Введение

Род бактерий Corynebacterium (/k//ɔː/'/r//aɪ//n//ə//b//æ//k/,/t//ɪər//i//ə//m//, // /'/r//ɪ//n// /) – это род грамположительных бактерий, большинство из которых аэробны. Они имеют форму палочек (бацилл), а на некоторых стадиях жизненного цикла приобретают более специфическую булавовидную форму, что и послужило вдохновением для названия рода (коринеформный означает "булавовидный"). Они широко распространены в природе, входя в состав микробиоты животных (включая микробиоту человека), и в основном безвредны, чаще всего находясь в комменсальных отношениях со своими хозяевами. Некоторые, например C. glutamicum, имеют коммерческую и промышленную ценность. Другие могут вызывать заболевания у человека, наиболее известным из которых является дифтерия, вызываемая C. diphtheriae. Как и в случае с различными видами микробиоты (включая их родственные роды Arcanobacterium и Trueperella), они обычно не патогенны, но иногда могут оппортунистически использовать нетипичный доступ к тканям (например, через раны) или ослабленные защитные силы организма хозяина.

Таксономия

Род Corynebacterium был создан Леманном и Нойманом в 1896 году как таксономическая группа, объединяющая бактериальные палочки, вызывающие дифтерию. Род был определён на основе морфологических характеристик. Исследования 16S рРНК позволили отнести их к подразделению грамположительных эубактерий с высоким содержанием Г+Ц, имеющих близкое филогенетическое родство с Arthrobacter, Mycobacterium, Nocardia и Streptomyces. Название происходит от греческого κορύνη (korýnē) – «клуб, булава, посох, утолщённый стебель или почка растения» и βακτήριον (baktḗrion) – «маленькая палочка». Термин «дифтероиды» используется для обозначения непатогенных коринебактерий; например, C. diphtheriae в эту группу не входит. Термин «дифтероид» происходит от греческого διφθέρα (diphthérā) – «выделанная кожа, кожа».

Генемика

Сравнительный анализ геномов коринебактерий позволил выявить несколько консервативных сигнатурных инделей (CSI), уникальных для данного рода. Два примера CSI – это вставка двух аминокислот в консервативной области фермента фосфорибозилдифосфат:декапренилфосфат-фосфорибозилтрансферазы и вставка трех аминокислот в ацетаткиназу, оба из которых встречаются только у видов Corynebacterium. Оба этих инделя служат молекулярными маркерами для видов рода Corynebacterium. Кроме того, было идентифицировано 16 консервативных сигнатурных белков, встречающихся исключительно у видов Corynebacterium. Три из них имеют гомологи в роде Dietzia, который считается ближайшим родом к Corynebacterium. В филогенетических деревьях, построенных на основе конкатенированных последовательностей белков или 16S рРНК, род Corynebacterium формирует отчетливый клад, внутри которого выделяется отдельный подклад – кластер I. Этот кластер включает виды C. diphtheriae, C. pseudotuberculosis, C. ulcerans, C. aurimucosum, C. glutamicum и C. efficiens. Данный кластер характеризуется несколькими консервативными сигнатурными инделями, такими как вставка двух аминокислот в LepA и вставка семи или восьми аминокислот в RpoC. Также, 21 консервативный сигнатурный белок встречается только у представителей кластера I. Предложен еще один кластер, состоящий из C. jeikeium и C. urealyticum, что подтверждается наличием 19 специфических консервативных сигнатурных белков, уникальных для этих двух видов. Коринебактерии характеризуются высоким содержанием G+C, варьирующим от 46 до 74 моль%.

Характеристики

Основные особенности рода Corynebacterium были описаны Коллинзом и Камминсом для Корин Тейлор в 1986 году. Это грамположительные, каталазоположительные, не образующие спор, неподвижные, палочковидные бактерии, которые могут быть прямыми или слегка изогнутыми. Обычно присутствуют метахроматические гранулы, представляющие собой области накопления фосфатов. Их размер варьируется от 2 до 6 мкм в длину и 0,5 мкм в диаметре. Бактерии склонны группироваться характерным образом, который описывается как форма буквы "V", "палисады" или "китайские иероглифы". Они также могут иметь эллиптическую форму. Это аэробные или факультативно анаэробные, хемоорганотрофные бактерии. Они плеоморфны на протяжении всего жизненного цикла, встречаются разной длины и часто имеют утолщения на обоих концах, в зависимости от окружающих условий. Некоторые Corynebacterium липофильны (например, CDC коринеформные группы F 1 и G, C. accolens, C. afermentans subsp. lipophilum, C. bovis). Нелипофильные бактерии могут быть классифицированы как ферментирующие (такие как C. amycolatum, C. argentoratense, представители группы C. diphtheriae, C. glucuronolyticum, C. glutamicum, C. matruchotii, C. minutissimum, C. striatum и C. xerosis) или неферментирующие (такие как C. afermentans subsp. afermentans, C. auris, C. pseudodiphtheriticum и C. propinquum).

Клеточная стенка

Клеточная стенка отличается преобладанием мезодиаминопимелиновой кислоты в муреиновом слое. В отличие от большинства коринебактерий, Corynebacterium kroppenstedtii не содержит миколовых кислот.

Культура

Коринебактерии растут медленно, даже на обогащенных средах. Для роста всем необходим биотин. Некоторые штаммы также нуждаются в тиамине и ПАБА. Некоторые виды известны своим патогенным действием на человека и других животных. Наиболее известный из них – C. diphtheriae, который приобретает способность продуцировать дифтерийный токсин только после взаимодействия с бактериофагом. Все они представляют собой важные патогены у пациентов с ослабленным иммунитетом. К патогенным видам у других животных относятся C. bovis и C. renale. Этот род обнаружен в составе микробиома слюны человека.

Роль в болезни

Наиболее заметной инфекцией человека является дифтерия, вызываемая C. diphtheriae. Это острое, заразное заболевание, характеризующееся псевдомембранами, состоящими из мертвых эпителиальных клеток, лейкоцитов, эритроцитов и фибрина, которые формируются вокруг миндалин и задней стенки глотки. В развитых странах это редкое заболевание, которое чаще всего встречается у невакцинированных людей, особенно у детей школьного возраста, пожилых, пациентов с нейтропенией или ослабленным иммунитетом, а также у тех, кто имеет протезы, такие как протезные клапаны сердца, шунты или катетеры. Оно более распространено в развивающихся странах. Иногда может инфицировать раны, вульву, конъюнктиву и среднее ухо. Возможно распространение в стационаре. Вирулентные и токсигенные штаммы продуцируют экзотоксин, состоящий из двух полипептидных цепей, который сам синтезируется при трансформации бактерии геном β-профага. Ряд видов вызывает заболевания у животных, наиболее известным из которых является C. pseudotuberculosis, вызывающий казеозный лимфаденит, а некоторые также патогенны для человека. Некоторые поражают здоровых носителей, другие – людей с иммунодефицитом. К эффектам инфекции относятся гранулематозная лимфаденопатия, пневмонит, фарингит, кожные инфекции и эндокардит. Корнебактериальный эндокардит наиболее часто встречается у пациентов с внутрисосудистыми устройствами. Некоторые виды Corynebacterium могут вызывать трихомикоз подмышечных впадин. C. striatum может быть причиной запаха подмышек. C. minutissimum вызывает эритразму.

Промышленное использование

Непатогенные виды Corynebacterium используются в важных промышленных приложениях, таких как производство аминокислот и нуклеотидов, биоконверсия стероидов, деградация углеводородов, созревание сыра и производство ферментов. Некоторые виды производят метаболиты, сходные с антибиотиками: бактериоцины типа коринецина и линоцина, противоопухолевые агенты и т.д. Одним из наиболее изученных видов является C. glutamicum, название которого отражает его способность производить глутаминовую кислоту в аэробных условиях. Производство L-лизина специфично для C. glutamicum, где ключевые метаболические ферменты модифицируются с помощью генной инженерии для направления метаболического потока к производству NADPH из пентозофосфатного пути и L-4-аспартилфосфата – ключевого этапа синтеза L-лизина, lysC, и других. Эти ферменты повышают экспрессию в промышленности посредством генной инженерии, чтобы обеспечить достаточное количество прекурсоров лизина для увеличения метаболического потока. Нежелательные побочные реакции, такие как образование треонина и аспарагина, могут возникать при накоплении промежуточных продуктов, поэтому ученые разработали мутантные штаммы C. glutamicum с использованием ПЦР-инженерии и химического нокаута, чтобы ограничить производство ферментов, участвующих в побочных реакциях. Многие генетические манипуляции, проводимые в промышленности, осуществляются традиционными методами кроссинговера или ингибированием транскрипционных активаторов. Достигнута экспрессия функционально активного человеческого эпидермального фактора роста в C. glutamicum, что демонстрирует потенциал для промышленного производства человеческих белков. Экспрессируемые белки могут быть направлены на секрецию либо через общий секреторный путь, либо через путь двойной аргининовой транслокации. В отличие от грамотрицательных бактерий, грамположительные виды Corynebacterium не содержат липополисахаридов, которые функционируют как антигенные эндотоксины у человека.

Виды

Corynebacterium включает следующие виды:

C. accolens Neubauer et al. 1991
C. afermentans Riegel et al. 1993
C. alimapuense Claverias et al. 2019
"C. alkanolyticum" Lee и Reichenbach 2006
C. ammoniagenes (Cooke и Keith 1927) Collins 1987
C. amycolatum Collins et al. 1988
C. anserum Liu et al. 2021
C. appendicis Yassin et al. 2002
C. aquatimens Aravena Román et al. 2012
C. aquilae Fernández Garayzábal et al. 2003
C. argentoratense Riegel et al. 1995
"C. asperum" De Briel et al. 1992
C. atrinae Kim et al. 2015
C. atypicum Hall et al. 2003
C. aurimucosum Yassin et al. 2002
C. auris Funke et al. 1995
C. auriscanis Collins et al. 2000
C. belfantii Dazas et al. 2018
C. beticola Abdou 1969 (Одобренные списки 1980)
"C. bouchesdurhonense" Ndongo et al. 2017
"C. bouchesdurhonense" Lo et al. 2019
C. bovis Bergey et al. 1923 (Одобренные списки 1980)
C. callunae (Lee и Good 1963) Yamada и Komagata 1972 (Одобренные списки 1980)
C. camporealensis Fernández Garayzábal et al. 1998
C. canis Funke et al. 2010
C. capitovis Collins et al. 2001
C. casei Brennan et al. 2001
C. caspium Collins et al. 2004
C. choanae Busse et al. 2019
C. ciconiae Fernández Garayzábal et al. 2004
C. comes Schaffert et al. 2021
C. confusum Funke et al. 1998
C. coyleae Funke et al. 1997
C. crudilactis Zimmermann et al. 2016
C. cystitidis Yanagawa и Honda 1978 (Одобренные списки 1980)
"C. defluvii" Yu et al. 2017
"C. dentalis" Benabdelkader et al. 2020
C. deserti Zhou et al. 2012
C. diphtheriae (Kruse 1886) Lehmann и Neumann 1896 (Одобренные списки 1980)
C. doosanense Lee et al. 2009
C. durum Riegel et al. 1997
C. efficiens Fudou et al. 2002
C. endometrii Ballas et al. 2020
C. epidermidicanis Frischmann et al. 2012
C. faecale Chen et al. 2016
C. falsenii Sjödén et al. 1998
C. felinum Collins et al. 2001
C. flavescens Barksdale et al. 1979 (Одобренные списки 1980)
C. fournieri corrig. Diop et al. 2018
C. frankenforstense Wiertz et al. 2013
C. freiburgense Funke et al. 2009
C. freneyi Renaud et al. 2001
C. gerontici Busse et al. 2019
C. glaucum Yassin et al. 2003
C. glucuronolyticum Funke et al. 1995
C. glutamicum (Kinoshita et al. 1958) Abe et al. 1967 (Одобренные списки 1980)
C. glyciniphilum (ex Kubota et al. 1972) Al Dilaimi et al. 2015
C. gottingense Atasayar et al. 2017
C. guangdongense Li et al. 2016
"C. haemomassiliense" Boxberger et al. 2020
C. halotolerans Chen et al. 2004
C. hansenii Renaud et al. 2007
C. heidelbergense Braun et al. 2021
C. hindlerae Bernard et al. 2021
C. humireducens Wu et al. 2011
"C. ihumii" Padmanabhan et al. 2014
C. ilicis Mandel et al. 1961 (Одобренные списки 1980)
C. imitans Funke et al. 1997
"C. incognitum" Boxberger et al. 2021
C. jeddahense Edouard et al. 2017
C. jeikeium Jackman et al. 1988
C. kalinowskii Schaffert et al. 2021
"C. kefirresidentii" Blasche et al. 2017
C. kroppenstedtii Collins et al. 1998
C. kutscheri (Migula 1900) Bergey et al. 1925 (Одобренные списки 1980)
C. lactis Wiertz et al. 2013
"C. lactofermentum" Gubler et al. 1994
C. jeikliangguodongiiium Zhu et al. 2020
C. lipophiloflavum Funke et al. 1997
C. lizhenjunii Zhou et al. 2021
C. lowii Bernard et al. 2016
C. lubricantis Kämpfer et al. 2009
C. lujinxingii Zhang et al. 2021
C. macginleyi Riegel et al. 1995
C. marinum Du et al. 2010
C. maris Ben Dov et al. 2009
C. massiliense Merhej et al. 2009
C. mastitidis Fernandez Garayzabal et al. 1997
C. matruchotii (Mendel 1919) Collins 1983
C. minutissimum (ex Sarkany et al. 1962) Collins и Jones 1983
C. mucifaciens Funke et al. 1997
C. mustelae Funke et al. 2010
C. mycetoides (ex Castellani 1942) Collins 1983
C. nasicanis Baumgardt et al. 2015
"C. neomassiliense" Boxberger et al. 2020
C. nuruki Shin et al. 2011
C. occultum Schaffert et al. 2021
C. oculi Bernard et al. 2016
C. otitidis (Funke et al. 1994) Baek et al. 2018
"C. pacaense" Bellali et al. 2019
"C. parakroppenstedtii" Luo et al. 2022
"C. parvulum" Nakamura et al. 1983
C. pelargi Kämpfer et al. 2015
C. phocae Pascual et al. 1998
"C. phoceense" Cresci et al. 2016
C. pilbarense Aravena Roman et al. 2010
C. pilosum Yanagawa и Honda 1978 (Одобренные списки 1980)
C. pollutisoli Negi et al. 2016
C. propinquum Riegel et al. 1994
"C. provencense" Ndongo et al. 2017
"C. provencense" Lo et al. 2019
C. pseudodiphtheriticum Lehmann и Neumann 1896 (Одобренные списки 1980)
"C. pseudokroppenstedtii" Luo et al. 2022
C. pseudopelargi Busse et al. 2019
C. pseudotuberculosis (Buchanan 1911) Eberson 1918 (Одобренные списки 1980)
C. pyruviciproducens Tong et al. 2010
C. qintianiae Zhou et al. 2021
C. renale (Migula 1900) Ernst 1906 (Одобренные списки 1980)
C. resistens Otsuka et al. 2005
C. riegelii Funke et al. 1998
C. rouxii Badell et al. 2020
C. sanguinis Jaén Luchoro et al. 2020
"C. segmentosum" Collins et al. 1998
"C. senegalense" Ndiaye et al. 2019
C. silvaticum Dangel et al. 2020
C. simulans Wattiau et al. 2000
C. singulare Riegel et al. 1997
C. sphenisci Goyache et al. 2003
C. spheniscorum Goyache et al. 2003
C. sputi Yassin и Siering 2008
C. stationis (ZoBell и Upham 1944) Bernard et al. 2010
C. striatum (Chester 1901) Eberson 1918 (Одобренные списки 1980)
C. suicordis Vela et al. 2003
C. sundsvallense Collins et al. 1999
C. suranareeae Nantapong et al. 2020
C. tapiri Baumgardt et al. 2015
C. terpenotabidum Takeuchi et al. 1999
C. testudinoris Collins et al. 2001
C. thomssenii Zimmermann et al. 1998
C. timonense Merhej et al. 2009
C. trachiae Kämpfer et al. 2015
C. tuberculostearicum Feurer et al. 2004
C. tuscaniense corrig. Riegel et al. 2006
"C. uberis" Kittl et al. 2022
C. ulcerans (ex Gilbert и Stewart 1927) Riegel et al. 1995
C. ulceribovis Yassin 2009
C. urealyticum Pitcher et al. 1992
C. ureicelerivorans Yassin 2007
"C. urinapleomorphum" Morand et al. 2017
C. urinipleomorphum corrig. Niang et al. 2021
C. urogenitale Ballas et al. 2020
C. uropygiale Braun et al. 2016
C. uterequi Hoyles et al. 2013
C. variabile corrig. (Müller 1961) Collins 1987
C. vitaeruminis corrig. (Bechdel et al. 1928) Lanéelle et al. 1980
C. wankanglinii Zhang et al. 2021
C. xerosis (Lehmann и Neumann 1896) Lehmann и Neumann 1899 (Одобренные списки 1980)
C. yudongzhengii Zhu et al. 2020
C. zhongnanshanii Zhang et al. 2021