腸球菌在動物生產中的潛在風險

摘要：雖然腸球菌在動物生產中的應用比較廣泛，但是，作為腸道共生菌群，腸球菌也與很多人畜疾病相關，被認為是很多人畜疾病的主要病原體。本文總結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現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，腸球菌應用于動物生產中的潛在風險是十分巨大的，提醒我們在畜牧業生產中對腸球菌的使用要十分小心。

關鍵詞：乳酸菌；腸球菌；微生態

作為一種重要的乳酸菌，腸球菌在動物生產，特別是動物微生態方面的應用比較廣泛。它可以通過調節機體免疫，提高采食量，降低腹瀉率和改善腸道內環境等來促進動物健康，在畜牧生產中具有重要作用。但是，作為腸道共生菌群，腸球菌通過基因水平轉移等方式獲得致病因子的風險也在不斷增加，目前已經發現很多疾病與腸球菌相關。同時，由于人類對抗生素的大量使用，腸球菌已經對多種抗生素具有了耐藥性，特別是萬古霉素。自上世紀八十年代歐洲首次發現對萬古霉素具有耐藥性的腸球菌以來，對萬古霉素耐藥的腸球菌已經在全球范圍內多次發現。目前，腸球菌已經成為一類主要的醫院內病原體（Nosocomial pathogens）。因此，腸球菌在動物生產中的潛在風險還是十分巨大的，一旦由腸球菌引起動物感染，很可能會對畜牧生產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。絕大多數腸球菌細胞無運動性，可以在10～45℃和6.5%的NaCI溶液中生長。在液體培養基中以個體、成對、短鏈或成簇存在。

腸球菌最早分離自人和哺乳動物腸道，是人和哺乳動物腸道菌群的重要組成。但是，隨著研究的不斷深入，我們發現腸球菌廣泛的分布于自然界的各種生態環境中。除了人和哺乳動物，腸球菌還是鳥類、昆蟲等動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酵食品以及植物、水和土壤等自然環境中。

2 腸球菌引起的人畜疾病

作為一類主要的醫院內病原體，腸球菌感染患者的死亡率高達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、感染性心內膜炎、尿路感染、中樞神經系統感染和皮膚感染等。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%的感染性心內膜炎和尿路感染是腸球菌引起的。腸球菌引起的中樞神經系統感染常發生于患有嚴重血液病，肺病和心臟病的老年患者中。褥瘡和足部潰瘍患處常可以分離到腸球菌，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，英國暴發了豬腦膜炎疫情，科學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年在丹麥暴發的仔豬腹瀉疫情中，檢出的腸球菌總數是正常仔豬的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了由E.cecorum引起的肉雞大規模感染。2013年，在意大利撒丁島爆發了由E.faecalis引起的綿羊乳腺炎疫情，首次發現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物生產上存在的潛在風險，內蒙古農業大學“乳品生物技術與工程”教育部重點實驗室利用Illumina Miseq高通量測序平臺完成了29株腸球菌模式株的全基因組測序，結合Genbank數據庫中已經完成基因組測序的8株腸球菌，共對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行了基因組層面的研究。

通過與毒力因子數據庫VFDB（http：//www.mgc.ac.cn/VFs/main.htm）的比對分析，我們在37株腸球菌基因組中共找到了74個與細菌致病性相關的基因，平均每個基因組中含有13個致病基因。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、應激蛋白和胞外酶等。

與細胞粘附相關的基因主要有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LPXTG元件，它可以與細胞膜上的I型膠原蛋白，Ⅳ型膠原蛋白和層粘連蛋白發生交聯作用，從而使腸球菌穩定的粘附于細胞膜上。基因esp編碼胞外表面蛋白（Enterococcal Surface Protein）。該基因在E faecalis致病株中發現的頻率很高，被認為可以促進E.faecalis在腸上皮細胞的粘附，還與腸道定殖和抵御宿主免疫系統的攻擊相關。基因efaA編碼一種ABC轉運體，是efaCBA操縱子基因。由于它的氨基酸序列和一類細胞粘附素基因的同源性達到550/0～ 600/0，所以efaA被認為與腸球菌的粘附作用相關。

與入侵作用相關的基因主要包括水解酶，如透明質酸酶，白明膠酶和絲氨酸蛋白酶等。這些水解酶被認為可以破壞宿主細胞的組織，從而幫助腸球菌侵入到細胞內部。其中，透明質酸酶作用于透明質酸，它可以使宿主結締組織的粘多糖發生解聚作用，從而方便腸球菌及其毒力因子進入到宿主細胞內部。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胞提供所需要的營養物質，同時也與菌株生物膜的形成相關。

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菌毒素為細胞融素（Cytolysin）。細菌融素的靶細胞主要包括紅細胞，中性粒細胞，巨噬細胞，以及多種革蘭氏陽性菌，但是對革蘭氏陰性菌無效。

4 腸球菌中常見的耐藥基因

除了致病基因，我們在37株腸球菌基因組中還發現了耐藥性基因（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是醫院內感染的病原菌，具有萬古霉素抗性。我們還在E.caccae DSM 19114中發現了vanW、vanS和vanR。E.caccae DSM 19114分離自人的糞便，也是一株致病菌。此外，我們在一些腸球菌基因組中還發現了四環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四環素和氟喹諾酮類藥物具有耐藥性。

5 小結

本文從基因組水平全面研究了腸球菌屬34個種的37株腸球菌基因組中的致病基因和耐藥性基因，總結了腸球菌中常見的毒力因子，致病基因和耐藥基因。結果表明，作為大量致病基因和耐藥基因的載體，腸球菌在動物生產中的應用是具有很大風險的，一旦由致病性的腸球菌引發某種傳染病，很可能會出現無藥可治的局面，進而引發大規模感染，這將會對畜牧業生產帶來無法挽回的損失。