微生物的生存之道:Bacteroides fragilis 如何適應腸道環境?

Bacteroides fragilis 是一種厭氧性、革蘭氏陰性、形狀多樣的桿菌,通常是人類腸道微生物的一部分。雖然它大多數情況下與宿主共生,但當因手術、疾病或創傷而被移動到血液或周圍組織時,它也可能引發感染。

Bacteroides fragilis 在人類的胃腸道中生存,對健康的胃腸功能至關重要,包括粘膜免疫和宿主營養。

生境

Bacteroides fragilis 的最佳生長條件為 37°C 的溫度和 pH 值約為 7。這種細菌的細胞形狀多變,大小範圍在 0.5-1.5 × 1.0-6.0 微米之間。儘管它不具備鞭毛或纖毛,因此不可主動運動,但它利用周圍的纖毛附著於其他分子結構上。

腸道微生物群中的代謝與互利共生

B. fragilis 是一種可在無氧狀況下生存的化能有機營養生物,能夠發酵多種在腸道環境中的糖類物質,如葡萄糖、蔗糖和果糖。通過將多聚糖和糖蛋白分解成更小的分子,B. fragilis 不僅滿足自身需求,還為其他微生物提供了進一步代謝的能源。

在腸道中產生的脂肪酸能成為宿主的能量來源。缺少腸道細菌的動物需要攝取多達30%的額外熱量來維持其體重。

環境感知系統

B. fragilis 擁有一個複雜的環境感知系統,能夠在不斷變化的腸道微生物群中生存和適應。這套系統由多種組成部分構成,可以很有效地應對多種威脅。

抗菌素

B. fragilis 腸道分離株能分泌大量的抗菌素蛋白,並對其他相近菌株分泌的抗菌素具備抵抗能力,這有助於減少同種間的競爭。

膽鹽耐受性

B. fragilis 利用膽鹽水解酶來抵抗膽鹽的降解作用,膽鹽的清潔劑活性可能會使細菌膜通透化,最終導致膜崩潰或細胞損傷。

氧化胁迫反应

特殊的酶如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和烷基過氧化氫還原酶幫助 B. fragilis 抵抗有害的氧自由基,使其能在微摩爾濃度的氧氣存在下生長。

抗生素抵抗

Bacteroides 屬以其抗生素抵抗機制而聞名,並在厭氧細菌中擁有最高的抗藥性比率。B. fragilis 的高抗藥性主要歸因於其基因的可塑性。

研究表明,B. fragilis 近年來對多種抗菌劑出現了日益增加的抗藥性,包括頭孢噻烯、克林霉素、硝咪唑、碳青霉烯及氟喹諾酮。

抗性儲備

Bacteroides 種類在腸道中積累了多種抗生素和抗微生物的抵抗基因,這使得這些基因能夠傳遞給其他 Bacteroides 種類,甚至可能傳遞給其他更具致病性的細菌,導致整體多重藥物抗性增加。

流行病學及致病性

B. fragilis 群體是最常被孤立的厭氧感染菌,尤其是那些起源於胃腸道的感染。儘管 B. fragilis 群是臨床檢體中最常見的物種,但在糞便微生物中卻僅占0.5%。這些細菌的致病性部分來自於它們能夠合成的結晶多糖,這種物質能夠抵抗吞噬作用並促進膿腫形成。

B. fragilis 涉及90%的厭氧性腹膜炎感染,雖然它是革蘭氏陰性,但具備修飾的LPS,不會引發內毒素休克。

抗發炎作用

B. fragilis 多糖A(PSA)已被證明能夠保護動物免受實驗性疾病的影響,如結腸炎、哮喘或肺部炎症。缺乏表面多糖的 B. fragilis 突變株無法輕易定殖於腸道,PSA 则可刺激調控T細胞並壓制促炎的 T 助細胞 17。

考量到這些微生物在腸道中的多樣性及其對健康的影響,我們是否應該更加重視腸道微生物的角色並進行更深入的研究呢?

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