แบคทีเรียแกรมลบรูปแท่งและคอกโคแบซิลไล

แบคทีเรียแกรมลบรูปแท่งและคอกโคแบซิลไลเป็นแบคทีเรียที่ไม่สามารถคงสีคริสตัลไวโอเลตไว้ได้ในการย้อมแกรม เนื่องจากมีชั้นเพปทิโดไกลแคนบางๆ อยู่ใต้เยื่อหุ้มชั้นนอกที่อุดมไปด้วยไลโปโพลีแซ็กคาไรด์ กลุ่มนี้ครอบคลุมตั้งแต่แบคทีเรียในลำไส้ Enterobacterales (เช่น Escherichia coli, Klebsiella และ Salmonella) แบคทีเรียฉวยโอกาสในสิ่งแวดล้อมที่ไม่หมักน้ำตาล (เช่น Pseudomonas aeruginosa และ Acinetobacter) และคอกโคแบซิลไลขนาดเล็กที่ต้องการสารอาหารเฉพาะ (เช่น Haemophilus และ Bordetella) แบคทีเรียเหล่านี้เป็นสาเหตุหลักของการติดเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะ ทางเดินอาหาร ทางเดินหายใจ และการติดเชื้อที่เกี่ยวข้องกับการดูแลสุขภาพทั่วโลก

Definition

แบคทีเรียแกรมลบรูปแท่งและคอกโคแบซิลไลเป็นแบคทีเรียแกรมลบรูปแท่งหรือรูปแท่งสั้นๆ ที่มีลักษณะเด่นคือมีเยื่อหุ้มชั้นนอกที่มีไลโปโพลีแซ็กคาไรด์ ในทางการแพทย์ แบคทีเรียกลุ่มนี้รวมถึง Enterobacterales ในลำไส้, แบคทีเรียฉวยโอกาสที่ไม่หมักน้ำตาล และคอกโคแบซิลไลในระบบทางเดินหายใจที่ต้องการสารอาหารเฉพาะ

Scope

บทความนี้ครอบคลุมลักษณะโครงสร้างที่กำหนดกลุ่ม (เยื่อหุ้มชั้นนอกและไลโปโพลีแซ็กคาไรด์) ความแตกต่างทางห้องปฏิบัติการที่ใช้ในการจำแนก (การหมักแลคโตส, ปฏิกิริยาออกซิเดส, รูปร่าง) กลยุทธ์การก่อโรคหลัก (เอนโดท็อกซิน, ระบบการหลั่ง, การดื้อยาหลายชนิด) และความสัมพันธ์ทางคลินิกที่กว้างขวาง เป็นเอกสารอ้างอิงและสื่อการศึกษา ไม่ใช่แนวทางทางคลินิก

Core questions

• เยื่อหุ้มชั้นนอกของแบคทีเรียแกรมลบมีผลต่อพฤติกรรมการย้อมสีและการดื้อยาโดยธรรมชาติของกลุ่มนี้อย่างไร?
• การทดสอบทางห้องปฏิบัติการใดบ้าง (การหมักแลคโตส, ออกซิเดส, สัณฐานวิทยา) ที่ใช้แยกสิ่งมีชีวิตแกรมลบในลำไส้จากสิ่งมีชีวิตที่ไม่หมักน้ำตาล?
• ระบบการหลั่งและไลโปโพลีแซ็กคาไรด์มีส่วนทำให้เกิดโรคได้อย่างไร?

Key concepts

• เยื่อหุ้มชั้นนอกและไลโปโพลีแซ็กคาไรด์ (เอนโดท็อกซิน)
• Enterobacterales เทียบกับแบคทีเรียที่ไม่หมักน้ำตาล
• การหมักแลคโตสและการทดสอบออกซิเดส
• ระบบการหลั่งชนิดที่ 3 และระบบการหลั่งอื่นๆ
• เชื้อโรค ESKAPE และการดื้อยาหลายชนิด
• เอนไซม์ Extended-spectrum และคาร์บาเพเนเมส
• คอกโคแบซิลไล (Haemophilus, Bordetella)

Mechanisms

ลักษณะเด่นของสิ่งมีชีวิตแกรมลบคือเยื่อหุ้มชั้นนอก ซึ่งไลโปโพลีแซ็กคาไรด์ทำหน้าที่เป็นเอนโดท็อกซิน และการซึมผ่านที่ต่ำของเยื่อหุ้มชั้นนอกนี้ เมื่อรวมกับปั๊มขับออก (efflux pumps) และเบต้า-แลคตาเมส (beta-lactamases) เป็นพื้นฐานสำคัญของการดื้อยาโดยธรรมชาติและการดื้อยาที่ได้รับมาของกลุ่มนี้ (Blair et al., 2015; De Oliveira et al., 2020) เชื้อโรคหลายชนิดเหล่านี้ใช้ระบบการหลั่งที่จำเพาะ — โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบการหลั่งชนิดที่ 3 (type III secretion system) — เพื่อฉีดโปรตีนตัวกระตุ้น (effector proteins) ที่ปรับเปลี่ยนการส่งสัญญาณของเซลล์เจ้าบ้าน ดังตัวอย่างการจัดการเยื่อหุ้มเซลล์เจ้าบ้านของ Salmonella เพื่อเข้าสู่และอยู่รอดภายในเซลล์ (Deng et al., 2017; Haraga et al., 2008) ในห้องปฏิบัติการ การหมักแลคโตสและปฏิกิริยาออกซิเดสใช้แยกสิ่งมีชีวิตในลำไส้จากแบคทีเรียฉวยโอกาสที่ไม่หมักน้ำตาล ในขณะที่ลักษณะโคโลนีและสัณฐานวิทยาภายใต้กล้องจุลทรรศน์ใช้แยกแบคทีเรียรูปแท่งที่ยาวกว่าจากคอกโคแบซิลไลขนาดเล็ก

Clinical relevance

แบคทีเรียแกรมลบรูปแท่งและคอกโคแบซิลไลเป็นสาเหตุหลักของการติดเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะ, ในช่องท้อง, ในกระแสเลือด, ที่เกี่ยวข้องกับเครื่องช่วยหายใจ และการติดเชื้ออื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการดูแลสุขภาพ และหลายชนิดถูกจัดเป็นเชื้อโรคดื้อยาที่สำคัญ บทความนี้อธิบายชีววิทยาและการจำแนกประเภทที่ทำให้กลุ่มนี้มีความสอดคล้องกันทางคลินิกในฐานะเอกสารอ้างอิง ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการเลือกการรักษา

Epidemiology

Escherichia coli และ Klebsiella pneumoniae เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการติดเชื้อแบคทีเรียและการเสียชีวิตที่เกี่ยวข้องกับการดื้อยาในระดับโลก และแบคทีเรียฉวยโอกาสที่ไม่หมักน้ำตาล Pseudomonas aeruginosa และ Acinetobacter baumannii เป็นส่วนสำคัญของกลุ่ม ESKAPE ที่ดื้อยา ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการติดเชื้อที่เกี่ยวข้องกับการดูแลสุขภาพ (De Oliveira et al., 2020) Salmonella และสิ่งมีชีวิตในลำไส้อื่นๆ ยังคงเป็นสาเหตุหลักของโรคอุจจาระร่วงและโรคติดเชื้อทั่วร่างกายทั่วโลก (Haraga et al., 2008)

Evidence & guidelines

การทบทวนการดื้อยาของ ESKAPE (De Oliveira et al., 2020) และการทบทวนกลไกของระบบการหลั่งและการดื้อยา (Deng et al., 2017; Blair et al., 2015) เป็นกรอบชีววิทยาทางคลินิกและโมเลกุลของกลุ่มนี้ ควบคู่ไปกับตำราจุลชีววิทยาทางการแพทย์มาตรฐาน รายชื่อเชื้อโรคสำคัญขององค์การอนามัยโลกเน้นย้ำถึงสิ่งมีชีวิตแกรมลบหลายชนิด การจัดการทางคลินิกที่เฉพาะเจาะจงครอบคลุมอยู่ในแนวทางปฏิบัติเฉพาะที่อ้างอิงไว้ที่อื่น

History

การย้อมแกรม (ค.ศ. 1884) ได้แบ่งแบคทีเรียออกเป็นกลุ่มแกรมบวกและแกรมลบเป็นครั้งแรก และแบคทีเรียแกรมลบรูปแท่งในลำไส้ได้กลายเป็นหัวใจสำคัญของจุลชีววิทยาในยุคแรกผ่านการศึกษาไข้ไทฟอยด์, โรคบิด และโคลิฟอร์ม การรับรู้เอนโดท็อกซิน, ระบบการหลั่ง และเอนไซม์การดื้อยาที่ถ่ายทอดได้ในภายหลัง ได้ปรับกรอบของกลุ่มนี้ให้เน้นที่เยื่อหุ้มชั้นนอกและความสามารถในการดื้อยาหลายชนิด

Key figures

• Samantha J. Pitt
• Wanyin Deng
• Samuel I. Miller
• Laura J. V. Piddock

Seminal works

• deoliveira-2020
• haraga-2008

Frequently asked questions

เหตุใดแบคทีเรียแกรมลบจึงมักรักษายากกว่าแบคทีเรียแกรมบวก?

เยื่อหุ้มชั้นนอกของพวกมันเป็นกำแพงกั้นการซึมผ่าน ซึ่งเมื่อรวมกับปั๊มขับออกและเอนไซม์เบต้า-แลคตาเมส จะจำกัดจำนวนยาปฏิชีวนะที่สามารถเข้าถึงและออกฤทธิ์ต่อเซลล์ได้ ทำให้กลุ่มนี้มีการดื้อยาโดยธรรมชาติและการดื้อยาที่ได้รับมาอย่างมาก

อะไรที่แยกแบคทีเรียแกรมลบรูปแท่งในลำไส้ออกจากแบคทีเรียที่ไม่หมักน้ำตาลในห้องปฏิบัติการ?

Enterobacterales ในลำไส้มักจะหมักกลูโคส (และหลายชนิดหมักแลคโตส) และให้ผลลบต่อปฏิกิริยาออกซิเดส ในขณะที่แบคทีเรียฉวยโอกาสที่ไม่หมักน้ำตาล เช่น Pseudomonas จะไม่หมักน้ำตาลและมักจะให้ผลบวกต่อปฏิกิริยาออกซิเดส ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นขั้นตอนแรกๆ ในการระบุชนิด