大肠杆菌的研究与应用

大肠杆菌的研究与应用

中文摘要：大肠埃希氏菌(E.coli)通常称为大肠杆菌，是Escherich在1885年发现的，在相当长的一段时间内，一直被当作正常肠道菌群的组成部分，认为是非致病菌。直到20世纪中叶，才认识到一些特殊血清型的大肠杆菌对人和动物有病原性，尤其对婴儿和幼畜（禽），常引起严重腹泻和败血症。本文通过对大肠杆菌的结构及其致病机理等进行分析描述，以供大家参考学习。

关键词：大肠杆菌；致病性；危害；预防

The English abstract：Escherichia coli (E.c oli) are usually called escherichia coli, Escherich is found in 1885, in a long period of time, has been regarded as the normal bowel flora, that is part of the pathogen. Until the 20th century, realized some special type of escherichia coli serum of people and animals, especially for the infants and young (birds), often cause severe diarrhea and sepsis. Based on the structure and pathogenic escherichia coli mechanism analysis of reference, the study.

Keywords： escherichia coli； The pathogenicity； Hazards； prevent

一、 结构特征

大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，周身鞭毛，能运动，无芽孢。主要生活在大肠内。能发酵多种糖类产酸、产气，是人和动物肠道中的正常栖居菌，婴儿出生后即随哺乳进入肠道，与人终身相伴，其代谢活动能抑制肠道内分解蛋白质

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的微生物生长，减少蛋白质分解产物对人体的危害，还能合成维生素b和k，以及有杀菌作用的大肠杆菌素。正常栖居条件下不致病。它侵入人体一些部位时，可引起感染，如腹膜炎、胆囊炎、膀胱炎及腹泻等。人在感染大肠杆菌后的症状为胃痛、呕吐、腹泻和发热。感染可能是致命性的，尤其是对孩子及老人。其主要具有以下一些特征：

1、大肠杆菌是细菌，属于原核生物；具有由肽聚糖组成的细胞壁，只含有核糖体简单的细胞器，没有细胞核有拟核；细胞质中的质粒常用作基因工程中的运载体。

2、大肠杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型。

3、人体与大肠杆菌的关系：在不致病的情况下（正常状况下），可认为是互利共生（一般高中阶段认为是这种关系）；在致病的情况下，可认为是寄生。

4、培养基中加入伊红美蓝遇大肠杆菌，菌落呈深紫色，并有金属光泽，可鉴别大肠杆菌是否存在。

5、大肠杆菌在生物技术中的应用： 大肠杆菌作为外源基因表达的宿主，遗传背景清楚，技术操作简单，培养条件简单，大规模发酵经济,倍受遗传工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛，最成功的表达体系，常做高效表达的首选体系。

6、大肠杆菌在生态系统中的地位，假如它生活在大肠内，属于消费者，假如生活在体外则属于分解者。[1]

二、致病因子

大肠杆菌具有很多毒力因子，包括内毒素，荚膜，〣型分泌系统，黏附素和外毒素等。

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（〣型分泌系统是指能向真核靶细胞内输送毒性基因产物的细菌效应系统。约由20余种蛋白质组成。）

黏附素：能使细菌紧密黏着在泌尿道和肠道的细胞上，避免因排尿时尿液的冲刷和肠道的蠕动作用而被排除。大肠杆菌黏附素的特点是具有高特异性。包括：定植因子抗原〡，〢，〣；集聚黏附菌毛〡和〣；束形成菌毛；紧密黏附素；P菌毛；侵袭质粒抗原蛋白和Dr菌毛等。

外毒素：大肠杆菌能产多种的外毒素，包括：志贺毒素〡和〢；耐热肠毒素〡和〢；不耐热肠毒素〡和〢。此外，溶血素A在尿路致病性大肠杆菌所致疾病中有重要作用。

大肠杆菌血清学分型基础（即其抗原），大肠埃希菌主要有三种抗原：O抗原，为细胞壁脂多糖最外层的特异性多糖，由重复的多糖单位所组成。该抗原刺激机体主要产生IgM类抗体（出现早，消失快）。K抗原，位于O抗原外层，为多糖，与细菌的侵袭力有关。K抗原分为A，B，L三型。H抗原，位于鞭毛上，加热和用酒精处理，可使H抗原变性或丧失。H抗原主要刺激机体产生IgG类抗体，与其他肠道菌基本无交叉反应。

表示大肠杆菌血清型的方式是按O：K：H排列，例如：O111：K58（B4）：H2 [2]-[4]

三、传播途径

可通过饮用受污染的水或进食未熟透的食物(特别是免治牛肉、汉堡扒及烤牛肉)而感染。饮用或进食未经消毒的奶类、芝士、蔬菜、果汁及乳酪而染病的个案亦有发现。此外，若个人卫生欠佳，亦可能会通过人传人的途径，或经进食受粪便污染的食物而感染该种病菌。

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四、对人类的危害及预防

大肠杆菌是人和动物肠道的正常菌群，大多数都不会使致病，且在肠道中合成B族维生素和维生素K而被宿主利用，只有当宿主免疫力低下或大肠杆菌侵入肠外组织和器官时，可引起肠外感染，如尿道炎、膀胱炎、肾盂肾炎，也可引起腹膜炎、胆囊炎、阑尾炎等。婴儿、年老体弱、慢性消耗性疾病、大面积烧伤患者，大肠杆菌可侵入血流，引起败血症。早产儿，尤其是生后30天内的新生儿，易患大肠杆菌性脑膜炎。

只有少数菌株可直接引起肠道感染，这些大肠杆菌称为致病性大肠杆菌。致病性大肠杆菌有4种，即肠产毒性大肠杆菌、肠侵袭性大肠杆菌、肠致病性大肠杆菌、肠出血性大肠杆菌：

(1)肠产毒性大肠杆菌主要在小肠内繁殖，致病物质是不耐热肠毒素和耐热肠毒素两种毒素，这两种毒素可引起腹泻。

(2)肠侵袭性大肠杆菌是国际公认的食物中毒病原菌，主要黏附结肠黏膜上皮细胞并在此生长繁殖，死亡后产生内毒素，引起肠黏膜细胞的炎性反应和溃疡，出现血性腹泻。

(3)肠致病性大肠杆菌在十二指肠、空肠和回肠上段大量繁殖，一般不产生肠毒素，可引起水样腹泻，粪便中带有黏液。

(4)肠出血性大肠杆菌，可产生志贺样毒素，可导致出血性结肠炎、严重腹泻和便血。

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预防：

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1、保持地方及厨房器皿清洁，并把垃圾妥为弃置。

2、保持双手清洁，经常修剪指甲。

3、进食或处理食物前，应用肥皂及清水洗净双手，如厕或更换尿片后亦应洗手。

4、食水应采用自来水，并最好煮沸后才饮用。

5、应从可靠的地方购买新鲜食物，不要光顾无牌小贩。

6、避免进食高危食物，如：未经低温消毒法处理的牛奶，以及未熟透的汉堡扒、碎牛肉和其它肉类食品。

7、烹调食物时，应穿清洁、可洗涤的围裙，并戴上帽子。

8、食物应彻底清洗。

9、易腐坏食物应用盖盖好，存放于雪柜中。

10、生的食物及熟食，尤其是牛肉及牛的内脏，应分开处理和存放(雪柜上层存放熟食，下层存放生的食物)，避免交叉污染。

11、雪柜应定期清洁和融雪，温度应保持于摄氏4度或以下。

12、若食物的所有部分均加热至摄氏75度，便可消灭大肠杆菌O157 : H7；因此，碎牛肉及汉堡扒应彻底煮至摄氏75度达2至3分钟，直至煮熟的肉完全转为褐色，而肉

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汁亦变得清澈。

13、不要徒手处理熟食；如有需要，应戴上手套。

14、食物煮熟后应尽快食用。

15、如有需要保留吃剩的熟食，应该加以冷藏，并尽快食用。食用前应彻底翻热。变质的食物应该弃掉。[6]

五、应用

大肠杆菌作为外源基因表达的宿主，遗传背景清楚,技术操作简单，培养条件简单，大规模发酵经济，倍受遗传工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛，最成功的表达体系，常做高效表达的首选体系。

在这里必须指出的是，出于生物安全考虑，生物工程用的菌株是在不断筛选后被挑选出的菌株。这些菌株由于失去的细胞壁的重要组分，所以在自然条件下已无法生长。甚至普通的清洁剂都可以轻易地杀灭这类菌株。这样，即便由于操作不慎导致活菌从实验室流出，也不易导致生化危机。此外，生物工程用的菌株基因组都被优化过，使之带有不同基因型（例如β半乳糖甘酶缺陷型），可以更好的用于分子克隆实验。[7]-[9]

真核基因在大肠杆菌中表达,必须有合适的表达载体(Vector)，常用载体：pBV220，pET系统。

目的基因在大肠杆菌中表达的情况：

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大肠杆菌更适合原核基因的表达，外源基因表达产量与单位体积产量是正相相关的，而单位体积产量与细胞浓度和每个细胞平均表达产量呈正相相关。细胞浓度与生长速率、外源基因拷贝数和表达产物产量之间存在动态平衡，单个细胞的产量又与外源基因拷贝数、基因表达效率、表达产物的稳定性和细胞代谢负荷等因素有关。

例如，科学家们把人的胰岛素基因送到大肠杆菌的细胞里，让胰岛素基因和大肠杆菌的遗传物质相结合。人的胰岛素基因在大肠杆菌的细胞里指挥着大肠杆菌生产出了人的胰岛素。并随着它的繁殖，胰岛素基因也一代代的传了下去，后代的大肠杆菌也能生产胰岛素了。这种带上了人工给予的新的遗传性状的细菌，被称为基因工程菌。[10]-[11]

另外，大肠杆菌表达系统被广泛地应用于外源蛋白的表达，通过诱导，目的蛋白的表达量可以达到总蛋白的60%—70%[12]。近年来有很多文章报道通过改造目的基因中稀有密码子而变成大肠杆菌中高频密码子。从而大大地提高其表达量，如David.LAKEY等人通过改造85B抗原的5个稀有密码子使表达量提高到原来的54倍。他们用Northenblotting分析发现目的基因的耐州A的量只增加1.7一2.5倍，所以说表达量的提高是由于翻译效率的提高[13]。因此如果需要在大肠杆菌中表达外源蛋白是需要考虑大肠杆菌中稀有密码子和高频密码子使用情况[14]-[15]。另外，有文献报道如果需要表达的目的蛋白的氨基酸组成不是大肠杆菌“典型”蛋白氮基酸组成[16]，那目的蛋白的表达量也会受到影响。

结语：大肠杆菌是一种与人体密不可分的细菌，有着双面的作用，只有当我们将其利用好来才能为我们人类带来福音，否则将导致灾难[17]。

参考文献：

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