布魯氏菌屬是直徑約0.6微米的球菌或長度在1微米以上的桿菌。布魯氏菌是引起多種哺乳動物感染的革蘭氏陰性菌。儘管布魯氏菌根據診斷和流行病學等特徵可以分為10個種，比較基因組學研究表明不同的布魯氏菌在基因組水平是高度相近的。布魯氏菌屬於α變形菌，其中包括植物共棲菌中華根瘤菌屬，根瘤菌屬，和短根瘤菌屬，植物致病菌農桿菌屬，哺乳動物病原菌布魯氏菌和巴爾通氏體屬。顯而易見地，這些細菌與真核宿主之間的相互作用有著顯著的相似之處，還有α變形菌比較生物學研究已經顯著促進了我們對布魯氏菌感染致病機制的了解。
基本介紹
- 中文學名：布魯氏菌屬
- 拉丁學名：Brucella
- 界：細菌界
- 發現者：D．Bruce
- 發現時間：1887
- 定義：引起家畜傳染性流產症的病原菌
病原學,危害性,PCR檢測,致病機理,
病原學
革蘭氏染色陰性，不運動，好氧性，僅可利用少量的碳水化合物，而不形成酸。可在肝浸出物等動物性培養基中生長，產生大量氨和硫化氫。最顯著的特徵是培養中需要二氧化碳，在10%的CO2中能進行良好的發育。所產生的毒素和痢疾菌等腸道細菌相類似，被提純的一種菌體抗原是糖脂-糖肽複合體，是由磷脂、甲醯胺和胺基酸組成。具有兩種凝集抗原，即特異的M抗原（布魯氏菌病）和A抗原（流產），不同種之間其含量具有明顯的差異。在培養過程中易發生S－R相變異（可能是由於積聚了不能被利用的丙氨酸的作用），致喪失致病力，而凝集反應也完全改變。其寄生在雌體生殖器官或乳腺內，可常常引起流產。該菌還可侵襲血液或網狀內皮系統，但症狀多不固定。典型種是馬爾他熱布魯氏菌（Brucella melitensis），牛流產布魯氏菌（B．abortus）、豬布魯氏病菌（B．suis）。這屬菌在抗原性等方面表現出與腸道細菌及巴斯德氏桿菌等有親緣關係。
危害性
布魯氏菌病是一種廣泛分布的人獸共患慢性傳染病。布魯氏菌可感染人類、多種家畜和野生動物，引起相似的臨床症狀與病理變化，如發熱、流產與不育、慢性關節炎及神經損害等，導致巨大的經濟損失和嚴重的公共衛生問題。家畜布魯氏菌病最常發生於羊、牛、豬。傳統上根據布魯氏菌宿主特異性和危害性，具有重要公共衛生意義的種類有：馬爾他布魯氏菌(羊種)，主要感染和危害的宿主廣泛，包括人、羊、牛及多種野生動物；流產布魯氏菌(牛種)，主要感染和危害牛；豬種布魯氏菌主要感染豬；綿羊副睪種布魯氏菌，主要感染危害羊；犬種布魯氏菌主要感染和危害犬。不同種類布魯氏菌大多具有交叉感染能力。人和羊對馬爾他布魯氏菌高度易感，造成的危害嚴重。豬種布魯氏菌對豬和人均表現出高度易感性，危害也較為嚴重，對牛儘管能建立感染，但幾乎不形成危害。布魯氏菌的侵入感染可經呼吸、消化、生殖系統黏膜以及損傷甚至未損傷完整皮膚等多種途徑，通過接觸或食入感染動物的分泌物、體液、屍體、污染肉品、乳汁、乳酪等建立感染。人類感染布魯氏菌後一般不發生水平傳播。家畜，特別是對馬爾他布魯氏菌最為易感的綿羊、山羊和牛，是人類最主要的感染源。布魯氏菌病缺乏有效的治療手段，特別是慢性布魯氏菌病菌，採用現有抗菌藥物大劑量、長時間的治療收效有限。布魯氏菌病在我國曾經是危害極為嚴重的人獸共患傳染病。解放後，布魯氏菌病防治受到高度重視，被列為二類法定傳染病而得到有效控制，取得了世人矚目的成就。90 年代後期本病疫情有所回升，我國布魯氏菌病防治工作仍面臨長期而艱巨的任務。
PCR檢測
長期以來，國內外學者對布魯氏菌病及其病原進行了深入細緻的研究，其中對布魯氏菌病診斷技術的研究是比較活躍的領域。最初的細菌培養法可以直接檢查到布魯氏菌，而得出確定的診斷結論，是建立診斷的“金標準”，但布魯氏菌的培養常要幾天甚至幾周時間，操作活菌的危險性，慢性布魯氏菌病陽性率偏低，生物學特性鑑定以及隨後的布魯氏菌種或菌株的鑑別則更加複雜，要由技術熟練的專家才能完成，既耗時又費力。隨著免疫學技術的不斷成熟和發展，出現了血清凝集反應、免疫電泳、補體結合試驗、反向間接血凝、酶聯免疫及放射免疫分析等診斷方法。但是這些方法不能嚴格區分疫苗免疫和強毒自然感染誘導的血清學反應，易出現假陽性和假陰性，使之套用受到限制。隨著分子生物學的發展，採用PCR技術檢測布魯氏菌病的方法成為可能，它不同於傳統的表型診斷，而是檢測布魯氏菌的核酸而達到特異、敏感檢測的目的。自從1990年Fekete等首次報導 PCR 檢測布魯氏菌病方法以來，運用 PCR 技術進行布魯氏菌病分子生物學診斷的研究取得了較大的進展。
最早檢測布氏魯氏菌的PCR實驗集中於該屬細菌的鑑別。1990年Fekete等首次報導了用 PCR方法檢測布魯氏菌的方法，擴增產物635bp，該序列是編碼牛種布魯氏菌 S19 的 43KDa 外膜蛋白基因的一部分，該方法對布魯氏菌屬是特異的，適於布魯氏菌屬所有種和生物型，非常敏感（低於100個細菌），由於專利的原因，作者沒有公布引物和靶序列的相關內容，因此這個實驗從未被其他實驗室重複過。1992 年Herman 等研究牛種布菌 16SrRNA 基因，實驗選擇了與布魯氏菌存在血清學交叉反應的細菌作為對照菌，如大腸桿菌 O:157、佛朗西斯土拉桿菌 H:7、出血敗血性巴氏桿菌、厄班那沙門氏菌、小腸耶爾森菌 O：9和在種屬關係上與布魯氏菌較近的 11 種細菌，其中包括放射形土壤桿菌、發腫草原菌、深紅紅螺菌等。最初，與布魯氏菌種系關係最近的深紅紅螺菌曾發生交叉反應，Herman通過提高復性溫度消除了交叉反應，成功地擴增了牛種布魯氏菌和其他種布魯氏菌的 800bp 的片段，實驗證明目的序列高度保守，可用於布魯氏菌屬的檢測。其後，檢測布魯氏菌屬的試驗採用了 rRNA 操縱基因，1995 年Romero 等分析了 9 個不同引物組合的 PCR 實驗結果，與 Herman的結果相似，試驗能檢測所有布魯氏菌菌株，但有部分深紅紅螺菌存在假陽性結果。隨後，Rijpens 等以 16S-23S 基因間隔序列設計了PCR實驗，檢驗了9株深紅紅螺菌和47株其他菌，擴增在50℃復性時，有的深紅紅螺菌出現交叉反應，而以55℃復性就可消除交叉反應。雖然存在交叉反應，但應當指出的是，深紅紅螺菌的感染是少見和條件性的，且病情不易與布魯氏菌病相混淆。1992 年 Baily 等報導了以 BCSP31 基因為目的片段PCR檢測實驗。此前Mayfield等曾對該基因進行了克隆和測序，該基因在所有檢驗過的布魯氏菌種和生物型中是保守的，編碼一種未知功能的抗原蛋白。1988年Bricker等證實該基因在綿羊副睪種布魯氏菌中不表達。Baily 等設計並選擇了一對寡核苷酸引物，獲得223bp的擴增產物，結果表明對於布魯氏菌的牛種和羊種是穩定的、敏感和特異的。但沒驗證其他種布魯氏菌和深紅紅螺菌。1996年Da Costa 等報導了更詳細的研究結果，實驗能鑑別所有布魯氏菌的種和生物型，他們還檢測了其他 98 種細菌，結果均為陰性。該實驗曾被國內外多個學者重複過，證明對布魯氏菌屬是特異的、敏感的和可靠的方法。
致病機理
布魯氏菌主要通過呼吸道、消化道和皮膚黏膜感染宿主。布魯氏菌進入宿主後與宿主巨噬細胞細胞膜上富含膽固醇和糖鞘酯的 lipid rafts 相互作用，布魯氏菌與 lipid rafts 緊密關聯在一起，與巨噬細胞細胞膜相互作用，進而促進巨噬細胞吞噬布魯氏菌避免氧化殺傷，細胞膜內涵 lipid rafts，巨噬細胞吞噬的布魯氏菌和布魯氏菌存在於 membran-bound vacuole內涵體中，形成 BCV 吞噬小體。當布魯氏菌進入巨噬細胞後立即利用早期胞內體途徑形成酸化的間隔層並待在其中，BCV、早起內涵體與 Proton 三者相互作用，細胞內質子泵快速酸化吞噬小體形成 pH4-4.5 的早起吞噬小體，在早期感染階段 90%多的感染布魯氏菌被清除，存活下來的不到 10%的感染布魯氏菌，這一時期為早起吞噬小體，在早起吞噬小體中只有 10%的布魯氏菌存活下來與內質網相互作用形成複製吞噬小體，酸化的布魯氏菌吞噬小體逃避溶酶體的消化，吞噬小體上的 lipid rafts 參與了吞噬小體與經典途徑的隔離，這些複製性的吞噬小體通過促進 BCV 與宿主巨噬細胞中的內質網相互作用來形成。同時，巨噬細胞內的營養缺乏、酸化 pH、低氧等壓力為布魯氏菌提供了一個苛刻的環境，不同的壓力條件，諸如營養缺乏、酸化、缺氧等激活了 DnaK 和相關分子伴侶的表達。在熱休克和酸性 pH 值條件下，dnaK 的表達被誘導。複製性的吞噬小體作為布魯氏菌胞內環境，溶酶體不能消化布魯氏菌，同時感染時期正常的細胞運輸不受影響。在複製性的吞噬小體中，布魯氏菌開始合成和激活特定的毒力因子。布魯氏菌在複製性的吞噬小體中開始快速複製。
