Clostridium -Clostridium

Clostridium
	Mikrofotografię z Clostridium botulinum bakterii barwiono fioletem krystalicznym
Klasyfikacja naukowa
Domena:	Bakteria
Gromada:	Firmicutes
Klasa:	Clostridia
Zamówienie:	Clostridiales
Rodzina:	Clostridiaceae
Rodzaj:	Clostridium ; Prażmowskiego 1880

Clostridium jest to rodzaj z bakterii Gram-dodatnich . Ten rodzaj obejmuje kilka znaczących patogenów ludzkich, w tym czynniki wywołujące zatrucie jadem kiełbasianym i tężec . Rodzaj ten wcześniej obejmował ważną przyczynę biegunki, Clostridioides difficile , któryw 2016 r.został przeklasyfikowany dorodzaju Clostridiodies . Są to bezwzględne beztlenowce zdolne do wytwarzania przetrwalników . Normalne, rozmnażające się komórki Clostridium , zwane formą wegetatywną, mają kształt pręcika , co daje im ich nazwę, od greckiego κλωστήρ lub wrzeciono. Przetrwalniki Clostridium mają wyraźny kształt kręgli lub butelki, co odróżnia je od innych przetrwalników bakteryjnych, które zwykle mają kształt jajowaty. Gatunki Clostridium zasiedlają gleby i przewód pokarmowy zwierząt, w tym ludzi. Clostridium jest normalnym mieszkańcem zdrowego dolnego odcinka układu rozrodczego samicy.

Rodzaj, zgodnie z tradycją, zawiera wiele organizmów, które nie są blisko spokrewnione z jego typowymi gatunkami. Zagadnienie zostało pierwotnie zilustrowane w pełni szczegółowo przez filogenezę rRNA z Collins 1994, która podzieliła tradycyjny rodzaj (obecnie odpowiadający dużemu wycinkowi Clostridia ) na dwadzieścia skupień, przy czym skupienie I zawierało gatunek typowy i jego bliskich krewnych. Z biegiem lat, co spowodowało w wielu nowych rodzajów są wydzielone, a ostatecznym celem jest ograniczanie Clostridium klastra I .

Klaster XIVa „Clostridium” i klaster IV „Clostridium” wydajnie fermentują polisacharydy roślinne tworzące błonnik pokarmowy, co czyni je ważnymi i licznie występującymi taksonami w żwaczu i jelicie grubym człowieka. Jak wspomniano wcześniej, te klastry nie są częścią obecnego Clostridium i należy unikać używania tych terminów ze względu na niejednoznaczne lub niespójne użycie.

Patogeneza i klasyfikacja

Clostridium zawiera około 250 gatunków, w tym pospolite, wolno żyjące bakterie, a także ważne patogeny. Główne gatunki odpowiedzialne za choroby u ludzi to:

Clostridium botulinum może wytwarzać toksynę botulinową w żywności lub ranach i powodować zatrucie jadem kiełbasianym . Ta sama toksyna znana jest jako Botox i jest stosowana w chirurgii kosmetycznej do sparaliżowania mięśni twarzy w celu zmniejszenia oznak starzenia; ma również wiele innychzastosowań 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 .
Clostridium sordellii (obecnie Paeniclostridium ) może wywołać śmiertelną infekcję w wyjątkowo rzadkich przypadkach po aborcji medycznej.

Bacillus i Clostridium są często opisywane jako Gram-zmienne, ponieważ wraz ze starzeniem się kultury wykazują rosnącą liczbę Gram-ujemnych komórek.

Clostridium i Bacillus należą do gromady Firmicutes , ale należą do różnych klas, rzędów i rodzin. Mikrobiolodzy odróżniają Clostridium od Bacillus następującymi cechami:

Clostridium rośnie w warunkach beztlenowych; Bacillus rośnie w warunkach tlenowych.
Clostridium tworzy endospory w kształcie butelki; Bacillus tworzy podłużne endospory.
Clostridium nie tworzy enzymu katalazy ; Bacillus wydziela katalazę, aby zniszczyć toksyczne produkty uboczne metabolizmu tlenu.

Clostridium i Desulfotomaculum należą do klasy Clostridia i rzędu Clostridiales i oba wytwarzają endospory w kształcie butelki, ale należą do różnych rodzin. Clostridium można odróżnić od Desulfotomaculum na podstawie składników odżywczych stosowanych przez każdy rodzaj (ten ostatni wymaga siarki).

Glikolizy i fermentacji z kwasem pirogronowym w Clostridia uzyskując końcowe produkty masłowy , butanol , aceton , izopropanol , i dwutlenku węgla .

Schaeffer, Fulton plama (0,5% zieleni malachitowej w wodzie) mogą być używane do rozróżniania endospory z Bacillus i Clostridium z innych mikroorganizmów. Dostępny jest na rynku zestaw do badania reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) (baktotyp) do wykrywania C. perfringens i innych bakterii chorobotwórczych.

Leczenie

Ogólnie rzecz biorąc, leczenie infekcji Clostridium to wysoka dawka penicyliny G , na którą organizm pozostaje podatny. Clostridium welchii i Clostridium tetani reagują na sulfonamidy . Clostridia są również wrażliwe na tetracykliny , karbapenemy ( imipenem ), metronidazol , wankomycynę i chloramfenikol .

Komórki wegetatywne Clostridia są termolabilne i giną przez krótkie ogrzewanie w temperaturach powyżej 72–75 °C. Zniszczenie termiczne zarodników Clostridium wymaga wyższych temperatur (powyżej 121,1 °C, na przykład w autoklawie ) i dłuższych czasów gotowania (20 min, z kilkoma wyjątkowymi przypadkami > 50 min odnotowanymi w literaturze). Clostridia i Bacilli są dość odporne na promieniowanie, wymagając dawek około 30 kGy, co stanowi poważną przeszkodę w rozwoju napromieniowanej żywności o stabilnej trwałości do ogólnego użytku na rynku detalicznym. Dodatek soli lizozymu , azotanu , azotynu i kwasu propionowego hamuje występowanie bakterii Clostridia w różnych produktach spożywczych.

Fruktooligosacharydy ( fruktany ) takie jak inulina , występujące w stosunkowo dużych ilościach w wielu produktach spożywczych takich jak cykoria , czosnek , cebula , por , karczochy , szparagi , działają prebiotycznie lub bifidogennie , wybiórczo promując wzrost i metabolizm pożytecznych bakterii w okrężnicy , takich jak bifidobakterii i bakterii mlekowych , podczas gdy hamowanie szkodliwymi, takich jak laseczki beztlenowe, Fusobacteria i Bacteroides .

Historia

Pod koniec XVIII wieku Niemcy doświadczyły wielu epidemii chorób, które wydawały się być związane z jedzeniem niektórych kiełbasek. W 1817 roku niemiecki neurolog Justinus Kerner w swoich badaniach nad tak zwanym zatruciem kiełbasą wykrył komórki w kształcie pręcików. W 1897 roku belgijski profesor biologii Emile van Ermengem opublikował swoje odkrycie organizmu tworzącego przetrwalniki, który wyizolował z zepsutej szynki. Biolodzy sklasyfikowali odkrycie van Ermengema wraz z innymi znanymi bakteriami Gram-dodatnimi tworzącymi zarodniki w rodzaju Bacillus . Ta klasyfikacja stwarzała jednak problemy, ponieważ izolat rósł tylko w warunkach beztlenowych, ale Bacillus dobrze rósł w tlenie.

Około 1880 roku, badając fermentację i syntezę kwasu masłowego , naukowiec o nazwisku Prażmowski po raz pierwszy nadał nazwę dwumianową Clostridium butyricum . Mechanizmy oddychania beztlenowego nie były jeszcze wtedy jeszcze dobrze wyjaśnione, więc taksonomia beztlenowców wciąż powstawała.

W 1924 Ida A. Bengtson oddzieliła drobnoustroje van Ermengema z grupy Bacillus i przypisała je do rodzaju Clostridium . Według schematu klasyfikacji Bengtsona Clostridium zawierało wszystkie beztlenowe bakterie tworzące przetrwalniki w kształcie pałeczki, z wyjątkiem rodzaju Desulfotomaculum .

Posługiwać się

Clostridium thermocellum może wykorzystywać odpady lignocelulozowe i wytwarzać etanol, dzięki czemu jest 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 , która jest ostrożnie wstrzykiwana do nerwów twarzy, co zapobiega ruchom mięśni ekspresyjnych czoła, aby opóźnić efekt zmarszczek starzenia. Jest również stosowany w leczeniu kurczowego kręczu szyi i zapewnia ulgę przez około 12 do 16 tygodni.
Szczep Clostridium butyricum MIYAIRI 588 jest sprzedawany w Japonii, Korei i Chinach doprofilaktyki Clostridium difficile ze względu na jego zdolność do zakłócania wzrostu tego ostatniego.
Clostridium histolyticum zostało wykorzystane jako źródło enzymu kolagenazy , który rozkłada tkankę zwierzęcą. Gatunki Clostridium wydalają kolagenazę, aby przeżerać ją przez tkankę, a tym samym pomagają patogenowi rozprzestrzeniać się po całym ciele. Z tego samego powodu medycyna używają kolagenazy do oczyszczania zakażonych ran. Hialuronidaza , dezoksyrybonukleaza , lecytynaza , leukocydyna , proteaza , lipaza i hemolizyna są również wytwarzane przez niektóre Clostridia, które powodują zgorzel gazowy.
Clostridium Ijungdahlii , ostatnio odkryte w przemysłowych odpadów z kurczaka, można wytwarzać etanol z pojedynczego źródła węgla oraz gazu syntezowego , mieszaniny tlenku węgla i wodoru , które mogą być uzyskane w wyniku częściowego spalenia się albo z paliw kopalnych i biomasy .
Clostridium butyricum przekształca glicerol w 1,3-propanodiol .
Geny z Clostridium thermocellum zostały wprowadzone do myszy transgenicznych, 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 celować w komórki rakowe. Niektóre szczepy mogą wnikać i replikować się w guzach litych . Clostridium można zatem wykorzystać do dostarczania białek terapeutycznych do guzów. Takie zastosowanie Clostridium wykazano w różnych modelach przedklinicznych.
Wykazano, że mieszaniny gatunków Clostridium , takich jak Clostridium beijerinckii , Clostridium butyricum i gatunków z innych rodzajów, wytwarzają biowodór z odpadów drożdżowych .

Podziały

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Genomy Clostridium i powiązane informacje w PATRIC , Bioinformatycznym Centrum Zasobów finansowanym przez NIAID
Internetowy podręcznik bakteriologii Todaradar
Grupa wsparcia Clostridium difficile w Wielkiej Brytanii
Pathema — zasób Clostridium
Analiza wody: wideo Clostridium

Languages

In other projects