蛭弧菌

蛭弧菌是寄生於其他細菌（也可無寄主而生存）並能導致其裂解的一類細菌。它雖然比通常的細菌小，能通過細菌濾器，有類似噬菌體的作用，但它不是病毒，確確實實是一類能"吃掉"細菌的細菌。1962年首次發現於菜豆葉燒病假單胞菌體中，隨後從土壤、污水中都分離到了這種細菌。根據其基本特性，命名為Bdellovibrio bacteriovorus。其中，" Bdello"一詞來自希臘字,是"水蛭"的意思，"vibrio"意為"弧菌"，而種名"bacteriovorus"是 "食細菌"的意思。由於它們具有特殊的捕食生活方式以及有可能充當決定自然界中微生物種群變動的角色，因而引起了許多科學工作者的興趣。

基本介紹

• 中文學名：蛭弧菌
• 拉丁學名：Bdellovibrio
• 界：細菌界
• 門：變形細菌門
• 綱：δ變形菌綱
• 目：蛭弧菌目
• 科：蛭弧菌科
• 屬：蛭弧菌屬

特徵

蛭弧菌有細菌的一切形態特徵，單細胞，弧形或逗點狀，有時呈螺旋狀。革蘭氏染色陰性。大小為0.3~0.6 pmX0.8~1.2μm。一般端生單鞭毛，有的在另一端生有一束纖毛。水生蛭弧菌的鞭毛還具有鞘膜，它是細胞壁的延伸物，並包圍著鞭毛，使得它比其他細菌的鞭毛粗3~4倍，這是一個很顯著的特點.細胞中蛋白質含量較高，占乾重的60%~70%。DNA含量為5%，G+C含量為42~51mol%。有人認為，蛭弧菌DNA的80%來源於宿主細胞的DNA。

生活方式

蛭弧菌生活方式多樣，有寄生型，也有兼性寄生，極少數營腐生。寄生型必須在生活宿主細胞或在有其提取物中得到營養或生長因子時才能生長繁殖，並表現出嚴格的特異性；非寄生型營腐生生活，或者至少是兼性腐生，可在蛋白腖和酵母提取物培養基上生長繁殖，它們中絕大多數都喪失了寄生性，只有十幾分之一可恢復寄生性。實驗表明，從自然界分離得到的蛭弧菌都是依賴寄生型，迄今為止，還沒有直接從自然界分離得到非寄生型。不依賴宿主的蛭弧菌，只能生活在實驗室條件下。故有人認為，兼性或腐生型均由寄生型蛭弧菌衍化而來，有人稱它為"突變型"。

生長要求

寄生型蛭弧菌生長，要求pH6.0-8.5；溫度23-37℃，低於12℃，高於42℃時均不生長；能穩定分解蛋白質，一般不直接利用碳水化合物，而以肽、胺基酸作碳源和能源；能液化明膠；嚴格好氧；在人工培養基上則產生黃色色素，細胞色素a、b、c，還能產生各種酶類。其中與宿主細胞有關。

生活史

蛭弧菌的生活史有兩個階段。既有自由生活的、能運動、不進行增殖的形式；又有在特定宿主細菌的周質空間內進行生長繁殖的形式。這兩種形式交替進行。

工作機理

蛭弧菌侵入宿主細菌的方式十分獨特。開始時，它以很高的速度(每秒高達100個細胞長度)猛烈碰撞宿主細胞，無鞭毛端直接附著於宿主細胞壁上，然後，菌體以100轉/秒以上的轉速產生一種機械"鑽孔"效應，加上蛭弧菌入侵時的收縮而進入宿主細胞的周質空間。從"鑽孔"到進入只需幾秒鐘便可完成。在吸附至侵入開始前的5-10分鐘，宿主細胞出現捲曲現象，這可能因為蛭弧菌產生的胞壁酸酶等使之轉化為球質體的緣故。

噬菌蛭弧菌殺滅有害細菌的全過程

如果很多蛭弧菌同時衝擊一個宿主細胞，可能在其未侵入前，宿主細胞壁就已潰溶掉。至於真正的原因，目前還不清楚。蛭弧菌侵入周質空間的同時失去鞭毛，受到感染的宿主細胞也開始膨脹，變為一個對滲透壓並不敏感的球形體。此稱"蛭弧體"。這時，"蛭弧體"增長，比原本大幾倍，然後均稱地分裂，形成許多帶鞭毛的個體——子代細胞。隨著細胞的增殖和某些酶的產生，宿主細胞壁進一步瓦解，子代蛭弧菌釋放出來。完成這一生活周期約需4小時。子代細胞遇到敏感宿主又可重新侵染，開始下一個循環。

近年發現，有的蛭弧菌在某種情況下還可進入到宿主細菌細胞質中，立即生長繁殖。這一發現，有待進一步證實。

侵入對象

蛭弧菌與宿主細胞之間，常表現出一定的特異性。不過，有的特異性較差，能侵入多種細菌。例如不同的蛭弧菌菌株，能侵入各類不同的植物病原菌。

蛭弧菌在人的某些病原菌體中也已發現，藻類和某些農業致病真菌細胞中亦有它分布。這些蛭弧菌的溶菌作用，對於控制農業及人畜病原微生物，無疑是有價值的。雖然蛭弧菌可使一些細菌遭受毀滅性裂解，然而，它本身的命運同樣遭受到另一類小生物的威脅。1970年首次發現了蛭弧菌噬菌體(bdellophage) ，它們對寄生或非寄生兩種類型的蛭弧菌均有裂解作用。不過，專一性嚴格，只對一定的種株作用，並有自己的裂解過程。

當蛭弧菌直接附著於宿主細胞之前，或者在完成侵入宿主細胞周質以前，蛭弧菌噬菌體的尾部首先附著在蛭弧菌細胞上，然後該噬菌體將核酸注入蛭弧菌菌體中，於是完成了它的入侵過程，而噬菌體頭部，完全以空殼保留在蛭弧菌細胞之外，被感染了噬菌體的蛭弧菌，其形態、大小不變，噬菌體卻在細胞內大量複製。與此同時，蛭弧菌本身仍在宿主細菌的周質中，以二均分裂的方式繁殖，其結果，蛭弧菌的宿主細胞裂解，蛭弧菌噬菌體的子代也隨之被釋放出來。至於噬菌體如何通過蛭弧菌宿主釋放於體外，實質性的機制還不清楚。

實驗證明：在宿主細菌-蛭弧菌-蛭弧菌噬菌體之間，已構成了一種獨特的"三位一體"的寄生系統(圖2-84)。它們之間的相互作用，或許發生在自然生態系統之中，也可能是另一種情況，即蛭弧菌噬菌體的天然宿主是非寄生型蛭弧菌，或者以溶源狀態天然存在，通過某種誘導因子的作用而得到發展。如果真是這樣，無疑對其宿主是個威脅。

分布和分離

蛭弧菌廣泛存在於自然界，土壤、河水、附近海洋水域及下水道污水中都有分布，乾淨的井水、泉水中找不到它們的存在。一般污水中含菌數10⁵個/毫升，下水道污水中可含菌數萬個/毫升，土壤中含菌數10^3-5個/克。怎樣檢查和分離蛭弧菌呢?多少需要借鑑細菌病毒研究中所使用的方法。即將蛭弧菌與敏感菌混合倒平板，在適宜條件下培養2-3天，平板上便會出現類似噬菌體的噬菌斑，並逐漸擴大，宿主細胞完全被溶解而形成透明區。從這些透明區中就可分離到蛭弧菌。利用這一特徵，還可計算出蛭弧菌噬菌體的數目。同時可追蹤增殖過程、寄生潛伏時間、新產生蛭弧菌的數量以及它們的活性等。例如蛭弧菌噬菌體殺死宿主細胞而不產生噬菌斑，遇到這種情部，用此法就較困難。如果要從土壤中分離蛭弧菌，應將少量樣品先製成懸浮液，經濾膜過濾，以截留大的細菌，讓小的蛭弧菌通過，取濾液進行分離。

蛭弧菌不僅宿主範圍廣泛，加之特殊的生活方式，使之具有生態學優勢。其一，蛭弧菌進入到其他細菌的周質空間，可以確保營養需要，不依賴外界的來源。因此，即使在營養物質很少的地方，諸如海洋、江河、湖泊等生態系統中也能生長；其二，周質內的環境是一個無競爭的小生境。這對生長緩慢的蛭弧菌無疑是個很有利的條件；另外，周質空間被一個穩定的、堅強的細胞壁所包圍，有似大分子不能通過，即使小分子也不易透過，這就為蛭弧菌提供了一個保護性環境。

蛭弧菌在雙層平板上產生的噬菌斑

套用價值

防治有害細菌

由於上述特性，使蛭弧菌具有很大的潛在套用價值，很可能成為生物防治有害細菌的一種有力武器，首先，它有可能用於淨化水體和清除工、農、醫等方面的有害細菌。在農業上，有人將水生蛭弧菌跟引起水稻白葉枯病的黃桿菌混合在一起，加入農田灌溉水中，由於蛭弧菌以黃桿菌為"食料"，使灌溉水中該致病菌大大減少。對大豆痘病、柑桔潰瘍病、棉花凋萎病的致病菌也具較強的侵染力，因而它可能成為人類與農業致病進行鬥爭的有力武器。在醫學上，有的蛭弧菌對傷寒桿菌、副傷寒桿菌、痢疾桿菌等人畜致病菌也有很強的裂解作用。例如，有人用蛭弧菌有效地防治了由弗氏志賀氏菌引起的兔角質結膜炎和腸道疾病。蛭弧菌的防治作用，或者防止感染，或者明顯地減少疾病的持續時間和嚴重程度。當用蛭弧菌和志賀氏菌混合接種時，在腸中的志賀氏菌的數量大幅度減少。然而，給動物強行餵養蛭弧菌則未獲得成功效果；第二，這類細菌大量存在於污水中，對大腸桿菌和沙門氏菌屬的細菌均有廣泛的寄生性，因此，有人以蛭弧菌作為水域污染程度的一項最終指標(一般是以大腸桿菌的含菌數/毫升作為水源污染的指標)。

值得注意的是：它對一些有益的細菌如固氮菌等亦有裂解作用。在理論研究中，蛭弧菌同樣具有十分重要的意義。特別是宿主細菌-蛭弧菌-蛭弧菌噬菌體這個"三位一體"的寄生系統，更引人注目。因為這一系統充滿了"你死我活"的矛盾和鬥爭，優勝者得對生存和發展，失敗者遭致危害和毀滅。人們可以通過這一系統，從正反兩個方面去研究的利用"生命之戰"的拮抗體系為人類服務。例如，蛭弧菌對宿主細胞周質空間的高度適應力的致死力，不論對致病的有害細菌還是非致病的有益細菌都是相等的。

在水產養殖中的套用

當今，人們對健康的水產品的需求量日益增長,但是我國的水產養殖業片面地追求降低飼料係數、提高產量追求經濟利益,從而無節制地使用抗生素、化學藥物來防治病害,使養殖環境不斷遺到破壞,出現水體富營養化、重金屬污染、藥物殘留超標等現象,加之自然環境的日益惡化，導致水生動物疾病頻發,我國水產業每年因病害造成的經濟損失約為140億元,其中細菌性疾病尤為嚴重,約占水產養殖病害的46%。蛭弧菌以其天然、無污染、無殘留的特點在水產養殖業中具有廣闊的發展前景,有望成為抗生素的替代品，減輕抗生素濫用帶來的各種困擾,減少抗生素濫用帶來的巨大經濟損失.蛭弧菌已經成為水生動物健康、生態、高效養殖的新工具。
改善養殖水質
隨著我國水資源污染加重,河流、湖泊等養殖水源遭到破壞,養殖水質面臨嚴重的問題。在養殖過程中,水生動物排泄物以及剩餘餌料不斷積累，一旦水體中有機物增加的速度大於水體自淨的速度,就會使溶解氧下降,氨氮、亞硝酸態氮上升，致病微生物大量繁殖,導致疾病頻發、水生動物生長發育異常,造成巨大經濟損失。蛭弧菌製劑發酵過程中產生的代謝產物可分解、轉化水中的亞硝酸鹽,改善養殖水體水質,減少蛋白態氮向氨和胺轉化,從而減輕水中氨和有機質污染。
曲疆奇等研究表明,蛭孤菌微生態製劑可有效利用養殖水體中的含氯化合物,使養殖水體中的氨氮、亞硝酸態氮快速降解,有效改善養殖水質。張梁等在草魚養殖池加人蛭弧菌後發現,水體主要水化指標具有明顯改善,試驗組的平均化學耗氧量、氨氮、硫化物顯著低於對照組,溶解氧顯著高於對照組，池水細菌總數及病原菌的數量也隨著蛭弧菌濃度的增加呈幾何級數減少。陳家長等研究發現,蛭弧菌和光合細菊聯合使用對中華絨整蟹養殖水質有改善作用，細菌總數由6.3X10⁶cfu/L降至2.6X10³cfu/L,試驗組池塘的氨氮、硫化物含量以及化學需氧量均明顯下降。
預防水生動物細菌性疾病
抗生素的長期使用容易使病原菌產生耐藥性，利用蛭弧菌對病原菌獨持的寄生和裂解特性，可有效清除養殖水體及水生動物體內的病原菌減少病原菌數量,使其無法達到致病密度，以達到防治病害、提高成活率的效果。因此,蛭弧菌具有取代抗生素的潛力,成為控制水生動物疾病的新手段。蛭弧菌作為水體自淨的生物因子,可有效清除河水中的大腸桿菌、沙門氏菌和不凝集弧菌,清除率均在90%以上。張呂平等研究證實,蛭弧菌對凡納濱對蝦養殖水體中弧菌的殺滅效果顯著優於二氯異氰尿酸和季銨鹽絡合碘消毒劑,可有效預防凡納濱對蝦弧菌病的發生。

　　

治療水生動物細菌性疾病

水產養殖業頻頻遭到細菌性疾病的侵襲,甚至引發了大規模的死亡,限制了水產養殖業的健康發展。水生動物細菌性疾病的病原菌以氣單胞菌屬、假單胞菌屬、弧菌屬為主,這3個屬細菌均為革蘭氏陰性菌,能被蛭弧菌裂解，且裂解率高達70%以上。生產上可利用蛭弧菌對革蘭氏陰性菌的裂解特性治療水生動物細菌性疾病。秦生巨利用蛭弧菌製劑治療由弧菌引起的大菱鮃出血病,結果證明連續使用複合蛭弧菌製劑3d,267尾嚴重出血的大菱鮃的治癒率為98.7%.效果顯著。陳麗芸等使用蛭弧菌治療由假單胞菌屬,弧菌屬中的某些菌種為主要病原菌引起的大菱鮃紅嘴病,低密度組(10³pfu/mL)7d基本達到治癒紅嘴病的效果,高密度組(10⁷pfu/mL)能在5d內治癒全部患病大菱鮃,蛭弧菌密度越高，紅嘴病痊癒越快。黃立斌等試驗證實,蛭弧菌能夠明顯降低鯽魚感染嗜水氣單胞菌的發病率和死亡率，使用蛭弧菌的試驗組鯽魚存活率達30%以上，而對照組全部死亡。蛭弧菌不如抗生素效應快,其製劑4~6h才能效應,但作用效果能持續15d以上,這一點顯著優於抗生素及其他化學藥物。但是當發生爆發性強.發病急的細菌性疾病時，蛭弧菌的效應時間較長，難以達到治療的效果。所以使用蛭弧菌應以預防為主，並在細菌性疾病發病初期使用。

提高水生動物免疫活性

免疫系統是機體的防禦系統，其防禦功能的高低，直接影響到機體的抗病能力和生產能力。尤其是蝦類、貝類等低等無脊椎動物，其免疫系統進化程度低，僅由少量免疫器官、免疫細胞和免疫因子組成,缺乏特異性免疫應答。蛭弧菌進入水生動物腸道後，在聚糖酶、肽酶等酶的作用下釋放細胞壁中的肽聚糖或者其它免疫物質,從而發揮免疫增強劑的功能，刺激溶菌酶活性,增強與魚類免疫功能相關酶活性。

　　

用於水產品保質

水產品是人類重要的蛋白源，然而在種類繁多的水產品中存在多種危害人體的病原菌,如大腸桿菌、霍亂弧菌、副溶血弧菌、沙門氏菌等,這些細菌是引起食物中毒的主要原因。因此,水產品保質是水產加工業發展過程中非常重要的一個環節，也是關係到水產品品質和經濟效益的重要問題。蛭弧菌能夠通過裂解引起水產品變質的病原菌,達到水產品長期保鮮的目的。

套用中存在的問題

雖然蛭弧菌在改良水質、疾病防控、水產品保質等方面具有良好的套用效果,但蛭弧菌在水產養殖套用中依然存在諸多問題，這些問題也制約了蛭弧菌的廣泛使用。

其中主要存在的問題包括：

(1)國內外關於蛭弧菌的研究主要集中於套用,而忽略了基礎理論研究的重要性，例如,蛭弧菌吸附於宿主菌表面的識別位點以及不可逆結合的具體反應仍然有待研究,蛭弧菌裂解機理的研究還需完善。

(2)水產用蛭弧菌製劑的劑型較為單一,而單一的高密度蛭弧菌在水體中的作用時間較短,需要頻繁加入才能維持控菌效果,而且生產上使用的絕大多菌種為通用菌種,對適用對象及範圍缺乏針對性。

(3)尚未建立一種簡易的蛭弧菌篩選方法，目前使用的蛭弧菌製劑效率較低,並且會因為抗生素等藥物的使用而失活。今後應該加強關於蛭弧菌篩選方法的研究,以獲得針對不同養殖品種、不同生長時期、不同環境條件的耐藥性較強的蛭弧菌菌株，並使其作用更專一。

(4)蛭弧菌增殖速度較慢,不同蛭弧菌的宿主菌裂解譜存在差異性,如何使其增殖速度更快、裂解譜更廣也是一個有待解決的問題。因此,高效增殖方法以及擴增蛭弧菌的裂解譜研究甚為迫切。

(5)蛭弧菌在生產套用中發揮作用的有效劑量還缺乏研究,在水產養殖中蛭弧菌的使用量也多是基於經驗,尚無科學依據。

(6)實驗室條件下多運用液氮超低溫法、冷凍真空乾燥法保藏蛭弧菌,關於蛭弧菌持效穩定、適合生產套用的保藏方法的研究甚少。

(7)許多細菌都有天然的轉化能力,頻繁的使用蛭弧菌可以提高其與病原菌發生有害基因水平轉移的可能性,使蛭弧菌轉變成新的有害菌,產生新的問題，因此蛭弧菌使用的安全性方面值得注意。

(8)目前的研究主要強調了蛭弧菌的實驗室條件下的套用效果,這些試驗不能支撐蛭弧菌在不同養殖品種、不同水質條件的實際生產中的科學套用。因此,蛭弧菌製劑的套用技術研究有待加強。
蛭弧菌製劑產品仍不夠成熟，上述存在問題制約著蛭弧菌在水產養殖業的發展。因此，解決這些問題並選育出高效廣譜、適應能力強、耐藥性強、增殖快的菌種將是今後對蛭弧菌研究的重點。