Higher order Taxa
Species
Serratia marcescens
Description and Significance
Serratia marcescens is a motile,short rod-shaped, Gram-negative, facultative anaerobe bacterium, classified as an opportunistic pathogen., Es wurde 1819 von Bartolomeo Bizio in Padua, Italien, entdeckt. Bizio benannte die Gattung Serratia zu Ehren des italienischen Physikers Serratia und wählte Marcescens für den Artennamen nach dem lateinischen Wort für Verfall . Serratia marcescens galt zunächst als harmlos (nicht pathogen). Aufgrund seiner Fähigkeit, rote Pigmentierung zu erzeugen, wurde es erstmals 1906 als Marker verwendet, um bakterielle Aktivität oder Übertragung zu verfolgen . Erst später in den 1950er Jahren experimentierte die US-Regierung mit der Serratia marcescens und den schädlichen Auswirkungen, die die Bakterien verursachen., Eine Studie mit Serratia marcescens wurde durchgeführt, um die Möglichkeit der Übertragung biologischer Waffen durch Windstrom zu bestimmen. In der berühmten „Operation Sea Spray“ füllte die US-Armee Ballons mit Serratia marcescens und explodierte sie über San Fransisco. Serratia marcescens wurde ausgewählt, weil es aufgrund seiner Pigmentproduktion leicht zu verfolgen war. Kurz nach der Durchführung des Experiments gab es jedoch einen Anstieg der Anzahl von Lungenentzündungen und Harnwegsinfektionen in der Region ., Obwohl Serratia marcescens in den 1960er Jahren als menschlicher Erreger eingestuft wurde, verwendeten Wissenschaftler es bis weit in die 1970er Jahre als bakteriellen Tracer .
Optimal wächst Serratia marcescens bei 37°C, aber es kann bei Temperaturen zwischen 5 und 40°C wachsen . Serratia marcescens ist bekannt für die rote Pigmentierung, die es produziert, genannt prodigiosin. Prodigiosin besteht aus drei Pyrrolringen und wird nicht bei 37°C, sondern bei Temperaturen unter 30°C hergestellt ., Die Produktion von rotem Pigment ist nicht in allen Stämmen vorhanden, aber in denen, in denen es vorhanden ist, kann es Blut ähneln . Dies und die Tatsache, dass Serratia marcescens typischerweise auf Brot-und Kommunionwafern wächst, die an feuchten Orten gelagert werden, hat Wissenschaftler dazu veranlasst, Serratia-Kontamination als mögliche Erklärung für Transubstantiationswunder (die Umwandlung von Brot zum Leib und Blut Christi) vorzuschlagen. Zum Beispiel besagt die Geschichte des Wunders von Bolsena, dass 1263 ein Priester mit Zweifeln an der Gegenwart Christi in der geweihten Hostie eine Messe in der Basilika von Bolsena leitete., Nachdem er die Worte der Weihe gesprochen hatte, tropfte Blut vom geweihten Gastgeber auf seine Hände und den Altar . Dieses Ereignis wurde von Raphael an den Wänden des Vatikans dargestellt .
Genomstruktur
Das Genom des Serratia marcescens-Stammes Db11 wurde vom Sanger-Institut in Zusammenarbeit mit Dr. Jonathan Ewbank vom Centre d ‚ Immunologie de Marseille Luminy sequenziert. Das fertige Genom besteht aus einem einzelnen zirkulären Chromosom von 5.113.802 bp mit einem G+C-Gehalt von 59,51% .,
Zellstruktur und Stoffwechsel
Serratia marcescens ist kurz und stabförmig. Es ist ein fakultativer anaerobe, was bedeutet, dass es entweder in Gegenwart von Sauerstoff (aerob) oder in Abwesenheit von Sauerstoff (anaerob) wachsen kann. In erster Linie verwendet es die Fermentation als Mittel zum Sammeln von Energie und verfügt über Enzyme (Superoxiddismutase, Katalase oder Peroxide), die es vor reaktiven Sauerstoffspezies schützen und es in sauerstoffhaltigen Umgebungen leben lassen. Serratia marcescens ist ein gramnegatives Bakterium., Gramnegative Bakterien haben eine dünne Zellwand aus einer einzigen Peptidoglycanschicht, die von einer äußeren Membran umschlossen ist. Die äußere Membran weist Lipopolysaccharide (LPS) auf, bei denen es sich um eine spezielle Art von Phospholipid handelt, das aus Fettsäuren besteht, die an ein Glucosaminphosphatdimer gebunden sind. Ein Glucosamin wird dann an ein Kernpolysaccharid gebunden, das sich auf die O-Polysaccharide erstreckt. Die äußere Membran dient auch als Mittel, um die Aufnahme von Nährstoffen und den Ausschluss von Toxinen zu regulieren. Die Proteinporen und-transporter, die in den Hüllschichten gefunden werden, variieren in der Selektivität .,
Serratia marcescens ist beweglich und bewegt sich auf verschiedene Weise. Ein einzelnes Serratia marcescens-Bakterium kann mit seinem Flagellum schwimmen . Als Gruppe können sie zusammen auf Agar niedrigerer Konzentrationen schwärmen (0 .5-0.8%) . Die Schwarmerzellen können in der Länge von 5-30 µm reichen und sie sind stark flagelliert und nicht abgefangen. Serratia marcescens haben etwa 100-1000 Flagellen pro Schwimmerzelle . Serratia marcescens kann auch einen Biofilm bilden (komplexe Struktur aus sekretierter schleimiger Matrixto bilden eine Schutzschicht, in der sie eingeschlossen sind ).,
Die Hydrolyse von Kasein ist kein allgemeines Merkmal und daher nützlich bei der Differenzierung von Serratia marcescens von den 438 Stämmen der Enterobacteriaceae-und Pseudomonadaceae-Familien . Serratia marcescens hat die reproduzierbare Fähigkeit, Kasein abzubauen, das eine Lichtung auf Milch-Agar-Platten erzeugt. Kasein ist ein aus Milch ausgefälltes Protein, das die Grundlage für Käse und bestimmte Kunststoffe bildet . Serratia marcescens verwendet extrazelluläre Enzyme, sogenannte Proteasen, um die Peptidbindungen (CO-NH) in Kasein abzubauen ., In ähnlicher Weise baut ein extrazelluläres Enzym namens Gelatinase Gelatine ab, ein unvollständiges Protein, dem Tryptophan fehlt. Die Gelatinehydrolyse wandelt das Protein in einzelne Aminosäuren um und bewirkt, dass es sich unter kalten Bedingungen (unter 25 °C) verflüssigt, wenn es sonst fest wäre .
Es gibt andere biochemische Tests, die helfen, Serratia marcescens im Labor zu identifizieren. Es ist negativ für den Methylrottest aufgrund ihrer Produktion von 2, 3 – Butandiol und Ethanol, aber positiv für den Voges-Proskauer-Test, der die Fähigkeit eines Organismus zeigt, Pyruvat in Acetoin umzuwandeln ., Serratia marcescens ist negativ für die Säureproduktion auf Laktose, aber positive Glukose und Saccharose (mit Gasproduktion) Fermentation. Nitrattests sind positiv, da Nitrat im Allgemeinen eher als endgültiger Elektronenakzeptor als als Sauerstoff verwendet wird . Citrat (positiver Test) wird von Serratia marcescens zur Herstellung von Brenztraubensäure verwendet. Es ist positiv für Decarboxylase, die die Entfernung einer Carboxylgruppe aus einer Aminosäure ist, die ein Amin und Kohlendioxid produziert.Die rote Pigmentierung (Prodigiosin), für die Serratia marcescens bekannt ist, kann ein Unterscheidungsfaktor sein, ist jedoch nur in einigen Stämmen vorhanden., Es ist nicht genau bekannt, warum dies der Fall ist, aber es wird vermutet, dass es sich um ein streng reguliertes Genprodukt handelt. Prodigiosin kann das körpereigene Immunsystem (Antikörper und T-Zellen) auslösen, so dass es möglich ist, dass Serratia marcescens, die in einem menschlichen Körper leben, die Prodigiosinsynthese einschränkt und somit dem Nachweis durch das Immunsystem des Wirts entgeht. Viele Stämme scheinen die Fähigkeit verloren zu haben, sie überhaupt zu produzieren.
Ökologie
Serratia marcescens ist allgegenwärtig. Es wird häufig in Boden, Wasser, Pflanzen und Tieren gefunden., Es ist in nicht trinkbarem Wasser in unterentwickelten Ländern aufgrund schlechter Chlorierung weit verbreitet. Dieser Mikroorganismus ist ein übliches Mittel, das für die Kontamination von Petriplatten in Laboratorien verantwortlich ist und auch auf Brot wächst . Obwohl S. marcescens ein pathogener Mikroorganismus ist, ist dies nur bei immungeschwächten Personen der Fall, wie sie in Krankenhäusern gefunden werden, in denen viele der dokumentierten Infektionen stattfinden., Die Art der Übertragung dieses Mikroorganismus erfolgt entweder durch direkten Kontakt oder durch Katheter,Tröpfchen, Kochsalzlösungen und andere Lösungen, von denen angenommen wird, dass sie steril sind .
Pathologie
Serratia marcescens ist ein opportunistischer Erreger, der nosokomiale Infektionen verursacht. Es ist resistent gegen viele Antibiotika, die traditionell zur Behandlung bakterieller Infektionen wie Penicillin und Ampicillin verwendet werden ., Dies ist auf alle Eigenschaften von Serratia marcescens zurückzuführen; einzigartige Membran (LPS) als gramnegatives Bakterium, die Fähigkeit, unter aeroben und anaeroben Bedingungen zu überleben, und seine Motilität . Die meisten Stämme sind gegen mehrere Antibiotika resistent, da R-Faktoren (Gene, die für eine Antibiotikaresistenz kodieren) auf Plasmiden vorhanden sind .Es gibt viele Krankheiten, die mit Serratia marcescens assoziiert sind: Sepsis, Bakteriämie, Meningitis und zerebrale Abszesse, Harnwegsinfektionen, Osteomyelitis, Augeninfektionen und Endokarditis ., Aufgrund der Vielzahl von Krankheiten, die Serratia marcescens verursacht, gibt es kein bestimmendes Symptom oder Ursprungsquelle. Die produzierten Biofilme sind im Körper im Allgemeinen pathogen .
Wie in der Zellstruktur erwähnt, ist auch die LPS-Schicht an der äußeren Membran der gramnegativen Bateria befestigt. Das LPS wirkt als Endotoxin (eine Zellkomponente, die harmlos ist, solange der Erreger intakt bleibt). Die Freisetzung von LPS würde die Abwehrkräfte des Wirts übermäßig stimulieren und zu einem tödlichen endotoxischen Schock führen ., Das Vorhandensein von LPS macht es daher schwierig, Serratia marcescens abzutöten, ohne den Tod der Wirtszellen zu verursachen.
Einige der Antibiotika haben sich gegen Serratia marcescens als wirksam erwiesen, sind die antipseudomonalen Beta-Lactam-Antibiotika, die Bakterien abtöten, indem sie die Zellwandsynthese hemmen. Obwohl sie entwickelt und verwendet wurden, um Pseudomonas abzutöten, haben sie sich auch gegen Serratia marcescens und andere eng verwandte gramnegative Bakterien als wirksam erwiesen. Ein Teil der problematischen Natur dieses Organismus ist seine Fähigkeit, jede Oberfläche zu besiedeln., Zum Beispiel wurde Serratia marcescens als der häufigste Organismus identifiziert, der sowohl in Hornhautabschürfungen als auch in Kontaktlinsen vorkommt . Es wurde jedoch festgestellt, dass Polyquaternium-1 (ein kommerziell in einer Kontaktlinsendesinfektionslösung verwendetes Biozid) gegen die Zytoplasmamembran von Serratia marcescens wirksam ist .
R-Faktoren
S. marcescens enthalten diese R-Faktoren, die eine bestimmte Art von Plasmid tragen ein oder mehrere Gene, die Resistenz gegen verschiedene Arten von antimikrobiellen Mitteln verleiht.,Der Beitrag von R-Faktoren zur Resistenz von Serratia gegen verschiedene Medikamente wurde bereits 1969 untersucht. Diese Studie ergab, dass von 22 multiplen resistenten Strianen 21 irgendeine Form ihrer Resistenz auf andere übertragen konnten. Diese Studie zeigte auch, dass Arzneimittelresistenz bei Serratia weitaus häufiger vorkommt als bei jedem anderen häufig isolierten Mitglied der Enterobacteriaceae., Es wurde auch festgestellt, dass nicht nur die R-Faktoren vermitteln Medikament Widerstand der Stämme, die einst anfällig für bestimmte Medikamente, aber es weiter verliehen zusätzlichen Widerstand zu Drogen, die die Stämme waren bereits zuvor beständig zu . Seitdem sind andere Experimente zu dem Schluss gekommen, dass das Transfersystem von R-Faktoren in Serratia marcescens temperaturempfindlich sein kann und eher zwischen den Organismen auftritt, die phylogenetisch enger verwandt sind.
Efflux Pumpen
Nicht nur tut S., marcescens haben R-Faktoren, die Gene für bestimmte Arzneimittelresistenzen kodieren, aber es enthält auch ausgeklügelte Effluxpumpen, die weiter Toxine entfernen, die für den Mikroorganismus tödlich sein können. Insbesondere war SdeXY die erste Multidrug-Effluxpumpe der RND-Familie (Resistance-Nodulation-Cell Division), die in S. marcescens gefunden wurde. Das SdeY-Gen ist ein Mitglied der RND-Familie, während das SdeX ein Mitglied der Membranfusionsproteine ist., Bei ordnungsgemäßer Arbeit (unmutiert) reduzieren diese Proteine die Anfälligkeit des Organismus für Erythromycin, Tetracyclin, Norfloxacin, Benzalkoniumchlorid, Ethidiumbromid, Acriflavin und Rhodamin 6G (Referenz 4). Andere Effluxpumpen wurden ebenfalls kategorisiert, wie die SdeAB RND-Pumpe und die SdeCDE RND-Pumpe. Ersteres funktioniert mit einer breiten Substratspezifität und letzteres besteht aus einem Membranfusionsprotein (MFP) und zwei verschiedenen RND-Transportern (SdeD und SdeE).
Eine andere art von multidrug efflux pumpe gefunden in diesem mikroorganismus ist eine ABC-typ efflux pumpe genannt SmdAB., Sowohl SmdA-als auch SmdB-Gene müssen vorhanden sein und sind für die Resistenz notwendig.
Aktuelle Forschung
Eine aktuelle Studie legt nahe, dass Serratia marcescensost3 ein neuartiges Prodigiosin namens MAMPDM ((2,2′-Dipyrrylmethen))produziert, das einen wichtigen Einfluss auf die Krebsbehandlung haben kann. Dieses rote Pigment zeigte eine selektive zytotoxische Aktivität in Krebszelllinien, zeigte jedoch im Gegensatz dazu eine verringerte Toxizität für nicht maligne Zellen. Sie kamen zu dem Schluss, dass Serratia marcescensost3 einmal als Quelle zur Entwicklung einer krebsbekämpfenden Verbindung verwendet werden kann .,
Eine weitere Studie legt nahe, dass der Serratia marcescens-Stamm NCTC 10211 als Probiotikum zur Hemmung des Wachstums von H. pylori, dem Erreger von Magengeschwüren, dienen kann . Bei der Untersuchung mehrerer verschiedener Spezies und Bakterienstämme zeigte der Serratia marcescens-Stamm NCTC 10211 auffällige Hemmzonen, wenn er mit verschiedenen Hp-Stämmen inokuliert wurde.Die Komponenten und / oder Mechanismen, die an der Hemmung der Hp-Proliferation beteiligt sind, sind noch nicht gut verstanden. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die inhibitorischen Substanzen zu isolieren und zu charakterisieren, damit sie für die Hp-Therapie verwendet werden können., Es ist weitgehend unklar, ob Serratia marcescens bakterizide Aktivität hat oder ob es Veränderungen in der Physiologie und Morphologie von Hp fördert.
Serratia marcescens hat eine einzigartige Fähigkeit, extrazelluläre Enzyme zu produzieren (28). Es wurde gezeigt, dass mehrere solcher Enzyme die Fähigkeit haben, Chitin abzubauen, eine Substanz, die hauptsächlich Pilzzellwände umfasst (28). Diese chitinolytischen Enzyme könnten mögliche industrielle und landwirtschaftliche Anwendungen haben, wie die Einführung dieser Gene für chitinabbauende Enzyme in Kulturpflanzen sowie fermentative Bakterien (28)., Weitere Forschungen zur Proteinmodifikation von Nukleotidsequenzen würden eine verbesserte Expression chitinproduzierender Gene ermöglichen und somit einen Schutzmechanismus für anfällige Pflanzen und fermentative Bakterien gegen Pilzinfektionen bieten (28).
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Herausgegeben von Irina Mashenko und Abrehet Tesfamicael Schüler von M Glogowski an der Loyola University 1- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC87738/
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