葡萄球菌
今天介绍的细菌是革兰氏阳性菌的代表——葡萄球菌(Staphylococcus)。
简介
葡萄球菌是葡萄球菌科的一个革兰氏阳性菌属。在显微镜下，它们呈球形，直径0.5~1微米(500~1000纳米)，呈葡萄状簇状。葡萄球菌是兼性厌氧菌(既能有氧生长，也能厌氧生长)。
葡萄球菌是柯赫(R．Koch．1878年)、巴斯德(L．Pasteur，1880年)和奥格斯顿(A．Og-ston，1881年)从脓液中发现的，但通过纯培养并进行详细研究的是F．J．Rosenbach(1884年)。
这个名字是1880年由苏格兰外科医生和细菌学家亚历山大·奥格斯顿(Alexander Ogston，1844-1929)按照五年前链球菌命名的模式创造的，它结合了前缀“staphylo-”，并以现代拉丁语作为后缀：coccus。
葡萄球菌至少有40种。其中，有9种有2个亚种，有1种有3个亚种，有1种有4个亚种，大多数是无害的，通常生活在人类和其他生物的皮肤和粘膜上。葡萄球菌是一种寄生于皮肤黏膜中的微生物，在世界范围内广泛存在，是土壤微生物区系的一个小组成部分。
在孟加拉湾圣马丁岛的海绵中发现两种葡萄球菌——表皮葡萄球菌(S. epidermidis)和阿尔莱葡萄球菌(S.arlettae)，海绵伴生的葡萄球菌具有高度的耐盐性。
分类
通过对葡萄球菌核糖体16SRNA碱基对的测序，可将葡萄球菌分为11个种群。
金黄色葡萄球菌族——S. argenteus(阿根廷葡萄球菌), S. aureus(金黄色葡萄球菌), S. schweitzeri(施韦策葡萄球菌), S. simiae(猿猴葡萄球菌)
耳葡萄球菌族——S. auricularis(耳葡萄球菌)
肉葡萄球菌族——S. carnosus(肉葡萄球菌), S. condimenti(调味葡萄球菌), S. debuckii(德巴基葡萄球菌), S. massiliensis(马赛葡萄球菌), S. piscifermentans(鱼露葡萄球菌), S. simulans(拟葡萄球菌)
表皮葡萄球菌族——S. capitis(头状葡萄球菌), S. caprae(山羊葡萄球菌), S. epidermidis(表皮葡萄球菌), S. saccharolyticus(解糖葡萄球菌)
溶血性葡萄球菌族——S. devriesei(戴氏葡萄球菌), S. haemolyticus(溶血性葡萄球菌), S. hominis(人类葡萄球菌)
猪-中间葡萄球菌族——S. agnetis(阿耆尼葡萄球菌), S. chromogenes(产色葡萄球菌), S. cornubiensis(康沃尔葡萄球菌), S. felis(猫葡萄球菌), S. delphini(海豚葡萄球菌), S. hyicus(猪葡萄球菌), S. intermedius(中间葡萄球菌), S. lutrae(卢特拉葡萄球菌), S. microti(微小葡萄球菌), S. muscae(蝇葡萄球菌), S. pseudintermedius(伪中间葡萄球菌), S. rostri(喙葡萄球菌), S. schleiferi(施莱菲葡萄球菌)
路邓葡萄球菌族——S. lugdunensis(路邓葡萄球菌)
腐生葡萄球菌族——S. arlettae(阿尔莱葡萄球菌), S. caeli(凯氏葡萄球菌), S. cohnii(科氏葡萄球菌), S. equorum(马胃葡萄球菌), S. gallinarum(鸡葡萄球菌), S. kloosii(克氏葡萄球菌), S. leei(李氏葡萄球菌), S. nepalensis(尼泊尔葡萄球菌), S. saprophyticus(腐生葡萄球菌), S. succinus(琥珀葡萄球菌), S. xylosus(木糖葡萄球菌)
松鼠葡萄球菌族——S. fleurettii(弗氏葡萄球菌), S. lentus(慢葡萄球菌), S. sciuri(松鼠葡萄球菌), S. stepanovicii(斯帕诺维奇葡萄球菌), S. vitulinus(小牛葡萄球菌)
拟葡萄球菌族——S. simulans(拟葡萄球菌)
华氏葡萄球菌族——S. pasteuri(巴氏葡萄球菌), S. warneri(华氏葡萄球菌)
其中，第12组溶酪葡萄球菌族(包含溶酪葡萄球菌S. caseolyticus)现在已经被移到一个新的巨球菌属(Macrococcus)。其种类是目前已知最接近的葡萄球菌的亲戚。
2015年发现两种细菌阿根廷葡萄球菌(Staphylococcus argenteus)和施韦策葡萄球菌(Staphylococcus schweitzeri)，这两种细菌都曾被认为是金黄色葡萄球菌的变种。
从南极洲分离到一种凝固酶阴性的新物种：土壤葡萄球菌(Staphylococcus edaphicus)，该物种可能是腐生葡萄球菌族的一员。
亚种
S. aureus subsp. aureus
S. aureus subsp. anaerobius
S. capitis subsp. capitis
S. capitis subsp. urealyticus
S. carnosus subsp. carnosus
S. carnosus subsp. utilis
S. cohnii subsp. cohnii
S. cohnii subsp. urealyticus
S. equorum subsp. equorum
S. equorum subsp. linens
S. hominis subsp. hominis
S. hominis subsp. novobiosepticus
S petrasii subsp. croceilyticus
S petrasii subsp. jettensis
S petrasii subsp. petrasii
S petrasii subsp. pragensis
S. saprophyticus subsp. bovis
S. saprophyticus subsp. saprophyticus
S. schleiferi subsp. coagulans
S. schleiferi subsp. schleiferi
S. sciuri subsp. carnaticus
S. sciuri subsp. rodentium
S. sciuri subsp. sciuri
S. succinus subsp. casei
S. succinus subsp. succinus
分组
基于对直系同源基因含量的分析，已经提出了三组——A、B和C。
A组包括金黄色葡萄球菌(S. aureus)、北极葡萄球菌(S. borealis)、头状葡萄球菌(S. capitis)、表皮葡萄球菌(S. epidermidis)、溶血性葡萄球菌(S. haemolyticus)、人类葡萄球菌(S. hominis)、路邓葡萄球菌(S. lugdunensis)、佩滕科菲葡萄球菌(S. pettenkoferi)、猿猴葡萄球菌(S. simiae)和华氏葡萄球菌(S. warneri)。
B组包括阿尔莱葡萄球菌(S. arlettae)、科氏葡萄球菌(S. cohnii)、马胃葡萄球菌(S. eqorum)、腐生葡萄球菌(S. saprophyticus)和木糖葡萄球菌(S. xylosus)。
C组包括海豚葡萄球菌(S. delphini)、中间葡萄球菌(S. intermedius)和伪中间葡萄球菌(S.pseudintermedius)。
特征
腐生葡萄球菌和松鼠葡萄球菌族通常对新生霉素具有抗性，人类葡萄球菌(S. hominis)也是如此。
松鼠葡萄球菌族的成员由于拥有细胞色素C氧化酶而呈氧化酶阳性，是葡萄球菌中唯一拥有该基因的进化枝，且与巨球菌属(Macrococcus)关系最密切。
普氏葡萄球菌(S. pulvereri)已被证明是小牛葡萄球菌(S. vitulinus)的同物异名。
在这些进化枝中，溶血性葡萄球菌(S. haemolyticus)和拟葡萄球菌(S. simulans)族似乎是相关的，金黄色葡萄球菌(S. aureus)和表皮葡萄球菌(S. epidermidis)族也是如此。
路邓葡萄球菌(S. lugdunensis)似乎与溶血性葡萄球菌(S. haemolyticus)族有关。
佩氏葡萄球菌(S. petrasii)可能与溶血性葡萄球菌(S. haemolyticus)有关，但这需要证实。
溶源性葡萄球菌(S. lyticans)、彼氏葡萄球菌(S. pettenkoferi)、佩氏葡萄球菌(S. petrasii)和伪路邓葡萄球菌(S.pseudolugdunensis)的分类地位尚未阐明。
生物化学分析
将菌株归为葡萄球菌属需要它是形成簇的革兰氏阳性球菌，具有适当的细胞壁结构(包括肽聚糖类型和磷壁酸的存在)和DNA的G+C比例为30-40％。
通过几个简单的测试，可以将葡萄球菌与其他需氧和兼性厌氧、革兰氏阳性球菌区分开来。 葡萄球菌属是兼性厌氧菌(能够在有氧和厌氧条件下生长)。 所有物种都在胆汁盐存在下生长。
所有种类的金黄色葡萄球菌曾被认为是凝固酶阳性的，但此后已被否定。
在6.5%NaCl溶液中也可能发生生长。在Baird Parker培养基上，葡萄球菌属以发酵方式生长，但腐生葡萄球菌除外，它以氧化方式生长。葡萄球菌属对杆菌肽具有抗性(0.04μg/盘：抗性≤10mm抑制区)并且对呋喃唑酮敏感(100μg/盘：抗性≤15mm抑制区)，需要进一步的生化测试来识别物种水平。
当这些细菌分裂时，它们会沿着两条轴线分裂，从而形成细菌团块。 这与链球菌相反，链球菌沿一个轴分开，因此形成链。
凝固酶
葡萄球菌分类中使用的最重要的表型特征之一是它们产生凝固酶的能力，凝固酶是一种导致血凝块形成的酶。
目前有7个物种被确认为凝固酶阳性：金黄色葡萄球菌(S. aureus)、海豚葡萄球菌(S. delphini)、猪葡萄球菌(S. hyicus)、中间葡萄球菌(S. intermedius)、卢特拉葡萄球菌(S. lutrae)、伪中间葡萄球菌(S. pseudintermedius)和施莱菲葡萄球菌(S. schleiferi coagulans)。这些物种属于两个不同的族——金黄色葡萄球菌族和猪-中间葡萄球菌族(其他的五个)。
第八种凝固酶阳性葡萄球菌——李氏葡萄球菌(Staphylococcus leei)来自胃炎患者。
金黄色葡萄球菌(S. aureus)是凝固酶阳性的，这意味着它会产生凝固酶。然而，虽然大多数金黄色葡萄球菌菌株是凝固酶阳性的，但有些可能是非典型的，因为它们不产生凝固酶。 金黄色葡萄球菌是过氧化氢酶阳性(意味着它可以产生过氧化氢酶)并且能够将过氧化氢 (H2O2) 转化为水和氧气，这使得过氧化氢酶测试可用于区分葡萄球菌、肠球菌和链球菌。
伪中间葡萄球菌(S. pseudintermedius)栖息并有时感染家养狗和猫的皮肤。这种微生物也可以携带赋予多种细菌抗生素抗性的遗传物质。虽为人畜共患病，但它很少涉及人类感染
表皮葡萄球菌(S. epidermidis)是一种凝固酶阴性的物种，是皮肤的共生菌，但可在免疫抑制患者和中心静脉导管患者中引起严重感染。腐生葡萄球菌是另一种凝固酶阴性的物种，是正常YD菌群的一部分，主要与X活跃的年轻女性的XXXXX感染有关。 近年来，其他几种葡萄球菌属与人类感染有关，特别是路邓葡萄球菌(S. lugdunensis)、施莱菲葡萄球菌(S. schleiferi)和山羊葡萄球菌(S. caprae)。
凝固酶阴性葡萄球菌的常见缩写是CoNS、CNS或CNST。美国微生物学会将凝固酶阴性葡萄球菌缩写为“CoNS”。
基因组
第一个测序的金黄色葡萄球菌基因组是2001年的N315和Mu50。许多更完整的金黄色葡萄球菌基因组已提交给公共数据库，使其成为测序最广泛的细菌之一。 基因组数据的使用现在很普遍，为研究金黄色葡萄球菌的研究人员提供了宝贵的资源。全基因组技术，例如测序项目和微阵列，已经显示出种类繁多的金黄色葡萄球菌菌株。每一种都含有不同的表面蛋白和不同毒素的组合。将这些信息与致病行为联系起来是葡萄球菌研究的主要领域之一。分子分型方法的发展使得能够追踪不同的金黄色葡萄球菌菌株。这可能会导致更好地控制爆发菌株。 更深入地了解葡萄球菌如何进化，特别是由于获得了编码抗性和毒力基因的可移动遗传元件，有助于识别新的爆发菌株，甚至可能阻止它们的出现。
各种金黄色葡萄球菌菌株或不同葡萄球菌属的抗生素耐药性的广泛发生归因于编码抗生素/金属耐药性和毒力的基因的水平基因转移。 最近的一项研究表明，葡萄球菌之间水平基因转移的程度比以前预期的要大得多，并且包括具有超越抗生素抗性和毒力以及位于移动遗传元件内的基因的功能的基因。
各种葡萄球菌菌株可从生物研究中心获得，例如国家典型培养物保藏中心。
宿主
葡萄球菌属的成员经常定植于哺乳动物和鸟类的皮肤和上呼吸道。 在宿主范围内已经观察到一些物种特异性，例如在一些动物身上观察到的葡萄球菌物种在更远亲的宿主物种上出现的更少。一些观察到的宿主特异性包括：
阿尔莱葡萄球菌(S. arlettae)——鸡、山羊
金黄色葡萄球菌(S. aureus)——人类
耳葡萄球菌(S. auricularis)——鹿、狗、人类
北极葡萄球菌(S. borealis)——人类、牛
头状葡萄球菌(S. capitis)——人类
山羊葡萄球菌(S. caprae)——山羊、人类
科氏葡萄球菌(S. cohnii)——鸡、人类
海豚葡萄球菌(S. delphini)——海豚
戴氏葡萄球菌(S. devriesei)——牛
表皮葡萄球菌(S. epidermidis)——人类
马胃葡萄球菌(S. eqorum)——马
猫葡萄球菌(S. felis)——猫
弗氏葡萄球菌(S. fleurettii)——山羊
鸡葡萄球菌(S. gallinarum)——鸡、山羊、野鸡
溶血性葡萄球菌(S. haemolyticus)——人类、恒河猴、红尾猴、狐猴、猕猴、指猴、黑猩猩
猪葡萄球菌(S. hyicus)——猪
李氏葡萄球菌(S. leei)——人类
慢葡萄球菌(S. lentus)——山羊、兔子、绵羊
路邓葡萄球菌(S. lugdunensis)——人类、山羊
卢氏葡萄球菌(S. lutrae)——水獭
微小葡萄球菌(S. microti)——田鼠 (Microtus arvalis)
尼泊尔葡萄球菌(S. nepalensis)——山羊
巴氏葡萄球菌(S. pasteuri)——人类，山羊
彼氏葡萄球菌(S. pettenkoferi)——人类
伪中间葡萄球菌(S. pseudintermedius)——狗
喙葡萄球菌(S. rostri)——猪
施莱菲葡萄球菌(S. schleiferi)——人类
松鼠葡萄球菌(S. sciuri)——人类、狗、山羊
猿猴葡萄球菌(S. simiae)——南美松鼠猴(Saimiri sciureus)
拟葡萄球菌(S. simulans)——人类
华氏葡萄球菌(S. warneri)——人类，非洲绿猴，猩猩
木糖葡萄球菌(S. xylosus)——人类
葡萄球菌感染
葡萄球菌通常栖息在皮肤和鼻子上，但也可能通过几乎看不见的割伤或擦伤进入人体。 一旦进入体内，细菌可能会扩散到许多身体系统和器官，包括心脏。细菌产生的毒素可能会导致心脏骤停。 一旦细菌被确定为疾病的原因，治疗通常采用抗生素的形式，并在可能的情况下对感染区域进行引流。 然而，这种细菌的许多菌株已经对抗生素产生抗药性。 对于遭受此类感染的人来说，身体自身的免疫系统是抵御疾病的唯一防御措施。 如果该系统被削弱或受到损害，疾病可能会迅速发展。任何人都可能感染葡萄球菌，但孕妇、儿童和患有慢性疾病或免疫缺陷的人通常更容易感染。
凝固酶阳性葡萄球菌
主要的凝固酶阳性葡萄球菌是金黄色葡萄球菌，尽管并非所有金黄色葡萄球菌菌株都是凝固酶阳性的。 这些细菌可以在干燥的表面上存活，从而增加传播的机会。 金黄色葡萄球菌也与中毒性休克综合征有关；在 1980 年代，一些卫生棉条允许金黄色葡萄球菌快速生长，从而释放出被吸收到血液中的毒素。 任何金黄色葡萄球菌感染都可能导致葡萄球菌性烫伤样皮肤综合征，这是一种对吸收到血液中的外毒素的皮肤反应。 它还可能导致一种称为脓毒症的败血症。 感染可能会危及生命。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)已成为医院获得性感染的主要原因，MRSA在社区获得性感染中的频率也越来越高。葡萄球菌感染的症状包括脓液的集合，例如疖或痈，或脓肿。 该区域通常会触痛或疼痛，并且可能会变红或肿胀。
凝固酶阴性葡萄球菌
表皮葡萄球菌是一种凝固酶阴性葡萄球菌属，是皮肤的共生菌，但可在免疫抑制患者和中心静脉导管患者中引起严重感染。
腐生葡萄球菌是另一种凝固酶阴性的物种，是正常YD菌群的一部分，主要与年轻X活跃女性的无并发症下泌尿生殖道感染有关。
其他葡萄球菌物种与人类感染有关，特别是路邓葡萄球菌、施莱菲葡萄球菌和山羊葡萄球菌。
这是葡萄球菌进化树
金黄色葡萄球菌的CAS9蛋白
CRISPR/Cas9系统被广泛地运用于基因编辑中。其中，来自化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)的SpCas9系统最为常用。然而，SpCas9对于识别序列PAM的5’-NGG-3’的要求限制了靶标序列的可选择性。金黄色葡萄球菌拥有一种CAS9蛋白——SaCas9(PAM序列：5'-NNGRRT-3')，以及它的突变体KKH SaCas9(PAM序列：5'-NNNRRT-3')，可以成功地在宿主中产生高效率的突变。通过生物信息学分析结果表明，这些新的Cas9靶点使得宿主基因组可用的靶点数量大大增加。除此以外，SaCas9大小比SpCas9更小——SaCas9由1053个氨基酸组成，SpCas9由1368个氨基酸组成。这更加有利于提高基因编辑的成功率。
路邓素
路邓素(Lugdunin)是一种正在研究中的抗生素，被归类为一种含噻唑烷的环肽。它是在2016年分离出来的，当时路邓葡萄球菌被鉴定为来自人类鼻子的一种细菌，可以抑制人体微生物群中致病细菌种类的生长。
路邓素(Lugdunin)是一种非核糖体合成的环状肽，可抑制金黄色葡萄球菌的生长。路邓素(Lugdunin)基因位于一个30kbp操纵子上。lugA, lugB, lugC和lugD基因编码四种非核糖体肽合酶，它们前面是一个可能的调节基因lugR。
金黄色葡萄球菌的噬菌体分型
60%-70%的金黄色葡萄球菌可被相应噬菌体裂解，表皮葡萄球菌不敏感。用噬菌体可将金葡萄菌分为4群23个型。肠毒素型食物中毒由Ⅲ和Ⅳ群金葡萄菌引起，Ⅱ群菌对抗生素产生耐药性的速度比Ⅰ和Ⅳ群缓慢很多。造成医院感染严重流行的是Ⅰ群中的52、52A、80和81型菌株。引起疱疹性和剥脱性皮炎的菌株经常是Ⅱ群71型。
