แบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่ง

แบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งเป็นแบคทีเรียรูปแท่งที่คงสภาพสีคริสตัลไวโอเลตไว้ได้เนื่องจากมีผนังเซลล์เพปทิโดไกลแคนหนา สมาชิกที่มีความสำคัญทางการแพทย์ในกลุ่มแอโรบิกและแฟคัลเททีฟ ได้แก่ แบคทีเรียสกุล Bacillus ที่สร้างสปอร์ (โดยเฉพาะ Bacillus anthracis ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคแอนแทรกซ์), Listeria monocytogenes และ Corynebacterium diphtheriae ที่ไม่สร้างสปอร์, และ Actinomyces กับ Nocardia ที่มีลักษณะเป็นกิ่งก้าน การแบ่งกลุ่มเบื้องต้นที่เป็นประโยชน์คือการแยกแบคทีเรียที่สร้างสปอร์ออกจากแบคทีเรียที่ไม่สร้างสปอร์

Definition

แบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งเป็นแบคทีเรียแกรมบวกรูปแท่ง; เชื้อก่อโรคในกลุ่มแอโรบิกและแฟคัลเททีฟในกลุ่มนี้ ได้แก่ Bacillus ที่สร้างสปอร์, Listeria และ Corynebacterium ที่ไม่สร้างสปอร์, และ Actinomyces กับ Nocardia ที่มีลักษณะเป็นเส้นใย

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมการแยกแบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งในทางปฏิบัติโดยอาศัยการสร้างสปอร์ ปฏิกิริยาคะตะเลส และการเคลื่อนที่ รวมถึงเชื้อก่อโรคหลักในกลุ่มแอโรบิกและแฟคัลเททีฟ สารพิษที่เป็นลักษณะเฉพาะและกลยุทธ์ความรุนแรงของเชื้อ (สารพิษแอนแทรกซ์, ลิสเทอริโอไลซิน, สารพิษคอตีบ) และความสัมพันธ์ทางคลินิกในวงกว้าง แบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Clostridium) จะกล่าวถึงในหัวข้อแบคทีเรียไม่ใช้ออกซิเจน นี่คือเอกสารอ้างอิงและสื่อการเรียนรู้

Core questions

• การสร้างสปอร์แบ่งแบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งอย่างไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญทางคลินิก?
• สารพิษชนิดใดที่บ่งชี้เชื้อก่อโรคหลักในกลุ่มนี้ (สารพิษแอนแทรกซ์, สารพิษคอตีบ, ลิสเทอริโอไลซิน โอ)?
• ลักษณะใดที่ทำให้ Listeria แตกต่างจากแบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งอื่นๆ ในฐานะเชื้อก่อโรคภายในเซลล์?

Key concepts

• การสร้างเอนโดสปอร์ (Bacillus, Clostridium)
• สารพิษแอนแทรกซ์ (protective antigen, lethal factor, oedema factor)
• สารพิษคอตีบและ Corynebacterium diphtheriae
• ลิสเทอริโอไลซิน โอ และการเคลื่อนที่ภายในเซลล์
• คะตะเลสและการเคลื่อนที่ในการระบุเชื้อ
• แอคติโนมัยซีสชนิดเส้นใย (Actinomyces, Nocardia)

Mechanisms

ในบรรดาแบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งแบบแอโรบิกและแฟคัลเททีฟ ความสามารถในการสร้างเอนโดสปอร์ที่ทนความร้อนได้นั้นแยกสกุล Bacillus (และในกลุ่มแอนแอโรบิกคือ Clostridium) ออกจากสิ่งมีชีวิตที่ไม่สร้างสปอร์ Bacillus anthracis ก่อให้เกิดโรคผ่านสารพิษสามส่วนและแคปซูลป้องกันการถูกฟาโกไซโทซิส (Dixon et al., 1999) ในขณะที่ Corynebacterium diphtheriae ออกฤทธิ์ผ่านสารพิษที่หลั่งออกมาเพียงชนิดเดียวซึ่งยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีนของโฮสต์ Listeria monocytogenes เป็นเชื้อก่อโรคภายในเซลล์แบบแฟคัลเททีฟที่หลบหนีออกจากฟาโกโซมโดยใช้สารพิษที่สร้างรูพรุนลิสเทอริโอไลซิน โอ (listeriolysin O) จากนั้นขับเคลื่อนตัวเองระหว่างเซลล์โดยการทำให้แอคตินของโฮสต์เกิดพอลิเมอไรเซชัน (Vázquez-Boland et al., 2001) การระบุในห้องปฏิบัติการอาศัยการย้อมสปอร์, คะตะเลส, การเคลื่อนที่, และสัณฐานวิทยาของโคโลนี โดย Actinomyces และ Nocardia ที่เป็นเส้นใยจะถูกจดจำได้จากรูปแบบการแตกกิ่งก้าน

Clinical relevance

แบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งแบบแอโรบิกและแฟคัลเททีฟก่อให้เกิดโรคได้ตั้งแต่โรคที่หายากแต่รุนแรง (แอนแทรกซ์, คอตีบ, ลิสเทอริโอซิสชนิดรุกราน) ไปจนถึงการติดเชื้อที่เกิดจากอาหารและการติดเชื้อฉวยโอกาสที่พบบ่อย และสมาชิกที่สร้างสปอร์มีความโดดเด่นในด้านความคงทนในสิ่งแวดล้อมและความเกี่ยวข้องกับภัยคุกคามทางชีวภาพ เนื้อหานี้จะนำเสนอชีววิทยาและการจำแนกกลุ่มนี้เป็นข้อมูลอ้างอิง และไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษา

Epidemiology

Listeria monocytogenes เป็นเชื้อก่อโรคจากอาหารที่สำคัญซึ่งมีแนวโน้มที่จะส่งผลกระทบต่อสตรีมีครรภ์ ทารกแรกเกิด ผู้สูงอายุ และผู้ที่มีภูมิคุ้มกันบกพร่อง และมีความโดดเด่นในด้านอัตราการเสียชีวิตที่สูงในโรคชนิดรุกราน (Vázquez-Boland et al., 2001) ปัจจุบันโรคแอนแทรกซ์พบได้ไม่บ่อยในมนุษย์ แต่ยังคงมีความสำคัญในฐานะโรคติดต่อจากสัตว์สู่คนและเป็นตัวการคุกคามทางชีวภาพที่ได้รับการยอมรับ (Dixon et al., 1999) ในขณะที่โรคคอตีบกลายเป็นโรคที่หายากในพื้นที่ที่มีการฉีดวัคซีนป้องกันโรคคอตีบในเด็กอย่างต่อเนื่อง

Evidence & guidelines

บทความทบทวนที่น่าเชื่อถือใน Clinical Microbiology Reviews (Vázquez-Boland et al., 2001; Bottone, 2010) และ New England Journal of Medicine (Dixon et al., 1999) ร่วมกับตำราจุลชีววิทยาทางการแพทย์มาตรฐาน ได้วางกรอบชีววิทยาและความสัมพันธ์ทางคลินิกของกลุ่มนี้ คำแนะนำในการสร้างภูมิคุ้มกัน (เช่น ตารางการให้วัคซีนป้องกันโรคคอตีบ) และการตอบสนองต่อการระบาดจะครอบคลุมอยู่ในแนวทางปฏิบัติของสาธารณสุขที่อ้างอิงไว้ในที่อื่น

History

แบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งหลายชนิดเป็นรากฐานสำคัญของวิชาแบคทีเรียวิทยา: ผลงานของ Robert Koch เกี่ยวกับ Bacillus anthracis ในช่วงทศวรรษ 1870 และ 1880 ช่วยสร้างทฤษฎีเชื้อโรคและวงจรของสปอร์ และการค้นพบสารพิษคอตีบและแอนติทอกซินในช่วงทศวรรษ 1880 และ 1890 ได้เปิดยุคของโรคที่เกิดจากสารพิษและการรักษาด้วยเซรุ่ม บทบาทของ Listeria ในฐานะเชื้อก่อโรคภายในเซลล์ได้รับการอธิบายในภายหลังและกลายเป็นแบบจำลองสำหรับการศึกษาการแพร่กระจายจากเซลล์สู่เซลล์

Key figures

• José A. Vázquez-Boland
• Matthew Meselson
• Edward J. Bottone
• Emile Roux

Seminal works

• vazquezboland-2001
• dixon-1999

Frequently asked questions

เหตุใดการสร้างสปอร์จึงมีความสำคัญต่อการจำแนกแบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่ง?

เอนโดสปอร์เป็นโครงสร้างที่อยู่เฉยๆ และทนทานสูง ซึ่งช่วยให้สกุลที่สร้างสปอร์ เช่น Bacillus สามารถอยู่รอดได้ในสภาวะความร้อน ความแห้ง และการฆ่าเชื้อ การมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของสปอร์เป็นจุดแยกแรกในการระบุแบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่ง และมีนัยสำคัญในทางปฏิบัติสำหรับการคงอยู่ของเชื้อในสิ่งแวดล้อม

อะไรที่ทำให้ Listeria monocytogenes แตกต่างจากแบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งแบบแอโรบิกอื่นๆ?

เป็นเชื้อก่อโรคภายในเซลล์แบบแฟคัลเททีฟ: มันหลบหนีออกจากฟาโกโซมโดยใช้ลิสเทอริโอไลซิน โอ และเคลื่อนที่โดยตรงระหว่างเซลล์โฮสต์โดยการควบคุมแอคติน ซึ่งช่วยให้มันแพร่กระจายได้ในขณะที่หลีกเลี่ยงการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันนอกเซลล์