菌株介绍 | 全面解析蜡样芽孢杆菌：从生态环境到临床防治及实验室鉴定

全面解析蜡样芽孢杆菌：从生态环境到临床防治及实验室鉴定

引言：

蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）是一种普遍存在于自然界的微生物，因其广泛的分布和独特的生存适应性而备受关注。从土壤、食物到人体肠道，该菌不仅引发了各种食源性疾病，还在特定条件下造成眼部感染和其他机会性感染。本文将深入剖析蜡样芽孢杆菌的生态环境、形态特征、基因结构、培养特性、致病机制、临床表现、实验室诊断方法、治疗措施以及预防控制策略，旨在全面认识这一重要病原体，以便更好地预防和控制相关感染的发生。

蜡样芽孢杆菌的栖息地：

● Bacillus cereus（蜡样芽孢杆菌）广泛分布于土壤、蔬菜、牛奶、谷物、香料、炒饭、熟禽肉和肉类、汤品、甜点等多种环境中，甚至能在不当处理食物的区域，如土豆泥、牛肉炖菜、苹果、自动售货机售卖的热巧克力中找到。

● 1887年，Frankland首次从牛棚空气中分离出该菌。

● 作为一种腐生型芽孢杆菌，其营养体细胞和芽孢在自然界中广泛存在。

● 蜡样芽孢杆菌对免疫功能低下患者来说是机会致病菌，有时也会成为人类病原菌，但它并非人体正常菌群，只是可能暂时定植于皮肤、消化道或呼吸道。

● 其芽孢对抗物理及化学因素（如高温、低温、干燥、辐射、消毒剂、抗生素和其他毒素）的能力极强，能够在有氧和无氧条件下生长。

● 蜡样芽孢杆菌在植物根系周围的根圈中与其他微生物相互作用，并存在于无脊椎动物肠道微生态中，特别是作为节肢动物的肠道共生菌，在蠼螋、蟑螂和白蚁体内表现出丝状生长。

● 此外，蜡样芽孢杆菌不易被酒精杀死，它们甚至能在酒精制品中繁殖，足以引起感染。

● 在患者粪便样本中检出蜡样芽孢杆菌并不能作为确诊依据，因为正常粪便样本中也可能存在该菌，只有当食品样本中每克含有10^5个或以上细菌时，才被视为诊断标准。

图1、Bacillus cereus（蜡样芽孢杆菌）的栖息地（来源：https://microbenotes.com/bacillus-cereus/）

蜡样芽孢杆菌的形态特性及基因组结构：

● 蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）是一种革兰氏阳性杆菌，呈杆状，两端平直，偶尔随着菌体老化可能出现革兰染色变异甚至呈现革兰阴性。

● 单个菌体形态为杆状，也可短链排列，链内各菌体之间界限清晰可见。

● 在组织切片染色中，可能呈现长而丝状的形态。

● 菌体直或稍有弯曲，不形成荚膜。

● 其包含位于中央的芽孢，芽孢呈椭圆形，不会使母细胞膨胀，在动物血液和组织中或好氧培养条件下不形成芽孢。

● 菌体大小约为1×3-4微米，具有鞭毛，呈现周生鞭毛运动，具有游动性和滑行两种运动方式。

● 芽孢能够在暴露于空气和其他恶劣环境条件下长期存活，是一种β溶血细菌，可引发食源性疾病，其毒力因子包括cerolysin和磷脂酶。

● 在基因组结构方面，蜡样芽孢杆菌拥有一个长度为5,411,809nt的环状染色体，其中包括5481个基因，编码5234种蛋白质，147个结构RNA，以及5366个RNA操纵子。此外，它还携带有大小为5至500kb的质粒。

图2、Bacillus cereus（蜡样芽孢杆菌）的形态特性（来源：https://microbenotes.com/bacillus-cereus/）

蜡样芽孢杆菌的培养特性：

● 蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）在营养琼脂或蛋白胨培养基上易于生长。其最佳生长温度范围为20°C至40°C，常见为37°C，属于中温菌种，具有较强的环境适应能力。在37°C的营养琼脂上，蜡样芽孢杆菌形成大的（2-5毫米）灰白色、颗粒状菌落，边缘较平直，质地较不膜状。在37°C的5%羊血琼脂上，其菌落表现为大型、羽状、暗灰色、颗粒状、扩展性强的菌落，表面粗糙且有棉絮感，边缘不规则，这种不规则边缘可能与其滑行运动有关。在血琼脂上，蜡样芽孢杆菌显示为β溶血性。

图3、蜡样芽孢杆菌的培养特性（来源：https://microbenotes.com/bacillus-cereus/）

● 有些情况下，菌落可能会单独形成光滑型或在粗糙型菌落中出现。当远离初始接种点独立生长时，光滑型菌落周围会出现一圈均匀的β溶血环，包围中央菌落。传统的MYP琼脂常用于蜡样芽孢杆菌的平板培养，但由于其选择性较差，背景菌群不受抑制，可能导致蜡样芽孢杆菌被掩盖。蜡样芽孢杆菌在MYP琼脂上通常为卵磷脂酶阳性、甘露醇阴性。

● Bacara是一种选择性和鉴别性色素培养基，有利于蜡样芽孢杆菌的生长和鉴定，同时抑制背景菌群的生长。蜡样芽孢杆菌在此培养基上会形成粉红色至橙色、伴有不透明晕圈的菌落。建议采用这种色素培养基来替代MYP琼脂对蜡样芽孢杆菌群体进行计数，典型的菌落将以粉红色至橙色的均匀菌落形式出现，周围有一圈沉淀区。

蜡样芽孢杆菌的致病性和毒力因子：

● 蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）主要与食物中毒相关，但也可能引发创伤后眼内炎，这种情况需要迅速采取积极局部管理。该菌广泛存在于环境中，尤其在诸如稻米之类的谷物等大多数生食中普遍存在。

● 蜡样芽孢杆菌引起的胃肠炎由两种肠毒素之一介导。耐热、抗蛋白酶分解的肠毒素会导致恶心、呕吐、腹痛，偶尔伴随腹泻的恶心型疾病，此类型疾病通常自我限制，24小时内可恢复。热不稳定肠毒素则引起腹泻型疾病，两者均通过激活肠上皮细胞内的腺苷酸环化酶-环磷酸腺苷系统，导致大量水样腹泻。

● 腹泻型疾病的潜伏期为1-24小时，表现为大量腹泻伴腹部疼痛和痉挛，发烧和呕吐较少见。

● 蜡样芽孢杆菌还是机会性感染中最常见的蜡样芽孢杆菌属物种，包括创伤后眼部感染、心内膜炎和败血症。蜡样芽孢杆菌眼部感染的具体发病机制尚未完全明确。

● 至少有三种毒素与之关联，分别是坏死毒素（一种热不稳定肠毒素）、梭菌溶素和磷脂酶C（一种强大的溶血磷脂酶）。蜡样芽孢杆菌感染导致眼部快速破坏的特征可能源于这些毒素以及其他未知因素的相互作用。蜡样芽孢杆菌属物种可以暂时性定植皮肤，在血液培养中可能作为不显著的污染菌被检出。然而，在存在血管内异物的情况下，这些细菌可能导致持续性败血症和全身感染症状（如发热、寒战、低血压、休克）。

● 其他部位的感染较为罕见，通常涉及静脉注射药物滥用者或免疫功能低下的患者。

蜡样芽孢杆菌的临床表现：

蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）所致疾病的临床表现多样，主要包括食物中毒、眼部感染以及其他局部和系统性感染。

● 食物中毒：有两种形式的食物中毒：呕吐型（恶心型）和腹泻型。

呕吐型：呕吐型食物中毒通常由食用受污染米饭引起。大部分细菌在最初煮饭时会被杀死，但耐热芽孢得以幸存。如果煮熟后的米饭未冷藏，芽孢便会萌发并迅速繁殖。释放出的耐热肠毒素在米饭重新加热时也不会被破坏。因此，摄入污染米饭后，呕吐型疾病的潜伏期很短（1至6小时），病程也比较短暂（少于24小时）。主要症状包括呕吐、恶心和腹痛，通常不伴有发热和腹泻。

腹泻型：蜡样芽孢杆菌腹泻型食物中毒是一种真正的感染，因摄入存在于受污染肉类、蔬菜或酱汁中的细菌而发生。潜伏期较长，在此期间细菌在患者的肠道中增殖，随后释放热不稳定肠毒素。这种肠毒素会导致大量水样腹泻、恶心和腹痛。

● 眼部感染：蜡样芽孢杆菌的眼部感染通常发生在眼球遭受土壤污染物体穿透性伤害之后，表现为严重的角膜炎和内眼炎。

● 其他感染：除了食物中毒和眼部感染，蜡样芽孢杆菌还与多种局部和全身性感染相关，如伤口感染、心内膜炎、导管相关性败血症、中枢神经系统感染、骨髓炎和肺炎。医疗器械的存在或静脉药物使用者更容易受到这类感染的影响。

蜡样芽孢杆菌的实验室诊断：

● 样本采集：收集粪便、呕吐物、剩余食物（如有）和眼部标本（角膜拭子）。

● 直接检测方法： 通过革兰氏染色，微生物显微镜下可见单一、成对或蛇形排列的大号革兰氏阳性杆菌，两端平齐，可见中心位置的未染色椭圆形或圆形区域，即为芽孢。芽孢呈椭圆形，且不使母细胞肿胀。

● 培养鉴定： 蜡样芽孢杆菌可在5%羊血琼脂、巧克力琼脂、常规血液培养基和营养肉汤中生长。在35℃环境下，通常在孵育开始后24小时内可见菌落生长，可以在普通空气或5%二氧化碳中培养。在血琼脂上的菌落特征表现为：大型、羽毛状、扩展性强、暗灰色、颗粒状、蔓延快、表面粗糙且呈棉絮状，边缘不规则，且为β溶血性。

为了从粪便中分离蜡样芽孢杆菌，可以采用选择性培养基，如MYPA（甘露醇、卵黄、多粘菌素、酚红、琼脂）或PEMBA（多粘菌素、卵黄、甘露醇、溴甲蓝琼脂）。这些培养基利用了蜡样芽孢杆菌在卵黄琼脂上磷脂酶C阳性的特性、不发酵甘露醇，以及添加吡哆醇或多粘菌素作为选择性试剂。

图4、蜡样芽孢杆菌的鉴定诊断（来源：https://microbenotes.com/bacillus-cereus/）

● 生化分析：

   • 过氧化氢酶试验：阳性

   • 氧化酶试验：阴性

   • OF试验：发酵型

   • 吲哚试验：阴性

   • 甲基红试验：阳性

   • Vogues-Proskauer试验：阳性

   • 葡萄糖发酵：发酵产酸

   • 蔗糖发酵：发酵产酸

   • 乳糖发酵：不发酵

   • 淀粉水解：阳性

   • 硝酸盐还原：阳性

   • 明胶水解：阳性

   • 芽孢染色：形成芽孢的细菌

   • 运动性：可运动

● 血清学诊断： 已有血清学方法可用于检测食物和粪便中的蜡样芽胞杆菌毒素，一般采用微玻片凝胶扩散试验作为毒素检测体系。

● 分子生物学方法： 可通过多重PCR技术分析蜡样芽孢杆菌分离株产生呕吐毒素（cereulide）、肠毒素（nhe、hbl和cytK）的毒力潜能基因。

蜡样芽孢杆菌的治疗：

● 患有蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）食物中毒的人通常只需要支持性治疗。对于严重脱水的患者，建议采用口服补液疗法，有时也需要静脉补液和电解质补充治疗。但对于抗生素治疗并不推荐，因为食物中毒主要是由毒素引起的，而非细菌本身。

● 而对于患有蜡样芽孢杆菌侵袭性疾病的患者，则需要进行抗生素治疗。蜡样芽孢杆菌对林可霉素、红霉素、万古霉素、氨基糖苷类抗生素以及四环素类药物敏感，但对青霉素和复方新诺明具有抗药性。因此，在治疗侵袭性感染时，可以选择上述敏感的抗生素进行针对性治疗。

蜡样芽孢杆菌的防治：

蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）导致的腹泻和呕吐型中毒可以通过恰当的食物处理程序有效预防。具体措施包括：

● 肉类和蔬菜不应在10至45摄氏度的温度下长时间存放；

● 烹饪后的米饭若需隔夜保存，应当放入冰箱冷藏，而不是放在室温下。

● 对于手术后患者、免疫功能低下或其他易感人群防止感染，关键在于采取良好的卫生实践。

总结：

蜡样芽孢杆菌是一种环境适应性强、分布广泛的革兰氏阳性杆菌，其耐热芽孢使其在多种食物中存活并引发呕吐型和腹泻型食物中毒。菌体形态独特，基因组庞大，包含众多毒力因子如肠毒素和磷脂酶。在实验室中，蜡样芽孢杆菌通过其特有的培养表型和生化特性得以鉴定。在临床表现上，除食物中毒外，还能导致眼部感染和其他系统性感染。治疗上，食物中毒主要依靠支持疗法，而侵袭性感染则需针对性抗生素治疗。预防蜡样芽孢杆菌感染的关键在于严格遵守食品安全规定，妥善处理和储存食物，以及加强医疗操作卫生，特别是对易感人群的保护。

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更新日期：2024-04-06