【原核生物全系列-80】梭菌目—梭菌科（上）

梭菌目—梭菌科（上）

细菌域

细菌界

厚壁菌门

梭菌纲

梭菌目

梭菌科

梭菌科（学名：Clostridiaceae）为梭菌目的一科细菌。此科的模式属为梭菌属(Clostridium)。

1.梭菌属

梭菌属（Clostridium），菌体呈梭状，又称梭状芽孢杆菌属或厌氧芽孢杆菌属，芽孢常比菌体大，是一类能产生内生孢子的厌氧性革兰氏阳性菌。

梭菌属广泛分布于自然界，以土壤中最多，芽孢圆形或椭圆形。除了产气荚膜梭菌无鞭毛外，大多有鞭毛。大部分的梭菌属可以水解糖、蛋白质，又可产生外毒素，成为一些疾病的原因。

梭菌属是一群革兰阳性菌，能产生芽孢，对外界抵抗力强。因芽孢直径大于菌体宽度,使菌体膨大呈梭形,因而得名。其广泛分布于自然界中，存在于土壤、人和动物肠道中。多数为非致病菌，少数为致病菌。常见致病厌氧芽孢梭菌主要有破伤风梭菌、产气荚膜梭菌、肉毒梭菌和艰难梭菌等。

形态描述：细胞杆状，0.3～2.0μm×1.5～2.0μm，常排列成对或短链，圆的或渐尖的末端。通常多形态，幼龄时革兰氏常呈阳性，以周生鞭毛运动。芽孢椭圆或球形孢囊膨大。大多数种为化能异养菌；有的化能自养菌或无机化能营养。可以水解糖、蛋白质，或两者都无或两者皆有。它们通常从糖或蛋白胨产生混合的有机酸和醇类。不还原硫酸盐。接触酶通常阴性，专性厌氧，如在空气中生长也是极弱，生孢被抑制。它们的代谢极富多样性，最适温度10～65℃。广泛分布在环境中，许多种可产生外毒素，有的对动物有毒，由于伤口感染或吸收毒素。

该属的模式种为丁酸梭菌（Clostridiumbutyricum）。

（1）丁酸梭菌

丁酸梭菌（Clostridiumbutyricum）又称丁酸菌、酪酸梭菌、酪酸菌、宫入菌。梭菌目梭菌科梭菌属的一种细菌。是一种梭状芽孢杆菌，也称丁酸菌，在细菌学分类上归属于梭菌属。1933年由日本千叶医科大学宫入近治博士首先发现并报告的，因此，又名宫入菌(MIYAIRI 588株)。1935年，俄罗斯微生物研究所Kingi miyairi博士从人的粪便和土壤中分离出丁酸梭菌，随后发现其厌氧培养的过滤物中含有较少的脂肪酸，具有极强的整肠作用，它可抑制肠道中的致病菌，促进肠道中有益菌如双歧杆菌和乳杆菌的生长。

酪酸菌为人体肠道正常菌群之一，约有700多株，其中安全性高且具有治疗效果的菌株编号为第588株，称为宫入菌(CBM 588)，其能代谢肠道内的植物纤维而产生短链脂肪酸。能通过胃酸、肠液和胆汁，具有抑制多种致病菌生长和繁殖，促进结肠上皮细胞增殖，有利于损伤上皮的修复，平衡肠道菌丛生态等功能。酪酸菌在日本、韩国以及中国等亚洲国家和地区已被广泛用于防治肠道菌群失调所致的急慢性腹泻、抗生素相关性肠炎、便秘或腹泻便秘交替症、胃十二指肠溃疡合并幽门螺旋杆菌感染、过敏性肠易激综合症状(IBS)等疾病，疗效良好。

丁酸梭菌是一种专性厌氧的革兰氏阳性芽孢杆菌，其直径为（0.6～1.2）×（3.0～7.0）µm，两端钝圆，中间部分轻度膨胀，细菌呈直杆状或稍有弯曲，单个或成对，短链，偶见有丝状菌体，周身鞭毛，能运动。孢子卵圆，偏心或次端生。革兰氏染色初培养的菌为阳性，菌稍长可变为阴性。在琼脂平板上形成白色或奶油色的不规则圆形菌落，稍突，直径为1～3mm。不水解明胶，不消化血清蛋白，能够发酵葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖等碳水化合物产酸，一个显著的特征是产生淀粉酶，水解淀粉但不水解纤维素。水解淀粉和糖类的最终代谢产物为丁酸、醋酸和乳酸，还发现有少量的丙酸、甲酸，硝酸盐还原实验均为阴性。丁酸梭菌DNA的G+C含量的摩尔分数为27%～28%。

丁酸梭菌做为饲料添加剂在饲料中应用，在动物肠道内可体现五大生物特性：一是促进动物肠道有益菌群（双歧杆菌, 乳酸杆菌）的增殖和发育，抑制肠道内有害菌和腐败菌的生长、繁殖，纠正肠道菌群紊乱，减少肠毒素的发生；二是在动物肠道内能产生B 族维生素、维生素K、淀粉酶等物质，具有保健作用；三是丁酸梭菌的主要代谢产物丁酸是肠道上皮组织细胞的再生和修复主要营养物质；四是厌氧或者兼性厌氧芽孢杆菌，不受胃酸、胆汁酸等影响；五是对多种饲用抗生素有较强的耐受性，可配伍使用。丁酸梭菌作为新饲料添加剂的使用，对于减少当前饲料中抗生素产品的滥用、减少药物在肉品中的残留、降低动物细菌的耐药性和保障动物健康方面有着重要的意义。

我国对丁酸梭菌的研究开发才刚刚起步，但发展较快，已有丁酸梭菌产品出现。自1993年起，从日本进口酪酸菌制剂一米雅BM片剂和米雅利桑爱儿A颗粒剂，先后在上海、广州、哈尔滨等十几家著名医院临床应用，治疗肠菌群紊乱引起的肠炎、腹泻、消化不良等疾患，取得了显著疗效。我国研究者对丁酸梭菌的研究主要是在临床应用上，但作为饲料添加剂应用的并不多见。

此外，丁酸梭菌也可做为兽药使用，由于其对链霉素等多种抗生素具有抗性，与这些抗生素配合使用时其生物作用不受影响，还能加强治疗效果。丁酸梭菌对多种抗生素的抗性，对其在饲料中普遍添加抗生素的情况下仍能发挥其效能有特别意义。

（2）肉毒杆菌

肉毒杆菌（学名：Clostridiumbotulinum）是一种生长在常温、低酸和缺氧环境中的革兰氏阳性杆菌，有卵形至长杆形的孢子型态，属次末端或末端的孢子生成方式，体长2-10微米。肉毒杆菌在不正确加工、包装、储存的罐装的罐头食品或真空包装食品里，都能生长。肉毒杆菌广泛分布在自然界各处，比如土壤和动物粪便中。人体的胃肠道也是一个良好的缺氧环境，很适于肉毒杆菌居住。

肉毒杆菌毒素被认为是目前世界上最致命的毒素，推估人体的半数致死量(LD50)为1.3~2.1 ng/kg，而如果是以呼吸摄入的话半数致死量约在10~13ng/kg。

根据所产生肉毒杆菌毒素抗原性的不同，肉毒毒素分为A、B、Ca、Cb、D、E、F、G这8个型，能引起人类疾病的有A、B、E、F型，其中以A、B型最为常见。

肉毒杆菌适合生长的温度为25～42℃，适合生长的pH值为4.6～9.0，易被硝酸盐/亚硝酸盐抑制。其毒素不耐热，食物加热时内部温度高于85°C煮五分钟以上即可破坏毒素，吃熟食、低温储存食物可防肉毒杆菌中毒。

由于肉毒杆菌芽胞普遍存在泥土、农产品、海底、动物及鱼类之肠道中，蜂蜜偶亦含此芽孢，且一岁以下婴儿，因免疫系统尚未健全，且肠道菌丛亦未发展完全，容易受肉毒杆菌影响，故一岁以下婴儿不可食用蜂蜜。

比利时的微生物学家尔缅鉴在 1895 年分离出制造肉毒杆菌毒素的厌氧细菌—Bacillus botulinus往后才更名为目前熟知可制造肉毒杆菌素的细菌—Clostridium botulinum。

①形态特征

肉毒杆菌是一种生长在缺氧环境下的细菌，在罐头食品及密封腌渍食物中具有极强的生存能力，是毒性最强的细菌之一。肉毒杆菌是一种致命病菌，在繁殖过程中分泌肉毒毒素，该种毒素是已知的最剧毒物，可抑制胆碱能神经末梢释放乙酰胆碱，导致肌肉松弛型麻痹。军队常常将这种毒素用于生化武器。人们食入和吸收这种毒素后，神经系统将遭到破坏，出现眼睑下垂、复视、斜视、吞咽困难、头晕、呼吸困难和肌肉乏力等症状，严重者可因呼吸麻痹而死亡。

科学家和美容学家正是看中了肉毒杆菌毒素能使肌肉暂时麻痹这一功效。医学界原先将该毒素用于治疗面部痉挛和其他肌肉运动紊乱症，用它来麻痹肌肉神经，以此达到停止肌肉痉挛的目的。可在治疗过程中，医生们发现它在消除皱纹方面有着异乎寻常的功能，其效果远远超过其他任何一种化妆品或整容术。因此，利用肉毒杆菌毒素消除皱纹的整容手术应运而生，并因疗效显著而在很短的时间内就风靡整个美国。

肉毒杆菌A型毒素毒性极强，它能破坏一种名为SNAP－25的蛋白质，从而切断神经细胞间的通信使肌肉麻痹。肉毒杆菌A型毒素的这一功能已被用于治疗斜视和肌肉痉挛等，后来整容医师开始用这种毒素麻痹面部肌肉以达到除皱效果。意大利研究人员通过动物实验发现，肉毒杆菌分泌的A型毒素，也就是美容除皱注射剂Botox的主要成分，被注射入皮肤后可能还会进入中枢神经系统，甚至抵达脑干。这一发现使肉毒杆菌毒素除皱的安全性问题再次引发社会争议。

肉毒杆菌为革兰阳性粗短杆菌，有鞭毛、无荚膜、产芽孢。芽孢呈椭圆形，比繁殖体宽，位于次极端，使细胞呈网球拍状。在普通固体培养基上，形成类圆形菌落，表面呈半透明、颗粒状、边缘不整齐、向外扩散、呈绒毛网状，且常常扩散成菌苔。在血平板上，出现与菌落几乎等大或者较大的溶血环。在卵黄琼脂培养基上，可产生脂酶，在菌落表面入周围形成彩虹薄层。

肉毒杆菌现有2种生物分型方法，根据所产毒素的抗原性差异，肉毒杆菌家族分为A、B、C、D、E、F、G七个亚型。根据生理学特征，可分为蛋白分解高株和非蛋白分解菌株。前者包括A型及某些B、F型肉毒杆菌；后者包括B型及部分E、F型肉毒杆菌。

②生长繁殖

通常，肉毒杆菌在有氧环境中、低于4°C或pH<4.5条件下不生长。只有在厌氧、低盐、偏酸的特殊条件下，才可生长繁殖并产生肉毒毒素。其中，具有蛋白分解功能的肉毒杆菌最适产毒培养温度为37°C,不具有蛋白分解功能的菌株最适产毒培养温度为30°C，甚至在3~4℃的低温条件下也可产生肉毒毒素。

肉毒杆菌芽孢在自然界生命力极强，在干燥环境中可存活30年以上，沸水中可存活3~4h。对紫外线、乙醇和酚类化合物不敏感，甚至对辐射照射也有一定抵抗力。在180摄氏度下干热5~15min,100摄氏度下湿热5h,或高压蒸汽121摄氏度、30min,才能杀死肉毒杆菌芽孢。此外，芽孢对加氯水、次氯酸盐也非常敏感。

③生存分布

肉毒杆菌在自然界分布广泛，土壤中常可检出，偶亦存在于动物粪便中。根据所产生毒素的抗原性不同，肉毒杆菌分为A、B、Ca、Cb、D、E、F、G这8个型，能引起人类疾病的有A、B、E、F型，其中以A、B型最为常见。

人体的胃肠道是一个良好的缺氧环境，适于肉毒杆菌居住。肉毒杆菌属于厌氧菌，严格厌氧，在胃肠道内既能分解葡萄糖、麦芽糖及果糖，产酸产气，又能消化分解肉渣，使之变黑，腐败恶臭。在厌氧环境中，此菌能分泌强烈的肉毒毒素，能引起特殊的神经中毒症状，致残率、病死率极高。

肉毒杆菌芽胞抵抗力很强，干热180摄氏度5-15分钟，湿热100摄氏度5小时，高压蒸气121摄氏度30分钟，才能杀死芽胞。肉毒毒素对酸的抵抗力特别强，胃酸溶液24小时内不能将其破坏，故可被胃肠道吸收，损害身心健康。