Klostridia: definice, vlastnosti a významné druhy rodu Clostridium

Klostridia – přehled definice, vlastností a významných druhů rodu Clostridium: anaerobie, spory, nebezpečné toxiny a klíčoví patogeny pro medicínu a biologii.

Klostridia jsou třída Firmicutes, zahrnující Clostridium a další podobné rody. Jedná se o skupinu bakterií tvořících převážně grampozitivní tyčinky, z nichž mnoho je schopných vytvářet odolné spory a přežívat tak v nepříznivých podmínkách.

Klostridia jsou převážně obligátní anaeroby. Nemají aerobní dýchání a kyslík je pro ně toxický, i když některé druhy snesou krátkodobý kontakt s mikroaerofilními podmínkami. Většina druhů je grampozitivní a mnohé mohou tvořit spory — sporulace je pro ně základní způsob přežití při nepříznivém prostředí (vysoké teploty, sucho, expozice kyslíku). Spory jsou chemicky a fyzikálně odolné a hrají klíčovou roli při přenosu některých onemocnění.

Metabolismus, morfologie a ekologie

Klostridia jsou většinou fermentativní organismy: rozkládají organické látky na krátké mastné kyseliny, plyny (např. H2, CO2) a v některých případech i na průmyslově využitelné produkty (např. butanol, aceton). Morfologicky se jedná o tyčky různých délek, u některých druhů jsou spory umístěné terminálně nebo subterminálně, což často mění tvar buňky.

Ekologicky se klostridia vyskytují v půdě, sedimentech, sláme, v zažívacím traktu živočichů i v anaerobních nikách průmyslových a přírodních prostředí. Mnohé druhy jsou saprofytické a účastní se rozkladu organické hmoty. Některé rody a druhy jsou adaptované i na specifické prostředí — např. Heliobakterie (viz níže) vykazují anoxygenní fotosyntézu v anaerobních půdách.

Taxonomie a systematika

Studie založené na molekulární fylogenetice ukazují, že skupina tradičně označovaná jako „klostridia“ není monofyletická — ve skutečnosti jde o vysoce polyfyletické shluky. Příbuzenské vztahy mezi jednotlivými rody a druhy nejsou zcela ustálené a probíhají překlady a přejmenování některých taxonů (např. některé druhy rodu Clostridium byly přesunuty do nově vyčleněných rodů). Většina tradičně zařazených druhů byla soustředěna do řádu Clostridiales, ale toto uspořádání ne vždy odráží přirozené evoluční vztahy; v budoucnu se proto očekávají další revize a nové definice taxonů.

Patogenita a toxiny

Rod Clostridium obsahuje několik významných lidských a živočišných patogenů. Někteří zástupci produkují silné toxiny, které poškozují nervový systém, játra a/nebo tkáně hostitele. Mezi nejznámější toxiny patří:

• tetanový toxin (tetanospasmin) produkovaný C. tetani — vede k blokádě uvolňování inhibičních neurotransmiterů a způsobuje spastickou paralýzu;
• botulotoxin produkovaný C. botulinum — blokuje uvolňování acetylcholinu na neuromuskulárních spojích a způsobuje flákní paralýzu (botulismus);
• toxiny A a B produkované C. difficile — příčinou pseudomembranózní kolitidy, způsobují zánět a poškození střevní sliznice;
• alfa-toxin (lecithináza) produkovaný C. perfringens — je jedním z faktorů způsobujících plynatou nekrózu (gas gangréna) a přispívá k hemolýze a poškození tkání.

Diagnostika onemocnění způsobených klostridii zahrnuje kultivaci v anaerobních podmínkách, průkaz toxinů (imunologické testy, biologické testy, PCR) a klinické vyšetření. Léčba závisí na konkrétním onemocnění: u toxických stavů může být nutné podání antitoxinu (např. u botulismu nebo tetanu), chirurgické ošetření infikované tkáně (u gas gangrény), a antibiotická terapie. U infekcí Clostridium difficile se běžně používají specifická perorální antibiotika; současné doporučené postupy preferují např. perorální vancomycin nebo fidaxomicin u závažnějších či recidivujících forem (léčebné přístupy se vyvíjejí, proto je důležité řídit se aktuálními klinickými doporučeními).

Průmyslové a biotechnologické využití

Některé klostridie mají význam v průmyslu: Clostridium acetobutylicum se historicky využívalo k fermentační výrobě acetonu a butanolu (proces ABE), existuje i zájem o jejich použití při výrobě biopaliv nebo při biologické degradaci organických odpadů. Výzkum zaměřený na metabolismus těchto bakterií může přinést nové biotechnologické aplikace.

Vybrané druhy třídy Clostridia

Mezi významné druhy této třídy patří (původní výčet):

• Clostridium perfringens (gangréna, otrava potravinami)
• Clostridium difficile (pseudomembranózní kolitida)
• Clostridium tetani (tetanus)
• Clostridium botulinum (botulismus)
• Clostridium acetobutylicum
• Clostridium haemolyticum
• Clostridium novyi
• Clostridium oedematiens

Krátké poznámky k některým z nich:

• Clostridium perfringens — častý původce potravinových otrav a měkkotkáňových infekcí, může vyvolat rychle postupující nekrózu měkkých tkání (myonekrózu, gas gangréna).
• Clostridium difficile — často souvisí s narušením střevní mikroflóry po podání antibiotik; způsobuje vodnaté průjmy až těžké formy kolitidy s tvorbou pseudomembrán.
• Clostridium tetani — spory vnikají do kontaminovaných ran; tetanus je prevenčním onemocněním díky účinnému vakcinačnímu programu (tetanický toxoid).
• Clostridium botulinum — zdrojem otravy jsou kontaminované potraviny (zejména domácí zavařeniny), novorozenecká forma vzniká po kolonizaci střev; akutní botulismus vyžaduje intenzivní léčbu a často antitoxin.
• Clostridium acetobutylicum — využití v průmyslové fermentaci (produkce organických rozpouštědel).

Heliobakterie patří také do třídy Clostridia. Jsou to anaerobní fototrofní bakterie žijící v půdách a bahnech; provádějí anoxygenní fotosyntézu s využitím bacteriochlorophyllu g, nejsou známy jako patogenní a svou biochemií se liší od klasických patogenních clostridií.

Prevence a kontrola

Prevence infekcí způsobených klostridii zahrnuje správnou hygienu potravin a konzervování, pečlivé ošetření a čištění ran, vakcinaci proti tetanu a odpovědné užívání antibiotik (s cílem omezit riziko rozvoje infekcí jako je C. difficile). V nemocničním prostředí je důležitá kontrola šíření (izolace pacientů, dezinfekce, ruční hygiena) a laboratorní monitorování výskytu.

Výzkum klostridií pokračuje — zvláště v oblastech taxonomie, molekulárních mechanismů působení toxinů, nových terapeutických přístupů a biotechnologického využití jejich metabolických drah.

Otázky a odpovědi

Otázka: Jaká je třída Firmicutes, do které patří Clostridium?

Otázka: Jsou příslušníci rodu Clostridium obligátní anaerobové?

Otázka: Jsou druhy rodu Clostridium monofyletické nebo polyfyletické?

Otázka: Kde se nachází většina druhů tohoto rodu?

Otázka: Jaké toxiny produkují někteří zástupci této třídy?

Otázka: Jaké další organismy patří do této třídy?

Otázka: Vyjmenujte pět významných druhů patřících do této třídy?

Hledání podle dopisu