VIBRIO CHOLERAE: EGENSKAPER, MORFOLOGI, LIVSMILJÖ - BIOLOGI - 2025

Vibrio cholerae är en fakultativ, flagellat, gramnegativ anaerob bakterie. Arten är orsaken till kolerasjukdom hos människor. Denna tarmsjukdom orsakar svår diarré och kan orsaka dödsfall om den inte sköts korrekt. Det orsakar mer än 100 000 dödsfall per år, majoriteten hos barn.

Kolera överförs genom förorenad mat och vatten eller genom kontakt mellan personer. Behandlingen inkluderar rehydratiseringsterapi och specifika antibiotika. Det finns relativt framgångsrika orala vacciner.

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

Generella egenskaper

Vibrio cholerae är en encellig organism med en cellvägg. Cellväggen är tunn, sammansatt av peptidoglycan mellan två fosfolipidmembran. Den lever i vattenmiljöer, särskilt flodmynningar och dammar, förknippade med plankton, alger och djur. Två biotyper och flera serotyper är kända.

biofilmer

Bakterier är en del av bakterioplankton i vattendrag, både i fri form (vibrios) och i tunna filmer (biofilmer) på organiska ytor.

Dessa biofilmer består av grupper av bakterier omgivna av vattenkanaler. Vidhäftningen av biofilmen är möjlig tack vare produktionen av polysackarider från det yttre membranet.

gener

Vibrio cholerae har två kromosomer i form av plasmider. Patogena raser har gener som kodar för produktion av koleratoxin (CT).

Dessutom inkluderar de gener för den så kallade koloniseringsfaktorn. Pilusen är samreglerad av toxin (TCP) och ett reglerande protein (ToxR). Detta protein samreglerar expressionen av CT och TCP. En del av den genetiska informationen som kodar för dessa patogenicitetsfaktorer tillhandahålls av bakteriofager.

Genome

Genomet består av 4,03 Mb fördelat i två kromosomer av ojämn storlek. DNA-sekvensen för hela genomet av V. cholerae O1-stam N16961 är känt.

De organiserade sekvenserna på kromosom 1 verkar vara ansvariga för olika processer. Bland dessa DNA-multiplikation, celldelning, gentranskription, proteinöversättning och cellväggsbiosyntes.

På kromosom 2 syntetiseras ribosomala proteiner som ansvarar för transport av sockerarter, joner och anjoner, metabolism av sockerarter och reparation av DNA.

Inom denna bakterie har minst sju bakteriofager eller filamentösa fager detekterats. Fager är parasitiska virus av bakterier. Fag CTX bidrar med en del av sekvensen som kodar för syntes av koleratoxin (CT). Detta beror på lysogen omvandling,

Kort sagt, patogeniciteten hos vissa stammar av Vibrio cholerae beror på ett komplext genetiskt system med patogena faktorer. Bland dem pilus-koloniseringsfaktorn samreglerad av toxin (TCP) och ett reglerande protein (ToxR) som samreglerar uttrycket av CT och TCP.

Smitta

När människor konsumerar förorenad mat eller vatten, kommer bakterierna in i deras matsmältningssystem. När den når tunntarmen, vidhäftar den en massa epitelet.

En gång där utsöndrar det toxinet och orsakar de biokemiska processerna som orsakar diarré. I denna miljö matas och reproduceras bakterierna och släpps tillbaka till miljön genom avföringen. Dess reproduktion sker via tvåpartier.

Filogeni och taxonomi

Släktet Vibrio innehåller mer än 100 beskrivna arter. Av dessa orsakar 12 sjukdomar hos människor. Det tillhör bakterien domän, Proteobacteria phylum (gammagrupp), Vibrionales ordning, Vibrionaceae familjen.

Vibrio cholerae är en art som är väl definierad genom biokemiska och DNA-test. Det testar positivt för katalas och oxidas; och fermenterar inte laktos.

Den italienska läkaren Filippo Pacini var den första som isolerade kolerabakterierna 1854. Pacini gav den ett vetenskapligt namn och identifierade den som sjukdomsorsaken.

Mer än 200 serogrupper av Vibrio cholerae är kända, men hittills är endast 01 och 0139 giftiga. Varje serogrupp kan delas in i olika antigena former eller serotyper. Bland dessa är Ogawa och Inaba, eller olika biotyper som den klassiska och Tor.

Morfologi

Vibrio cholerae är en bacillus (stav- eller stavformade bakterier) 1,5-2 μm lång och 0,5 μm bred. Den har ett enda flagellum beläget vid en av dess stolpar. Det har ett cytoplasmiskt membran omgivet av en tunn vägg av peptidoglykan.

Det yttre membranet har en mer komplex struktur som består av fosfolipider, lipoproteiner, lipopolysackarider och polysackaridkedjor.

Det yttre membranet skjuter ut mot polysackaridkedjor som ansvarar för vidhäftningskapaciteten hos bakterier och bildar biofilmer.

Dessutom, tillsammans med cellväggen, skyddar den cytoplasma från gallsalter och hydrolytiska enzymer som produceras av människans tarmkanal.

Livsmiljö

Det upptar två mycket olika livsmiljöer: vattenmiljöer och mänskliga tarmar. I sin fria fas trivs Vibrio cholerae i varma vatten med låg salthalt.

Den kan leva i floder, sjöar, dammar, flodmynningar eller i havet. Det är endemiskt i Afrika, Asien, Sydamerika och Centralamerika. Sedan lever den som en parasit i tunntarmen hos människor.

Bakterien finns även i tropiska strandområden, i vatten med 35% salthalt och temperaturer på 25 ° C.

Förekomsten av patogena Vibrio cholerae har rapporterats i torra zoner och inlandet i Afrika. Detta indikerar att arten kan överleva i ett mycket större utbud av livsmiljövariation än tidigare trott.

Vissa studier visar att Vibrio cholerae är en vild bakterie som finns i sötvattenkroppar i tropiska regnskogar.

Reproduktion och livscykel

Som en bakterie, reproducerar den genom binär klyvning eller tvåpartition. Vibrio cholerae kvarstår i vatten som fria planktoniska vibrios eller aggregat av vibrios.

Aggregat av vibrios bildar biofilmer i fytoplankton, zooplankton, insektsäggmassor, exoskeletter, detritus och till och med på vattenväxter. De använder kitin som en källa till kol och kväve.

Biofilmer består av staplade bakterier omgivna av vattenkanaler, fästa vid varandra och till underlaget genom extern polysackaridproduktion. Det är ett tunt, gelatinöst lager av bakterier.

Miljövibrationer intas genom konsumtion av förorenad mat eller vatten. Väl inne i matsmältningssystemet koloniserar bakterierna tunnharmens epitel.

Därefter binds vibrationen till slemhinnan av pilis och specialiserade proteiner. Sedan börjar dess multiplikation och utsöndring av koleratoxinet. Detta toxin främjar diarré, varigenom bakterierna åter kommer in i den yttre miljön.

Näring

Denna bakterie har en metabolism baserad på jäsning av glukos. I fritt tillstånd erhåller den sin mat i form av kol och kväve från olika organiska källor. Vissa av dessa är kitin eller kol som utsöndras av alger från fytoplankton.

För assimilering av järn producerar arten siderofore vibriobactin. Vibriobactin är en järn-kelaterande förening som löser upp detta mineral så att det kan absorberas genom aktiv transport.

I vattenmiljöer uppfyller den viktiga funktioner relaterade till dess näring i ekosystemet. Bidrar till remineralisering av organiska kol- och mineralnäringsämnen.

Å andra sidan är det bakteriellt. Allt detta tilldelar det en relevant roll som en del av bakterioplankton i mikrobiella slingor eller mikrobiella livsmedelsbanor i vattenlevande ekosystem.

Vibrio cholerae utför de grundläggande processerna för att smälta maten utanför, genom de ämnen den utsöndrar. Denna mekanism liknar den för andra bakterier.

Arten verkar på substratet och orsakar upplösning av de väsentliga mineralelementen för dess näring, som sedan absorberas. Även vid sökning och bearbetning av mat attackerar de andra bakterier. De kan attackera samma art, men inte sin egen stam.

För att döda andra bakterier använder V. cholerae en mekanism som kallas typ VI sekretionssystem (T6SS). Detta system liknar en harpun som tränger igenom cellväggen hos andra Gram-negativa bakterier och får dem att dö.

Således är näringsföreningarna av dessa bakterier tillgängliga. T6SS liknar det system som används av bakteriofager för att ympa sin genetiska information i bakterieceller. Detta system används eventuellt också av Vibrio cholerae för att ympa sitt toxin i epitelceller.

Pathogeny

Överföring

Bakterierna överförs via fekal-oral väg, antingen person till person, genom förorenat vatten, föremål eller mat. Kolera är explosiv när den förekommer i en population utan föregående immunitet.

I flera år trodde man att huvudvägen för överföring av sjukdomen var intaget av förorenat vatten. I dag är det känt att det finns livsmedel som kan vara fordon för överföring av Vibrio cholerae. Några av dessa livsmedel inkluderar: musslor, ostron, musslor, räkor och krabbor.

En hög dos av inokulat krävs för att göra en frisk individ sjuk, om 10 ⁵ - 10 ⁸ bakterier. Men hos försvagade eller undernärda individer är en mycket mindre mängd inokulum tillräcklig. Inkubationsperioden för sjukdomen sträcker sig från 6 timmar till 5 dagar.

epidemiologi

Även om det finns information om koleraepidemier sedan 1300-talet, kommer de första dokumenterade pandemierna från början av 1800-talet. Mellan 1817 och 1923 inträffade minst sex kända kolerapandemier orsakade av den klassiska biotypen Vibrio cholerae.

Denna serie av pandemier startade från Indien, främst från Ganges River Delta. När den nådde Mellanöstern expanderade den därifrån till Europa. En annan väg till Europa var Medelhavet genom husvagnar från Arabien. Från Europa kom det till Amerika.

Från 1923 till 1961 fanns en pandemifri period för denna sjukdom och endast lokala fall av kolera var kända. Från och med 1961 återkommer det med en ny biotyp som heter Tor som orsakade den sjunde pandemin.

Sedan 1990-talet har mer än 200 serogrupper och atypiska former av Tor identifierats. 1991 inträffade den åttonde kolerapandemin. För närvarande är kolerafall huvudsakligen begränsade till regioner i Afrika söder om Sahara, Indien, Sydostasien och vissa områden i Karibien. I dessa regioner har det blivit endemiskt.

Handlingsform

Bakterierna producerar flera toxiner, men de klassiska dehydratiserande diarré-symtomen på sjukdomen orsakas av kolera enterotoxin (TC).

Den består av en icke-toxisk B-underenhet och en enzymatiskt aktiv A-underenhet. B-underenheten verkar på receptorerna för tunntarms epitelceller. Underenhet A aktiverar adenylatcyklas.

Enterotoxin binder till cellerna i tarmslemhinnan genom bakteriepili och orsakar diarré och uttorkning genom att aktivera enzymet adenylatcyklas.

Detta leder till ökad produktion av intracellulärt cykliskt adenosinmonofosfat, vilket får slemhinnecellerna att pumpa stora mängder vatten och elektrolyter.

Vibrio cholerae frisätter andra toxiner som ZOT och ACE. De verkar genom att neutralisera celler i immunsystemet som kan eliminera vibrationer (IgG-fall). De kan också neutralisera kolera enterotoxin (IgA-fall).

Symtom och behandling

Symtomen inkluderar: hypovolemisk chock, kräkningar, diarré, acidos, muskelkramper, torr hud, glasartade eller nedsänkta ögon, hög hjärtfrekvens, slöhet och dåsighet.

I endemiska områden har bakteriernas närvaro detekterats hos människor nära människor med kolera. Patienterna uppvisar inte synliga symtom på sjukdomen, vilket indikerar förekomsten av asymptomatiska individer.

Kolera kan förebyggas och det finns orala vacciner som är effektiva mot sjukdomen upp till 60-66%. Emellertid kan utbrott orsakas av naturliga händelser eller orsakas av människor. Detta sker genom att förorena vatten eller kompromissa med tillgången till säkert vatten och sanitet.

Tillräcklig och snabb rehydreringsterapi kan minska dödligheten till mindre än 1%. Antibiotikabehandling kan minska vibrio-utsläpp. Ingen av dessa behandlingsåtgärder har emellertid signifikant förändrat spridningen av sjukdomen.

Antibiotika som vanligtvis används hos vuxna är de i gruppen Doxycycline och Tetracyklin. Nitrofuran Furazolidone används till gravida kvinnor. Sulfametoxazol och trimetoprim (SMZ + TMP) rekommenderas till barn.

Ett grundläggande element för kontroll av epidemier är adekvat sanitetshantering av avloppsvatten och sanitära förhållanden i allmänhet. I den meningen är kolera en sjukdom som är förknippad med fattigdomsförhållanden.

Närvaron av Vibrio cholerae i kroppen detekteras med laboratorietester såsom PCR, ELISA-test eller användning av selektiva odlingsmedier.

referenser

1. Baker-Austin, C., Trinanes, J., Gonzalez-Escalona, ​​N. och Martinez-Urtaza, J. (2017). Vibrationer från icke-kolera: klimatförändringens mikrobiella barometer. Trender Microbiol. 25, 76–84.
2. Faruque, SM, Albert, MJ och Mekalanos, JJ (1998). Epidemiologi, genetik och ekologi av toxigeniska Vibrio cholerae. Mikrobiologi och molekylärbiologiöversikt.62 (4); 1301-1314.
3. Faruque, SM och G. Balakrish Nair, GB (Eds.). (2008). Vibrio cholerae. Genomik och molekylärbiologi. Caister Academic Press. Bangladesh. 218 sid.
4. Glass RI, Black RE (1992) The Epidemiology of Cholera (s. 129-154). I: Barua D., Greenough WB (eds) Cholera. Aktuella ämnen i infektionssjukdom. Springer, Boston, New York.
5. Kierek, K. och Watnick, PI (2003). Miljödeterminanter för Vibrio cholerae Biofilm Development. Tillämpad och miljömikrobiologi. 69 (9); 5079-5088.
6. Perez-Rosas, N. och Hazent, TC (1989). In Situ Survival of Vibrio cholerae and Escherichia coli in a Tropical Rain Forest Watershed. Tillämpad och miljömikrobiologi. 55 (2): 495-499.
7. Zuckerman, JN, Rombo, L. och Fisch, A. (2017). Den verkliga bördan och risken för kolera: konsekvenser för förebyggande och kontroll. Lancet. Granskning av infektionssjukdomar. 7 (8): 521-530.