Serratia marcescens

Higher order Taxa

Species

Serratia marcescens

Serratia marcescens on an XLD agar plate. Obtained from the CDC Public Health Image Library

Description and Significance

Serratia marcescens is a motile,short rod-shaped, Gram-negative, facultative anaerobe bacterium, classified as an opportunistic pathogen., Het werd ontdekt in 1819 door Bartolomeo Bizio in Padua, Italië. Bizio noemde het geslacht Serratia ter ere van de Italiaanse natuurkundige Serratia, en koos marcescens voor de soortnaam naar het Latijnse woord voor verval . Serratia marcescens werd eerst als onschadelijk (niet-pathogeen) beschouwd. Vanwege zijn vermogen om rode pigmentatie te produceren, werd het voor het eerst gebruikt in 1906 als marker om bacteriële activiteit of transmissie te traceren . Pas later in de jaren 1950 experimenteerde de Amerikaanse regering met de Serratia marcescens en de schadelijke effecten die de bacteriën veroorzaken werden onthuld., Een studie met Serratia marcescens werd uitgevoerd om de mogelijkheid van biologische wapens te bepalen die door windstroom worden overgedragen. In de beroemde “Operation Sea Spray” vulde het Amerikaanse leger ballonnen met Serratia marcescens en ontplofte ze boven San Fransisco. Serratia marcescens werd gekozen omdat het door de pigmentproductie gemakkelijk te volgen was. Echter, er was een toename van het aantal pneumonie en urineweginfecties gemeld in de regio kort na het experiment werd uitgevoerd ., Hoewel Serratia marcescens werd geclassificeerd als een menselijke pathogeen in de jaren 1960, wetenschapper nog steeds gebruikt als een bacteriële tracer tot ver in de jaren 1970 .Serratia marcescens groeit optimaal bij 37°C, maar kan groeien in temperaturen tussen 5 en 40°C. Ze groeien in pH-waarden tussen 5 en 9 . Serratia marcescens is bekend om de rode pigmentatie die het produceert genaamd prodigiosin. Prodigiosin bestaat uit drie pyrroolringen en wordt niet geproduceerd bij 37°C, maar bij temperaturen onder 30°C ., De productie van rood pigment is niet in alle stammen aanwezig, maar in die waar het aanwezig is, kan het op bloed lijken . Dit en het feit dat Serratia marcescens meestal groeit op brood en hosties opgeslagen op vochtige plaatsen, heeft wetenschappers ertoe gebracht Serratia besmetting te suggereren als een mogelijke verklaring voor transsubstantiatie wonderen (de omzetting van brood in het lichaam en bloed van Christus). Zo stelt het verhaal van het wonder van Bolsena dat in 1263 een priester met twijfels over de aanwezigheid van Christus in de gewijde gastheer een mis in de Basiliek van Bolsena leidde., Na het spreken van de woorden van consecratie, bloed begon te druipen van de gewijde Hostie op zijn handen en het altaar . Deze gebeurtenis werd door Rafaël afgebeeld op de muren van het Vaticaan .

Genoomstructuur

het genoom van de Serratia marcescens stam Db11 werd gesequenced door het Sanger Institute met medewerking van Dr.Jonathan Ewbank van het Centre d ‘ Immunologie de Marseille Luminy. Het voltooide genoom bestaat uit een enkel circulair chromosoom van 5.113.802 bp met een G+C-gehalte van 59,51% .,

celstructuur en metabolisme

Serratia marcescens is kort en staafvormig. Het is een facultatieve anaerobe, wat betekent dat het kan groeien in de aanwezigheid van zuurstof (aërobe) of in de afwezigheid van zuurstof (anaërobe). In de eerste plaats gebruikt het fermentatie als middel om energie te verzamelen en heeft het enzymen (superoxide dismutase, catalase of peroxiden) die het beschermen tegen reactieve zuurstofsoorten, waardoor het in zuurstofrijke omgevingen kan leven. Serratia marcescens is een gramnegatieve bacterie., De gramnegatieve bacteriën hebben een dunne celwand die van één enkele laag peptidoglycan wordt gemaakt die door een buitenmembraan wordt ingesloten. Het buitenmembraan heeft lipopolysacchariden (LPS), die een speciaal soort fosfolipide zijn dat uit vetzuren wordt samengesteld die aan een glucosaminefosfaat dimeer in bijlage zijn. Eén glucosamine wordt dan bevestigd aan een kernpolysacharide dat zich uitstrekt tot de O-polysachariden. Het buitenmembraan dient ook als middel om de opname van voedingsstoffen en de uitsluiting van toxines te regelen. De eiwitporiën en transporters die in de enveloplagen worden gevonden variëren in selectiviteit .,Serratia marcescens is beweeglijk en reist op verschillende manieren. Een enkele Serratia marcescens bacterie kan zwemmen met het gebruik van zijn flagellum . Als groep kunnen ze samen zwermen op agar met lagere concentraties (0 .5-0.8%) . De zwermcellen kunnen zich in lengte van 5-30 µm uitstrekken en zij zijn hoogst flagellated en nonseptated. Serratia marcescens hebben ongeveer 100-1000 flagella per zwemcel . Serratia marcescens kan ook een biofilm vormen (complexe structuur gemaakt van uitgescheiden mucilagineuze matrixom een beschermende coating te vormen waarin ze zijn ingekapseld ).,

hydrolyse van caseïne is geen veel voorkomende eigenschap en is daarom nuttig bij de differentiatie van Serratia marcescens uit de 438 stammen van Enterobacteriaceae en Pseudomonadaceae families . Serratia marcescens heeft de reproduceerbare capaciteit om caseïne af te breken en een clearing op melkagar platen te produceren. Caseïne is een eiwit uit melk dat de basis vormt van kaas en bepaalde kunststoffen . Serratia marcescens gebruikt extracellulaire enzymen die proteasen worden genoemd om de peptidebindingen (CO-NH) in caseïne af te breken ., Op dezelfde manier breekt een extracellulair enzym genaamd gelatinase gelatine af, een onvolledig eiwit dat tryptofaan mist. Gelatinehydrolyse transformeert het eiwit tot individuele aminozuren en zorgt ervoor dat het vloeibaar wordt in koude omstandigheden (onder 25 °C) wanneer het anders vast zou zijn .

Er zijn andere biochemische tests die helpen om Serratia marcescens in het lab te identificeren. Het is negatief voor de methylrode test vanwege hun productie van 2, 3 – butaandiol en ethanol, maar positief voor de Voges-Proskauer test, die het vermogen van een organisme om pyruvaat om te zetten in acetoïne toont ., Serratia marcescens is negatief voor zuurproductie op lactose, maar positieve glucose en sucrose (met gasproductie) fermentatie. De nitraattesten zijn positief omdat nitraat in het algemeen als eindelektronenacceptor wordt gebruikt in plaats van als zuurstof . Het Citraat (positieve test) wordt door Serratia marcescens gebruikt om pyruvinezuur te produceren. Het is positief voor decarboxylase, dat de verwijdering van een carboxylgroep uit een aminozuur is, die amine en kooldioxide produceren.De rode pigmentatie (prodigiosin) waar Serratia marcescens om bekend staat kan een onderscheidende factor zijn, maar is alleen aanwezig in sommige soorten., Het is niet precies bekend waarom dit is, maar er wordt verondersteld dat het een strak geregeld genproduct is. Prodigiosin kan het immuunsysteem van een lichaam (antilichamen en T-cellen) activeren, zodat het mogelijk is dat Serratia marcescens die in een menselijk lichaam leeft prodigiosin synthese zal beperken en dus aan detectie door het immuunsysteem van de gastheer zal ontsnappen. Veel soorten lijken het vermogen om het te produceren helemaal te hebben verloren.

ecologie

Serratia marcescens is alomtegenwoordig. Het wordt vaak gevonden in bodem, water, planten en dieren., Het is wijd aanwezig in niet drinkbaar water in onderontwikkelde landen als gevolg van slechte chlorering. Dit micro-organisme is een gemeenschappelijke agent verantwoordelijk voor verontreiniging van Petrischalen in laboratoria, en wordt ook gevonden om op brood te groeien . Hoewel S. marcescens een pathogeen micro-organisme is, is dit alleen zo bij immuungecompromitteerde individuen zoals die in ziekenhuizen waar veel van de gedocumenteerde infecties plaatsvinden., De wijze van overdracht van dit micro-organisme is door ofwel direct contact,of door katheters, druppels, zoute irrigatieoplossingen, en andere oplossingen die worden verondersteld steriel te zijn .

pathologie

Serratia marcescens is een opportunistisch pathogeen dat nosocomiale infecties veroorzaakt. Het is bestand tegen vele antibiotica die traditioneel worden gebruikt om bacteriële infecties, zoals penicilline en ampicilline te behandelen ., Dit is te wijten aan alle kenmerken van Serratia marcescens; unieke membraan (LPS) als gramnegatieve bacteriën, het vermogen om te overleven in aërobe en anaërobe omstandigheden, en zijn beweeglijkheid . De meeste stammen zijn resistent tegen verschillende antibiotica vanwege de aanwezigheid van R-factoren (genen die coderen voor antibioticaresistentie) op plasmiden .Er zijn veel ziekten die worden geassocieerd met Serratia marcescens: sepsis, bacteriëmie, meningitis en cerebrale abcessen, urineweginfecties, osteomyelitis, oculaire infecties en endocarditis ., Vanwege het brede scala aan ziekten die Serratia marcescens veroorzaakt, is er niet één bepalend symptoom of bron van oorsprong. De geproduceerde biofilms zijn over het algemeen pathogeen in het lichaam .

ook, zoals vermeld in de celstructuur, is de LPS-laag bevestigd aan het buitenmembraan van de Gram-negatieve bateria. De LPS fungeert als een endotoxine (een celcomponent die onschadelijk is zolang de ziekteverwekker intact blijft). De versie van LPS zou de gastheerafweer over-stimuleren en hen veroorzaken om dodelijke endotoxische schok te ondergaan ., De aanwezigheid van LPS maakt het daarom moeilijk om Serratia marcescens te doden zonder de dood van de cellen van de gastheer te veroorzaken.

sommige antibiotica hebben bewezen werkzaam te zijn tegen Serratia marcescens zijn de antipseudomonale bèta-lactamantibiotica, die bacteriën doden door de celwandsynthese te remmen. Hoewel ze zijn ontwikkeld en gebruikt om pseudomonas te doden, zijn ze ook effectief gebleken tegen Serratia marcescens en andere nauw verwante gramnegatieve bacteriën. Een deel van de problematische aard van dit organisme is zijn vermogen om elk oppervlak te koloniseren., Bijvoorbeeld, Serratia marcescens is geà dentificeerd als het gemeenschappelijkste organisme dat in zowel cornea schrapen als contactlenzen wordt gevonden . Er is echter gebleken dat polyquaternium-1 (een biocide dat commercieel wordt gebruikt in een contactlensdesinfecterende oplossing) werkzaam is tegen het cytoplasmatische membraan van Serratia marcescens .

R-factoren

S. marcescens bevatten deze R-factoren die een specifiek type plasmide zijn en één of meer genen bevatten die resistentie tegen verschillende soorten antimicrobiële stoffen veroorzaken.,De bijdrage van R-factoren aan de resistentie van Serratia tegen verschillende geneesmiddelen is reeds in 1969 bestudeerd. Uit deze studie bleek dat van de 22 meervoudige resistente striae, 21 in staat waren om een of andere vorm van hun weerstand aan anderen over te dragen. Deze studie toonde ook aan dat de drugresistentie veel vaker voorkwam in Serratia dan in een ander algemeen geïsoleerd lid van Enterobacteriaceae., Er werd ook vastgesteld dat niet alleen de R-factoren medicijnresistentie bemiddelen tegen de stammen die ooit gevoelig waren voor bepaalde drugs, maar het gaf ook extra resistentie tegen drugs waar de stammen eerder al resistent tegen waren . Sindsdien hebben andere experimenten geconcludeerd dat het transfersysteem van R-factoren in Serratia marcescens temperatuurgevoelig kan zijn en waarschijnlijker tussen die organismen kan voorkomen die fylogenetischer verwant blijken te zijn.

Effluxpompen

niet alleen heeft S., marcescens heeft R-factoren die genen coderen voor bepaalde resistentie tegen geneesmiddelen, maar het bevat ook geavanceerde effluxpompen die verder toxines verwijderen die fataal kunnen zijn voor het micro-organisme. In het bijzonder was SdeXY de eerste multidrug effluxpomp behorend tot de RND-familie (Resistance-Nodulation-Cell Division)gevonden in S. marcescens. Het gen SdeY wordt gevonden om een lid van de familie RND te zijn, terwijl SdeX een lid van de proteã nen van de membraanfusie is., Wanneer deze eiwitten goed werken (ongemuteerd), verminderen ze de gevoeligheid van het organisme voor erytromycine, tetracycline, norfloxacine, benzalkoniumchloride, ethidiumbromide, acriflavine en rhodamine 6G (referentie 4). Andere effluxpompen zijn ook gecategoriseerd, zoals de SDEAB RND-pomp en de SdeCDE RND-pomp. De eerste functies met een brede substraat specificiteit en de laatste bestaat uit een membraanfusie eiwitten (MFP)en twee verschillende RND transporters (SdeD en SdeE).

een ander type multidrug effluxpomp dat in dit micro-organisme voorkomt, is een ABC-type effluxpomp genaamd SmdAB., Zowel SmdA als SmdB genen moeten aanwezig zijn en zijn noodzakelijk voor resistentie.

huidig onderzoek

Een recente studie suggereert dat Serratia marcescensost3 een nieuw prodigiosine produceert genaamd MAMPDM ((2,2′-dipyrrylmetheen))dat een belangrijke invloed kan hebben op de behandeling van kanker. Dit rode pigment toonde een selectieve cytotoxische activiteit aan in kankercellijnen, maar in tegenstelling hiermee bleek het een verminderde toxiciteit voor niet kwaadaardige cellen. Zij kwamen tot de conclusie dat Serratia marcescensost3 in één keer kan worden gebruikt als bron om een antikankerverbinding te ontwikkelen .,

een andere studie suggereert dat Serratia marcescens stam NCTC 10211 kan dienen als probioticum bij het remmen van de groei van H. pylori, de veroorzaker van maagzweren . Bij het onderzoeken van verschillende soorten en bacteriestammen, toonde Serratia marcescens stam NCTC 10211 opvallende inhibitiezones wanneer geïnoculeerd met verschillende HP stammen.De componenten en / of het mechanisme die betrokken zijn bij de remming van HP-proliferatie zijn nog steeds niet goed begrepen. Verder onderzoek is nodig om de remmende stoffen te isoleren en te karakteriseren, zodat ze voor HP-therapie kunnen worden gebruikt., Het is grotendeels onduidelijk of Serratia marcescens bactericidiale activiteit heeft of of veranderingen in de fysiologie en morfologie van Hp bevordert.Serratia marcescens heeft een uniek vermogen om extracellulaire enzymen aan te maken (28). Verscheidene van deze enzymen hebben het vermogen om chitine, een stof die hoofdzakelijk uit schimmelcelwanden bestaat, te degraderen (28). Deze chitinolytische enzymen kunnen mogelijk industrieel en agrarisch gebruik hebben, zoals de introductie van deze genen voor chitineafbrekende enzymen in gewassen en fermentatieve bacteriën (28)., Verder onderzoek naar eiwitmodificatie van nucleotideopeenvolgingen zou voor betere uitdrukking van chitine veroorzakend genen toestaan, waarbij een beschermend mechanisme voor vatbare installaties en fermentatieve bacteriën tegen schimmelbesmettingen wordt verstrekt (28).

1.amh10. “Serratia Marcescens.”MicrobLog.com. 4 Augustus 2006. 7 Nov. 2008. © 2008 <http://microblog.me.uk/89>

6.Codling Caroline, Brian V. Jones, Eshwar Mahenthiralingam, A. Denver Russell en Jean-Yves Maillard., “Identification of genes involved in the susceptibility of Serratia marcescens to polyquaternium-1.”Journal of Antimicrobial Chemotherapy (2004)54, 370-375

7.”Uittreksel uit Serratia.”Emedicine.com.19 Nov. 2008. © 1996-2006 by WebMD <http://www.emedicine.com/med/byname/serratia.htm>

10.”Serratia Marcescens Bacteria.”serratia-marcescens.org.9 Nov. 2008. <http://www.serratia-marcescens.org/>

12.Salisbury, Willaiam en Joseph Likos. Hydrolyse van caseïne: een differentieel hulpmiddel voor de identificatie van Serratia marcescens. J. clin. Pad.,, 1972, 25, 1083-1085

14.”Serratia marcescens.”Wikipedia.org 24 Okt. 2008. 19 Nov. 2008. <http://en.wikipedia.org/wiki/Serratia_marcescens>

15.Schlegel, Hans. Algemene Microbiologie. © Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1992. blz. 88.

16.Shapiro, James en Martin Dworkin. Bacteriën als meercellige organismen. © 1997 by Oxford University Press, Inc. blz. 210

17.Simurda, Maryanne. “Department of Biology Faculty and Research.”9 Nov. 2008. <http://biology.wlu.edu/simurda.htm>

18.Slonczewski, Joan en John Foster., Microbiologie: Een Evoluerende Wetenschap. © 2009 W. W. Norton & Company, Inc. blz. 91, 488

20.Yuko Tanaka, Junko Yuasa, Masahiro Baba, Taichiro Tanikawa, Yoji Nakagawa en Tohey Matsuyama. “Temperature-Dependent Bacteriostatic Activity of Serratia marcescens”. Microb. Environ.. Vol. 19: 236-240 (2004) .

21. http://www.sanger.ac.uk/Projects/S_marcescens/

22. http://commtechlab.msu.edu/sites/dlc-me/zoo/microbes/serratia.html

23. Cooksey Robert, Grace Thorne, Edmund Farrar. “R Factor gemedieerde antibioticaresistentie in Serratia marcescens. Antimicrobia Middelen En ChemoTheraphy. Vol 10. Geen., 1 juli 1976 p 123-127.

24. Belgic, Sanela en Elizabeth A. Worobec. “Characterization of the Serratia marcescens SdeCDE multidrug efflux pump studied through gen knockout mutagenesis”. Afdeling Microbiologie, Universiteit van Manitoba, Winnipeg, MB R3T 2N2, Canada.

25. Taira Matsuo, Jing Chen, Yusuke Minato, Wakano Ogawa, Tohru Mizushima, Teruo Kuroda en Tomofusa Tsuchiya. “SmdAB, een Heterodimere ABC-Type multidrug Efflux pomp, in Serratia marcescens. Tijdschrift voor Bacteriologie, Jan.2008, blz. 648-654.

27. R. Krausse, K. Piening, U. Ullman., “Inhibitory effects of various micro-organisms on the growth of Heliobacter pylori. Brief in Applied Mirobiology 2005, 40, 81-86.

28. Hejazi, A., and Falkiner, F. R. “Serratia marcescens” Journal of Medical Microbiology, 1997. Deel 46. p. 903-912.

uitgegeven door Irina Mashenko en Abrehet Tesfamicael studenten van M Glogowski aan Loyola University 1 – http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC87738/