[科普中国]-大肠埃希菌族

基本信息

大肠杆菌（Escherichia coli，E.coli） 革兰氏阴性短杆菌，大小0.5×1～3微米。周生鞭毛，能运动，无芽孢。能发酵多种糖类产酸、产气，是人和动物肠道中的正常栖居菌，婴儿出生后即随哺乳进入肠道，与人终身相伴，几乎占粪便干重的1/3。国家规定，每毫升饮用水中的菌落总数小于100，每100毫升水中不得检出总大肠菌群2。

大肠杆菌的抗原成分复杂，可分为菌体抗原（O）、鞭毛抗原（H）和表面抗原（K），后者有抗机体吞噬和抗补体的能力。根据菌体抗原的不同，可将大肠杆菌分为150多型，其中有16个血清型为致病性大肠杆菌，常引起流行性婴儿腹泻和成人肋膜炎。大肠杆菌是研究微生物遗传的重要材料，如局限性转导就是1954年在大肠杆菌K12菌株中发现的。莱德伯格（Lederberg）采用两株大肠杆菌的营养缺陷型进行实验，奠定了研究细菌接合方法学上的基础，以及基因工程的研究。

大肠杆菌（E. coli）为埃希氏菌属（Escherichia）代表菌。一般多不致病，为人和动物肠道中的常居菌，在一定条件下可引起肠道外感染。某些血清型菌株的致病性强，引起腹泻，统称致病性大肠杆菌。

该菌对热的抵抗力较其他肠道杆菌强，55℃经60分钟或60℃加热15分钟仍有部分细菌存活。在自然界的水中可存活数周至数月，在温度较低的粪便中存活更久。胆盐、煌绿等对大肠杆菌有抑制作用。对磺胺类、链霉素、氯霉素等敏感，但易耐药，是由带有R因子的质粒转移而获得的。

特点大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，周身鞭毛，能运动，无芽孢。主要生活在大肠内。

1．大肠杆菌是细菌，属于原核生物；具有由肽聚糖组成的细胞壁，只含有核糖体简单的细胞器，没有细胞核有拟核；细胞质中的质粒常用作基因工程中的运载体。

大肠杆菌放大7万倍

2．大肠杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型。

3．人体与大肠杆菌的关系：在不致病的情况下（正常状况下），可认为是互利共生（一般高中阶段认为是这种关系）；在致病的情况下，可认为是寄生。

4．在培养基培养时无需添加生长因子，向培养基中加入伊红美蓝遇大肠杆菌，菌落呈深紫色，并有金属光泽，可鉴别大肠杆菌是否存在。

5．大肠杆菌在生物技术中的应用：大肠杆菌作为外源基因表达的宿主，遗传背景清楚，技术操作简单，培养条件简单，大规模发酵经济，倍受遗传工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛，最成功的表达体系，常做高效表达的首选体系。

6．大肠杆菌在生态系统中的地位：假如它生活在大肠内，属于消费者，假如生活在体外则属于分解者。

7．它的基因组DNA为拟核中的一个环状分子，同时可以有多个环状质粒DNA。

8．大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4 700 000个碱基对，在DNA分子上分布着大约4 400个基因，每个基因的平均长度约为1 000个碱基对。

致病性大肠杆菌是与我们日常生活关系非常密切的一类细菌，学名称作“大肠埃希菌”，属于肠道杆菌大类中的一种。它是寄生在人体大肠和小肠里对人体无害的一种单细胞生物，结构简单，繁殖迅速，培养容易，它是生物学上重要的实验材料。在婴儿刚出生的几小时内，大肠杆菌就经过吞咽在肠道内定居了。正常情况下，大多数大肠杆菌是非常安分守己的，他们不但不会给我们的身体健康带来任何危害，反而还能竞争性抵御致病菌的进攻，同时还能帮助合成维生素K2，与人体是互利共生的关系。只有在机体免疫力降低、肠道长期缺乏刺激等特殊情况下，这些平日里的良民才会兴风作浪，移居到肠道以外的地方，例如胆囊、尿道、膀胱、阑尾等地，造成相应部位的感染或全身播散性感染。因此，大部分大肠杆菌通常被看作机会致病菌。

致病原因1、定居因子（Colonizationfactor,CF）：也称粘附素(Adhesin)，即大肠杆菌的菌毛。致病大肠杆菌须先粘附于宿主肠壁，以免被肠蠕动和肠分泌液清除。使人类致泻的定居因子为CFAⅠ、CTAⅡ(ColonizationfactorantigenⅠ、Ⅱ)，定居因子具有较强的免疫原性，能刺激机体产生特异性抗体。

大肠杆菌具有很多毒力因子，包括内毒素，荚膜，〣型分泌系统，黏附素和外毒素等。（〣型分泌系统是指能向真核靶细胞内输送毒性基因产物的细菌效应系统。约由20余种蛋白质组成。）

2、黏附素能使细菌紧密黏着在泌尿道和肠道的细胞上，避免因排尿时尿液的冲刷和肠道的蠕动作用而被排除。大肠杆菌黏附素的特点是具有高特异性。包括：定植因子抗原〡，〢，〣；集聚黏附菌毛〡和〣；束形成菌毛；紧密黏附素；P菌毛；侵袭质粒抗原蛋白和Dr菌毛等。

3、外毒素大肠杆菌能产多种的外毒素，包括：志贺毒素〡和〢；耐热肠毒素〡和〢；不耐热肠毒素〡和〢。此外，溶血素A在尿路致病性大肠杆菌所致疾病中有重要作用。

4、肠毒素：是肠产毒性大肠杆菌在生长繁殖过程中释放的外毒素，分为耐 热和不耐热两种。

不耐热肠毒素（Heatlabileenterotoxin,LT）：对热不稳定，65℃经30分钟即失活。为蛋白质，分子量大，有免疫原性。由A、B两个亚单位组成，A又分成A1和A2，其中A1是毒素的活性部分。B亚单位与小肠粘膜上皮细胞膜表面的GM1神经节苷脂受体结合后，A亚单位穿过细胞膜与腺苷酸环化酶作用，使胞内ATP转化cAMP。当cAMP增加后，导致小肠液体过度分泌，超过肠道的吸收能力而出现腹泻。LT的免疫原性与霍乱弧菌肠毒素相似，两者的抗血清交叉中和作用。

耐热肠毒素（Heatstableenterotoxin,ST）：对热稳定，100℃经20分钟仍不被破坏，分子量小，免疫原性弱。ST可激活小肠上皮细胞的鸟苷酸环化酶，使胞内cGMP增加，在空肠部分改变液体的运转，使肠腔积液而引起腹泻。ST与霍乱毒素无共同的抗原关系。

肠产毒性大肠杆菌的有些菌株只产生一种肠毒素，即LT或ST；有些则两种均可可产生。有些致病大肠杆菌还可产生vero毒素。

5、其他：脂胞壁多糖的类脂A具有毒性，O特异多糖有抵抗宿主防御屏障的作用。大肠杆菌的K抗原有吞噬作用。

大肠杆菌O157:H7是大肠杆菌的其中一个类型，该种病菌常见于牛只等温血动物的肠内。这一型的大肠杆菌会释放一种强烈的毒素，并可能导致肠管出现严重症状，如带血腹泻。

大肠杆菌血清学分型基础（即其抗原） 大肠埃希菌主要有三种抗原：O抗原，为细胞壁脂多糖最外层的特异性多糖，由重复的多糖单位所组成。该抗原刺激机体主要产生IgM类抗体（出现早，消失快）。K抗原，位于O抗原外层，为多糖，与细菌的侵袭力有关。K抗原分为A，B，L三型。H抗原，位于鞭毛上，加热和用酒精处理，可使H抗原变性或丧失。H抗原主要刺激机体产生IgG类抗体，与其他肠道菌基本无交叉反应。

表示大肠杆菌血清型的方式是按O：K：H排列，例如：O111：K58（B4）：H2

传播途径肠出血性大肠杆菌感染是一种人畜共患病。凡是体内有肠出血性大肠杆菌感染的病人、带菌者和家畜、家禽等都可传播本病。动物作为传染源的作用尤其重要，较常见的可传播本病的动物有牛、鸡、羊、狗、猪等，也有从鹅、马、鹿、白鸽的粪便中分离出O157H7大肠杆菌的报道。其中以牛的带菌率最高，可达16%，而且牛一旦感染这种细菌，排菌时间至少为一年3。

可通过饮用受污染的水或进食未熟透的食物(特别是免治牛肉、汉堡扒及烤牛肉)而感染。饮用或进食未经消毒的奶类、芝士、蔬菜、果汁及乳酪而染病的个案亦有发现。此外，若个人卫生欠佳，亦可能会通过人传人的途径，或经进食受粪便污染的食物而感染该种病菌。

患病或带菌动物往往是动物来源食品污染的根源。如牛肉、奶制品的污染大多来自带菌牛。带菌鸡所产的鸡蛋、鸡肉制品也可造成传播。带菌动物在其活动范围内也可通过排泄的粪便污染当地的食物、草场、水源或其他水体及场所，造成交叉污染和感染，危害极大。

1． 通过食物传播

O157H7大肠杆菌主要是通过污染食物而引起人的感染，O157H7大肠杆菌的致病能力和对胃酸的抵抗力均较强，对细胞的破坏性大。因此很多国家将O157H7大肠杆菌引起的感染性腹泻归为食源性疾病。在世界各地报告的爆发中，约有70%以上与进食可疑食物有关。

动物来源的食物，如牛肉、鸡肉、牛奶、奶制品等是O157H7大肠杆菌经食物传播的主要因素，尤其是在动物屠宰过程中这些食物更易受到寄生在动物肠道中的细菌污染。另外蔬菜、水果等被O157H7大肠杆菌污染也可造成大肠杆菌感染爆发。

1982年和1993年在美国发生的O157H7大肠杆菌感染性腹泻的爆发，就是由于食用了某快餐连锁店的汉堡包引起的。研究证明，汉堡包的牛肉馅被O157H7大肠杆菌污染。据专家估计100个菌就可使人发病，而1个汉堡包的牛肉馅里可含有1000个细菌，足以使人得病。

英国曾发生一起与食用蔬菜有关的O157H7感染爆发。

1996年5-8月份在日本发生的世界上最大的一起由O157H7大肠杆菌引起的爆发流行，可疑食物是牛肉和工业化生产的蔬菜。

1991、1993、1996年在美国发生的O157H7感染爆发被证明了食用被污染的苹果汁和苹果酒。

1998年，中国黑龙江省卫生防疫站首次从市售的熟猪头肉中分离出EHEC，表明中国也存在由该菌引起食物中毒的危险。

2． 通过水传播

1989年，在美国密苏里州发生的一起O157H7大肠杆菌感染爆发，共发病240多人。调查表明，该起爆发可能为水源性，是由于饮用水被污染所致。加强饮用水源的消毒管理后，疫情得到了控制。

1989年12月-1990年1月在加拿大某镇也发生了一起O157H7大肠杆菌感染爆发。在2000多名居民中，发病243人，发病率11.6%。经证实也为水源性爆发。原因为天气寒冷，供水管道堵塞，导致市政供水系统受污染。

除了饮用水受到污染可造成感染外，其他被污染的水体如游泳池、湖水及其他地表水等都可造成传播。这也进一步说明了O157H7在外环境中的生存能力较强，引起人类感染可能并不需要在外环境中进行增菌。

1991年在美国的俄勒冈州发生的一起O157H7大肠杆菌感染爆发，怀疑是湖水被粪便污染，感染者在湖水里游泳时不慎喝了湖水而被感染。

对1992年在苏格兰发生的一起O157H7大肠杆菌感染的调查发现，一个患病儿童在一个家庭用的大水盆里玩耍，污染了盆里的水，结果用过同一盆水的儿童都先后发病。

1996年在日本大阪发生O157H7大肠杆菌感染爆发后，鉴于O157H7大肠杆菌可经水传播，有关当局关闭了大阪市的23个公共游泳池和515所学校的游泳池。

3．密切接触传播

人与人之间的密切接触也可引起O157H7大肠杆菌的传播。

一个人感染了O157H7大肠杆菌后，常通过密切接触的方式把细菌传染给其父母、子女、兄弟姐妹或其他与之密切接触的人如老师、朋友、亲戚等。

在医院里，也发生了多起由于护士照料病人而感染了O157H7大肠杆菌的报告，并且得到了病原学上的支持。

值得指出的是：在人与人之间的传播过程中，二代病人症状往往较轻，很少出现出血性肠炎。可能是由于接触传播时感染剂量小或经人传代后细菌毒力减弱。

在上述三条传播途径中，以食物传播为主。有人对美国自1982年起发生的100多起 O157H7爆发流行的感染途径进行统计，发现食源性的占71%（52%为牛肉制品，大部分与快餐店中的汉堡包有关；14%为水果、蔬菜；5%来源于未知食品）、16%为人与人接触感染、12%为水源性感染。

应用在生物技术中的应用在这里必须指出的是，出于生物安全考虑，生物工程用的菌株是在不断筛选后被挑选出的菌株。这些菌株由于失去了细胞壁等重要组分，所以在自然条件下已无法生长。甚至普通的清洁剂都可以轻易地杀灭这类菌株。这样，即便由于操作不慎导致活菌从实验室流出，也不易导致生化危机。此外，生物工程用的菌株基因组都被优化过，使之带有不同基因型（例如β半乳糖苷酶缺陷型），可以更好的用于分子克隆实验

真核基因在大肠杆菌中表达，必须有合适的表达载体(Vector),常用载体：pBV220,pET系统

大肠杆菌更适合原核基因的表达，外源基因表达产量与单位体积产量是正相相关的，而单位体积产量与细胞浓度和每个细胞平均表达产量呈正相相关.细胞浓度与生长速率，外源基因拷贝数和表达 产物产量之间存在动态平衡，单个细胞的产量又与外源基因拷贝数，基因表达效率，表达产物的稳定性和细胞代谢负荷等因素有关。

例如，科学家们把人的胰岛素基因送到大肠杆菌的细胞里，让胰岛素基因和大肠杆菌的遗传物质相结合。人的胰岛素基因在大肠杆菌的细胞里指挥着大肠杆菌生产出了人的胰岛素。并随着它的繁殖，胰岛素基因也一代代的传了下去，后代的大肠杆菌也能生产胰岛素了。这种带上了人工给予的新的遗传性状的细菌，被称为基因工程菌。4

对养殖业的影响当前大肠杆菌病给养禽业带来的损失越来越大，其难于治愈、死亡率高、极易复发等临床特点，正困扰着基层广大养殖户和兽医工作者。那么大肠杆菌病为何如此难于根治呢？通常多考虑的是抗菌素耐药、继发或并发感染、药物靶部位等因素，其实还忽视了一个引起包心包肝、气囊炎、败血症、肠炎及发热等常见临床病症的另一个重要元凶——大肠杆菌死亡溶解释放的内毒素。

内毒素是由革兰氏阴性菌（大肠杆菌、沙门氏菌、鸭疫里默氏杆菌等）细胞壁的成分，是一种脂多糖。内毒素对机体有很强的毒性，可引起宿主发热、毒血症、败血症、心包炎、肝周炎、气囊炎、输卵管炎、肾炎，甚至休克死亡。由于内毒素只有菌体死亡溶解后才能被释放，因此在治疗革兰氏阴性菌感染的疾病时，如果单纯大量应用抗菌素，会使细菌死亡并释放更多的内毒素，使上述症状得不到缓解，甚至出现内毒素性休克，而使死亡增加。因此当前控制细菌病尤其是大肠杆菌病，不但要抑杀细菌，更要清除内毒素，使用清除毒素抑杀细菌的方式有以下几种：使用乳酸菌等生物制剂，抑制大肠杆菌繁殖，消除毒素；投饮中药方剂，抑菌加强肝脏肾脏代谢；抗生素加VB、VC等抑菌和加强代谢。