym pomagają patogenowi rozprzestrzeniać się po organizmie. Lekarze używają kolagenazy z tego samego powodu do oczyszczania zakażonych ran. Hialuronidaza , dezoksyrybonukleaza , lecytynaza , leukocidyna , proteaza , lipaza i hemolizyna są również wytwarzane przez niektóre Clostridia, które powodują zgorzel gazową.
• Clostridium ljungdahlii , niedawno odkryte w komercyjnych odchodach kurcząt, może wytwarzać etanol z pojedynczych źródeł węgla, w tym gazu syntezowego , mieszaniny tlenku węgla i wodoru , który może być wytwarzany w wyniku częściowego spalania paliw kopalnych lub biomasy .
• Clostridium butyricum przekształca glicerol w 1,3-propanodiol .
• Geny z Clostridium thermocellum wprowadzono do transgenicznych myszy, aby umożliwić produkcję endoglukanazy . Eksperyment miał na celu dowiedzieć się więcej o tym, jak można poprawić zdolność trawienia zwierząt monogastrycznych .
• Niepatogenne szczepy Clostridium mogą pomóc w leczeniu chorób takich jak rak . Badania pokazują, że Clostridium może selektywnie atakować komórki rakowe. Niektóre szczepy mogą wchodzić i replikować się w guzach litych . Clostridium można zatem wykorzystać do dostarczania białek terapeutycznych do guzów. Takie zastosowanie Clostridium wykazano w różnych modelach przedklinicznych.
• , że mieszaniny gatunków Clostridium , takich jak Clostridium beijerinckii , Clostridium butyricum i innych rodzajów, wytwarzają biowodór z odpadów drożdży .

Linki zewnętrzne

• Clostridium i powiązane informacje w PATRIC , centrum zasobów bioinformatycznych finansowanym przez NIAID
• Internetowy podręcznik bakteriologii firmy Todar
• Brytyjska grupa wsparcia Clostridium difficile
• Pathema — Clostridium Resource
• Analiza wody: film Clostridium