腸球菌在動(dòng)物生產(chǎn)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)

摘要：雖然腸球菌在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用比較廣泛，但是，作為腸道共生菌群，腸球菌也與很多人畜疾病相關(guān)，被認(rèn)為是很多人畜疾病的主要病原體。本文總結(jié)了腸球菌引起的人畜疾病以及攜帶的致病基因和耐藥基因，并通過基因組水平的篩查在37株腸球菌基因組中發(fā)現(xiàn)了大量的致病基因和耐藥性基因。這表明了作為致病基因和耐藥基因的載體，腸球菌應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)是十分巨大的，提醒我們?cè)谛竽翗I(yè)生產(chǎn)中對(duì)腸球菌的使用要十分小心。

關(guān)鍵詞：乳酸菌；腸球菌；微生態(tài)

作為一種重要的乳酸菌，腸球菌在動(dòng)物生產(chǎn)，特別是動(dòng)物微生態(tài)方面的應(yīng)用比較廣泛。它可以通過調(diào)節(jié)機(jī)體免疫，提高采食量，降低腹瀉率和改善腸道內(nèi)環(huán)境等來促進(jìn)動(dòng)物健康，在畜牧生產(chǎn)中具有重要作用。但是，作為腸道共生菌群，腸球菌通過基因水平轉(zhuǎn)移等方式獲得致病因子的風(fēng)險(xiǎn)也在不斷增加，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多疾病與腸球菌相關(guān)。同時(shí)，由于人類對(duì)抗生素的大量使用，腸球菌已經(jīng)對(duì)多種抗生素具有了耐藥性，特別是萬古霉素。自上世紀(jì)八十年代歐洲首次發(fā)現(xiàn)對(duì)萬古霉素具有耐藥性的腸球菌以來，對(duì)萬古霉素耐藥的腸球菌已經(jīng)在全球范圍內(nèi)多次發(fā)現(xiàn)。目前，腸球菌已經(jīng)成為一類主要的醫(yī)院內(nèi)病原體（Nosocomial pathogens）。因此，腸球菌在動(dòng)物生產(chǎn)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)還是十分巨大的，一旦由腸球菌引起動(dòng)物感染，很可能會(huì)對(duì)畜牧生產(chǎn)造成難以估量的損失。

1 腸球菌的基本特征及分布

腸球菌細(xì)胞呈球形或卵圓形，革蘭氏陽性，不生孢子，無莢膜，部分有稀疏的鞭毛。絕大多數(shù)腸球菌細(xì)胞無運(yùn)動(dòng)性，可以在10～45℃和6.5%的NaCI溶液中生長。在液體培養(yǎng)基中以個(gè)體、成對(duì)、短鏈或成簇存在。

腸球菌最早分離自人和哺乳動(dòng)物腸道，是人和哺乳動(dòng)物腸道菌群的重要組成。但是，隨著研究的不斷深入，我們發(fā)現(xiàn)腸球菌廣泛的分布于自然界的各種生態(tài)環(huán)境中。除了人和哺乳動(dòng)物，腸球菌還是鳥類、昆蟲等動(dòng)物腸道菌群中的重要組成部分。除此之外，腸球菌還廣泛存在于各種發(fā)酵食品以及植物、水和土壤等自然環(huán)境中。

2 腸球菌引起的人畜疾病

作為一類主要的醫(yī)院內(nèi)病原體，腸球菌感染患者的死亡率高達(dá)61%。其中，E.faecalis和E.faecium是人感染腸球菌的主要病原體，80%～ 900/0的腸球菌感染是由E.faecalis引起的。腸球菌感染引起的疾病主要包括：菌血癥、感染性心內(nèi)膜炎、尿路感染、中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染和皮膚感染等。在美國，18%的血液感染是由腸球菌引起的，腸球菌已經(jīng)成為最主要的菌血癥病原體之一。此外，腸球菌還是感染性心內(nèi)膜炎和尿路感染的主要病原體，分別有5%～20%和15%的感染性心內(nèi)膜炎和尿路感染是腸球菌引起的。腸球菌引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染常發(fā)生于患有嚴(yán)重血液病，肺病和心臟病的老年患者中。褥瘡和足部潰瘍患處?？梢苑蛛x到腸球菌，表明腸球菌還是一些皮膚感染疾病的病原體。

除了對(duì)人類的影響，腸球菌還是許多畜禽傳染病的主要病原體。1975年，英國暴發(fā)了豬腦膜炎疫情，科學(xué)家確定腸球菌是豬腦膜炎的病原體。E.villorum是引起仔豬腹瀉的主要病原體，2014年在丹麥暴發(fā)的仔豬腹瀉疫情中，檢出的腸球菌總數(shù)是正常仔豬的24倍。E.cecorum可以引起家禽脊柱炎和股骨頭壞死，近年來在北美和德國先后暴發(fā)了由E.cecorum引起的肉雞大規(guī)模感染。2013年，在意大利撒丁島爆發(fā)了由E.faecalis引起的綿羊乳腺炎疫情，首次發(fā)現(xiàn)E.faecalis可以引起綿羊乳腺炎。此外，腸球菌還是奶牛乳房炎和腎盂腎炎的主要病原體。

3 腸球菌中常見的毒力因子和致病基因

為了揭示腸球菌在動(dòng)物生產(chǎn)上存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)“乳品生物技術(shù)與工程”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用Illumina Miseq高通量測(cè)序平臺(tái)完成了29株腸球菌模式株的全基因組測(cè)序，結(jié)合Genbank數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)完成基因組測(cè)序的8株腸球菌，共對(duì)37株腸球菌基因組中存在的毒力因子，致病基因和耐藥性基因進(jìn)行了基因組層面的研究。

通過與毒力因子數(shù)據(jù)庫VFDB（http：//www.mgc.ac.cn/VFs/main.htm）的比對(duì)分析，我們?cè)?7株腸球菌基因組中共找到了74個(gè)與細(xì)菌致病性相關(guān)的基因，平均每個(gè)基因組中含有13個(gè)致病基因。從功能來看，腸球菌致病基因的功能主要有粘附作用、入侵作用、抗吞噬作用、應(yīng)激蛋白和胞外酶等。

與細(xì)胞粘附相關(guān)的基因主要有ace、esp和efaA等。其中，基因ace（Adhesin to Collagen ofE.faecalis）在糞腸球菌中十分保守。Ace蛋白含有一個(gè)LPXTG元件，它可以與細(xì)胞膜上的I型膠原蛋白，Ⅳ型膠原蛋白和層粘連蛋白發(fā)生交聯(lián)作用，從而使腸球菌穩(wěn)定的粘附于細(xì)胞膜上?；騟sp編碼胞外表面蛋白（Enterococcal Surface Protein）。該基因在E faecalis致病株中發(fā)現(xiàn)的頻率很高，被認(rèn)為可以促進(jìn)E.faecalis在腸上皮細(xì)胞的粘附，還與腸道定殖和抵御宿主免疫系統(tǒng)的攻擊相關(guān)。基因efaA編碼一種ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體，是efaCBA操縱子基因。由于它的氨基酸序列和一類細(xì)胞粘附素基因的同源性達(dá)到550/0～ 600/0，所以efaA被認(rèn)為與腸球菌的粘附作用相關(guān)。

與入侵作用相關(guān)的基因主要包括水解酶，如透明質(zhì)酸酶，白明膠酶和絲氨酸蛋白酶等。這些水解酶被認(rèn)為可以破壞宿主細(xì)胞的組織，從而幫助腸球菌侵入到細(xì)胞內(nèi)部。其中，透明質(zhì)酸酶作用于透明質(zhì)酸，它可以使宿主結(jié)締組織的粘多糖發(fā)生解聚作用，從而方便腸球菌及其毒力因子進(jìn)入到宿主細(xì)胞內(nèi)部。白明膠酶和絲氨酸蛋白酶的主要作用是為致病菌株降解宿主細(xì)胞提供所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)也與菌株生物膜的形成相關(guān)。

除此之外，腸球菌還可以直接分泌毒力因子。腸球菌分泌的主要的細(xì)菌毒素為細(xì)胞融素（Cytolysin）。細(xì)菌融素的靶細(xì)胞主要包括紅細(xì)胞，中性粒細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，以及多種革蘭氏陽性菌，但是對(duì)革蘭氏陰性菌無效。

4 腸球菌中常見的耐藥基因

除了致病基因，我們?cè)?7株腸球菌基因組中還發(fā)現(xiàn)了耐藥性基因（表1）。其中菌株E. faecium Aus0085和E.faecium Aus0004具有一套比較完整的萬古霉素抗性基因，包括vanA、vanZ、vanW、vanX、vanH和vanR。而這兩株E.faecium是醫(yī)院內(nèi)感染的病原菌，具有萬古霉素抗性。我們還在E.caccae DSM 19114中發(fā)現(xiàn)了vanW、vanS和vanR。E.caccae DSM 19114分離自人的糞便，也是一株致病菌。此外，我們?cè)谝恍┠c球菌基因組中還發(fā)現(xiàn)了四環(huán)素和氟喹諾酮類的抗性基因。如，基因TetM、Tet0和Lde等，表明這些菌株可能對(duì)四環(huán)素和氟喹諾酮類藥物具有耐藥性。

5 小結(jié)

本文從基因組水平全面研究了腸球菌屬34個(gè)種的37株腸球菌基因組中的致病基因和耐藥性基因，總結(jié)了腸球菌中常見的毒力因子，致病基因和耐藥基因。結(jié)果表明，作為大量致病基因和耐藥基因的載體，腸球菌在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用是具有很大風(fēng)險(xiǎn)的，一旦由致病性的腸球菌引發(fā)某種傳染病，很可能會(huì)出現(xiàn)無藥可治的局面，進(jìn)而引發(fā)大規(guī)模感染，這將會(huì)對(duì)畜牧業(yè)生產(chǎn)帶來無法挽回的損失。