神秘的分枝桿菌:它們如何讓世界陷入肺結核的陰影?

分枝桿菌(Mycobacterium)是屬於放線菌門的一個屬,這個屬包含超過190種不同的細菌。這些細菌經常與人類的兩種危及生命的疾病聯繫在一起,即肺結核(Mycobacterium tuberculosis)和麻風(Mycobacterium leprae)。這些細菌的命名源自希臘語‘myco-’,意指‘真菌’,反映出他們在培養基上呈現的霉菌狀生長形式。這些細菌由於其細胞壁擁有臘質脂質豐富的外層,使其對於酸性環境具高度抵抗力,因此在微生物學上使用酸快染色法能強調其這種特性。

「分枝桿菌因其複雜的細胞結構而能成功避開宿主防禦系統。」

微生物學

形態學

分枝桿菌呈現長杆狀,通常為0.2至0.6微米寬且1.0至10微米長。這些細菌一般是非運動性的,但某些種如海分枝桿菌(Mycobacterium marinum)在巨噬細胞內卻顯示出運動性。分枝桿菌擁有包膜,但大多不形成內生孢子。某些研究表明M. marinum及可能的M. bovis具有產生內生孢子的能力,但是這一點尚存在爭議。

生理學

許多分枝桿菌能夠在極少的養分下生長,常使用氨或氨基酸作為氮源,並在礦物鹽的幫助下使用甘油作為碳源。不同物種的最佳生長溫度各有所異,範圍從25至45°C。大部分的分枝桿菌,包括大多臨床相關的物種,都可以在血液琼脂培养基上生長。不過,有一些物種的生長非常緩慢,例如麻風分枝桿菌(M. leprae)每次分裂週期需要12天,相比之下某些大腸桿菌(E. coli)的分裂時間僅需20分鐘。

生態學

雖然肺結核和麻風是病原體,但大多數分枝桿菌不會在未經損傷的皮膚上引起疾病。這些細菌廣泛存在於水和陸地環境中。通過生物膜的形成、對氯的抵抗能力以及與變形蟲的相互關聯,分枝桿菌能夠在各種環境壓力下生存。用於水質檢測的琼脂培養基通常不支持分枝桿菌的生長,這使得它們在市政和醫院系統中無法被檢測到。

致病性

肺結核複合體

肺結核分枝桿菌可以在人體內潛伏數十年,並在沒有明顯症狀的情況下繼續傳染他人。估計全球有三分之一的人口患有潛伏性肺結核(TB)。肺結核分枝桿菌擁有諸多致病因子,這些因子涉及脂質及脂肪酸代謝、細胞包膜蛋白、巨噬細胞抑制劑、激酶蛋白、蛋白酶、金屬轉運蛋白和基因表達調節因子等方面。

麻風

麻風是由麻風分枝桿菌(M. leprae)或麻風類分枝桿菌(M. lepromatosis)感染引起的。每年約有20萬的新病例被報告,80%來自巴西、印度和印度尼西亞。麻風分枝桿菌的感染主要集中在皮膚的巨噬細胞以及周邊神經組織的施旺細胞中。

非結核性分枝桿菌

與肺結核分枝桿菌、麻風分枝桿菌和麻風類分枝桿菌不同,非結核性分枝桿菌(NTM)可以感染哺乳動物宿主,這些細菌即被稱為“非典型分枝桿菌”。雖然人際之間的傳播非常罕見,但也觀察到M. abscessus(膿腫分枝桿菌)在囊性纖維化患者之間的傳播情況。人類最常見的四種疾病包括慢性肺病、免疫功能低下患者的散發性疾病、皮膚和軟組織感染以及淋巴腺炎。

「分枝桿菌獨特的細胞壁結構使其能有效避免抗生素的攻擊,並需要複雜的多藥抗生素治療。」

診斷

目前最常用的兩種可視化這些酸快桿菌的方式是齊爾-尼爾遜染色和改良的基尼漢染色法。Fite染色法用於將麻風分枝桿菌的細胞染成粉紅色。最新的方法包括戈莫里-美滕胺銀染色和過碘酸希夫染色,能將麻風分枝桿菌複合物細胞著色為黑色和粉紅色。雖然某些分枝桿菌的培養可能需要長達八周才能形成可見的菌落,但大多數臨床相關物種會在最初的四周內生長,若在第一個月後依然讀數為負,醫生可以考慮其他原因。

思考與未來之路

隨著對分枝桿菌的了解提升,科學界對於其診斷、治療及管理的努力也在不斷進行中。面對這些潛在的危險病原體,我們需要採取什麼措施來預防和控制它們的擴散呢?

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