Bacteroides(拟杆菌属)是一类革兰氏阴性、专性厌氧的细菌。拟杆菌属的物种不形成内生孢子,呈杆状,根据物种不同可能具有运动性或非运动性。其DNA碱基组成为40–48% GC。在细菌生物体中不常见的是,拟杆菌的细胞膜含有鞘脂。它们的肽聚糖层中还含有meso-二氨基庚二酸。
拟杆菌属物种通常与宿主互利共生,构成了哺乳动物肠道微生物群的最主要部分,在宿主肠道中将复杂分子加工成简单分子的过程中发挥着根本性作用。据报道,每克人类粪便中可含有10^10–10^11个细胞。当有简单糖类可用时,它们可以利用这些糖类;然而,肠道中拟杆菌属物种的主要能量来源是复杂的宿主衍生糖类和植物糖类。研究表明,长期饮食与肠道微生物组构成密切相关——摄入较高比例蛋白质和动物脂肪的人群中,拟杆菌属细菌占主导地位,而摄入更多碳水化合物或纤维的人群则以普雷沃氏菌属(Prevotella)为主。
临床上最重要的一种是脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)。
黑色素生成拟杆菌(Bacteroides melaninogenicus)最近被重新分类并拆分为黑色素普雷沃氏菌(Prevotella melaninogenica)和中间普雷沃氏菌(Prevotella intermedia)。
致病性
拟杆菌属物种还通过排除潜在病原体定植肠道来使宿主受益。某些物种(如脆弱拟杆菌)是机会性人类病原体,可通过形成脓肿、抑制吞噬作用和灭活β-内酰胺抗生素,引起腹膜腔感染、胃肠道手术后感染和阑尾炎。尽管拟杆菌属物种是厌氧的,但它们暂时具有耐氧性,因此可以在腹腔内存活。
一般来说,拟杆菌对多种抗生素具有耐药性——包括β-内酰胺类、氨基糖苷类,最近许多物种已获得对红霉素和四环素的耐药性。这种高水平的抗生素耐药性引发了人们担忧,拟杆菌属物种可能成为其他更具致病性细菌菌株的耐药性储存库。它通常被认为对克林霉素敏感,但最近的证据表明克林霉素耐药率呈上升趋势(高达33%)。
在胃肠道破裂或肠道手术导致拟杆菌移出肠道的情况下,拟杆菌可以感染人体的多个部位。拟杆菌可以通过嗅觉和三叉颅神经穿透血脑屏障进入中枢神经系统,引起脑膜炎和脑脓肿。拟杆菌也已在颈部和肺部的脓肿中被分离出来。一些拟杆菌属物种与克罗恩病、阑尾炎和炎症性肠病相关。拟杆菌属物种在人类肠道微生物组中发挥多种作用。
微生物学应用
由于拟杆菌构成了粪便细菌种群的重要部分,并且具有反映宿主动物消化系统差异的高度宿主特异性,因此有人建议将拟杆菌作为替代的粪便指示生物。在过去十年中,实时聚合酶链反应(PCR)方法已被用于通过扩增特定DNA序列来检测各种微生物病原体的存在,而无需培养细菌。一项研究通过使用qPCR量化宿主特异性16S rRNA遗传标记来测量拟杆菌的数量。该技术允许量化对拟杆菌细菌宿主特异的遗传标记,并能检测近期污染。最近的一份报告发现温度在细菌在环境中存留时间方面起着重要作用,寿命随温度降低而增加(0–4°C)。
"一项新研究发现,一种肠道细菌、皮质醇和脑代谢物之间存在三向关系。研究人员假设,这种关系可能为进一步了解自闭症提供线索,但需要更深入的研究。"
另一项研究显示,日本绝经后女性中拟杆菌水平较低的组别,骨质疏松性骨折风险高出5.6倍。
人类相关
厚壁菌门(Bacillota)和拟杆菌门(Bacteroidota)的成员构成了人类肠道微生物群("肠道微生物组")中大部分细菌物种。健康的人类肠道微生物组由约10^9种丰富物种组成,其中31种(19.7%)属于拟杆菌门,63种(40%)和32种(20%)分别属于厚壁菌门和放线菌门。
拟杆菌属物种的主要能量来源是发酵来自植物材料的各种糖衍生物。这些化合物在人类结肠中很常见,且可能有毒。例如拟杆菌属中的多形拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron)将这些糖类转化为对人类有益的发酵产物。拟杆菌还具有从胆汁酸中去除侧链的能力,从而将胆汁酸返回肝循环。
有数据表明拟杆菌属成员影响人类的瘦或肥胖表型。在该研究中,一对人类双胞胎中一个是肥胖的,另一个是瘦的。当将它们的粪便微生物群移植到无菌小鼠中时,小鼠模型中的表型与人类中的表型相对应。
拟杆菌是其宿主肠道生态位的共生定植者,发挥多种生理功能,其中一些可能有益,而另一些则有害。拟杆菌参与肠道微环境和碳水化合物代谢的调节,具有通过水解胆盐适应宿主环境的能力。一些拟杆菌在糖发酵过程中产生乙酸和丙酸。乙酸可以防止毒素从肠道运输到血液,而丙酸可以防止人类结肠中肿瘤的形成。
例如普通拟杆菌(Bacteroides uniformis)可能在缓解肥胖方面发挥作用。在配方奶喂养的婴儿肠道中发现的普通拟杆菌丰度较低与高肥胖风险相关。口服给予普通拟杆菌可能缓解代谢和免疫功能障碍,这可能有助于小鼠的肥胖问题。同样,酸化拟杆菌(Bacteroides acidifaciens)可能有助于激活脂肪组织中的脂肪氧化,从而可以预防肥胖。
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