Bacteria

Bacillus anthracis

Bacillus anthracis   เป็นแบคทีเรียสาเหตุของโรค Anthrax ซึ่งเป็นโรคติดต่อร้ายแรงในสัตว์กินหญ้า (herbivore) สัตว์แต่ละชนิดมีความไวต่อการเกิดโรคต่างกัน ในโค กระบือ แพะ แกะ ติดโรคได้ง่ายที่สุด รองลงมาได้แก่ ม้า สุกร สุนัข และแมว พวกสัตว์ปีกและสัตว์เลือดเย็นมีความต้านทานต่อโรคนี้โดยธรรมชาติ  คนติดโรคได้ง่ายแต่ไม่มีการติดต่อระหว่างคนด้วยกันคนติดโรคได้เนื่องจากมีการระบาดของโรคในสัตว์ก่อน หรือติดจากผลิตภัณฑ์สัตว์ที่มีการปนเปื้อน เช่น ขนสัตว์ หนัง กระดูก และเนื้อตาก เป็นต้น

ลักษณะทั่วไป

       Bacillus anthracis   เป็นแบคทีเรียแกรมบวกชนิดแท่งเจริญได้ทั้งในบรรยากาศที่มีออกซิเจนหรือไม่มีออกซิเจน (facultative anaerobe) เชื้อสร้างสปอร์ได้ในภาวะที่มีออกซิเจนตอนช่วงท้ายของระยะ exponential phase โดยทั่วไปสปอร์ อยู่ที่ตำแหน่งตรงกลาง (central) หรือใกล้ตรงกลาง (paracentral) ของเซล เชื้อหนึ่งเซลสรัางได้ หนึ่งสปอร์ สปอร์มีความทนทานต่อสภาพแวคล้อมต่างๆได้นานหลายสิบปี โดยที่ยังคงความสามารถในการก่อโรค เชลของ Bacillus anthracis   เป็นรูปแท่งขนาด 4 X 1 ไมครอน ปลายเหลี่ยม เซลจากสิ่งส่งตรวจจากคนและสัตว์ที่มีการติดเชื้อ เรียงต่อกันเป็นสายสั้น ส่วนเซลที่ขึ้นบนอาหารเพาะเชื้อ จะเรียงตัวเป็นสายยาว 

ถิ่นที่อยู่
      พบทั่วไปตามธรรมชาติ โดยเฉพาะในดินที่มีซากสัตว์ที่ตายด้วยโรคแอนแทรกซ์ ทำให้แพร่เชื้อได้ทางฝุ่น , น้ำ และวัสดุจากพืช สัตว์ เช่น ขน กระดูก หนัง และอาหารสัตว์ 

การทำให้เกิดโรคในคน   

ติดต่อโดยการสัมผัส หายใจ หรือ กิน สปอร์ของ B.anthracis   ที่มาจากสัตว์หรือผลิตภัณฑ์สัตว์ที่เป็นโรค จากนั้นภายในเวลา 2-3 ชั่วโมงหลังเชื้อเข้าสู่ร่างกาย สปอร์จะเจริญเป็นเซล (Vegetative form) ที่มีแคปซูล จึงช่วยป้องกันการเก็บกินของเม็ดเลือดขาว ทำให้เพิ่มจำนวนมากมายในร่างกาย ทำให้เกิดการติดเชื้อและเป็นโรคแอนแทรกซ์ในที่สุด

Bacillus anthracis   ทำให้เกิดโรคในคนได้ 3 รูปแบบคือ
1. ติดเชื้อที่ผิวหนัง (Cutaneous Anthrax)

         เป็นการติดเชื้อที่พบมากที่สุด พบประมาณ 95-99% ของผู้ป่วยแอนแทรกซ์10 ติดเชื้อโดยสปอร์เข้าทางรอยถลอกและบาดแผล มักเป็นที่มือ แขน คอ หรือขา สปอร์ของเชื้อที่อยู่ในแผลจะเจริญเป็นบาซิลไล มีระยะฟักตัว (incubation period) 2-5 วัน ทำให้ผิวหนังบริเวณนั้นเป็นตุ่มแข็ง (papule) จากนั้นจะเปลี่ยนเป็นตุ่มมีน้ำใสอยู่ภายใน (vesicle) และแตกออกกลายเป็นแผลหลุมสีดำ (black eschar) คล้ายรอยที่ถูกจี้ด้วยบุหรี่ จากนั้นจะเกิดการบวมนุ่มชนิดกดแล้วไม่บุ๋ม(gelatinous nonpitting edema) รอบๆแผลสีดำ ผู้ป่วยจะไม่รู้สึกเจ็บเรียกรอยโรคนี้ว่า malignant pustule ในรายที่ไม่ได้รับการรักษาอาจมีการลุกลามของเชื้อไปยังต่อมน้ำเหลืองบริเวณข้างเคียง และจะกระจายไปตามกระแสเลือด ทำให้เกิดภาวะโลหิตเป็นพิษ (septicemia) และตายในที่สุด ผู้ป่วยที่ไม่ได้การรักษามีอัตราตายน้อยกว่า 20% 10

2. ติดเชื้อทางเดินระบบหายใจ (Pulmonary Anthrax , Woolsorter's disease)
           เกิดจากการหายใจเอาสปอร์ของเชื้อเข้าสู่ร่างกาย เช่นจากการสางขนสัตว์หรือสูดกระดูกป่น เป็นต้น ทำให้มีการบวมน้ำและจุดเลือดออกเป็นหย่อมๆที่เนื้อปอด และเกิด pleural effusion แต่จะไม่พบ pneumonia อาการทั่วไปคล้ายไข้หวัดใหญ่ มีไข้ กล่องเสียงและหลอดคออักเสบ หายใจลำบากและเร็ว สุดท้ายจะเข้ากระแสโลหิตเกิดภาวะโลหิตเป็นพิษ (septicemia) เยื่อหุ้มสมองและไขสันหลังอักเสบมีเลือดออก (haemorrhagic meningitidis) มีอัตราการตายสูง แยกเชื้อได้ในเสมหะ เลือด และน้ำไขสันหลัง

3. ติดเชื้อระบบทางเดินอาหาร (Intestinal Anthrax)
           เป็นการติดเชื้อที่รุนแรงที่สุด พบไม่บ่อยนัก ติดเชื้อจากการกินเนื้อสุกๆดิบๆ จากสัตว์ที่เป็นโรค ผู้ป่วยจะแสดงอาการคออักเสบ ปวดท้องอย่างรุนแรง มีไข้ อาเจียน ท้องเสียเป็นเลือด และช็อค มีอัตราการตายสูง แยกเชื้อได้จากอุจจาระ

ถิ่นที่อยู่
      พบทั่วไปตามธรรมชาติ โดยเฉพาะในดินที่มีซากสัตว์ที่ตายด้วยโรคแอนแทรกซ์ ทำให้แพร่เชื้อได้ทางฝุ่น , น้ำ และวัสดุจากพืช สัตว์ เช่น ขน กระดูก หนัง และอาหารสัตว์ 

การทำให้เกิดโรคในคน   

ติดต่อโดยการสัมผัส หายใจ หรือ กิน สปอร์ของ B.anthracis   ที่มาจากสัตว์หรือผลิตภัณฑ์สัตว์ที่เป็นโรค จากนั้นภายในเวลา 2-3 ชั่วโมงหลังเชื้อเข้าสู่ร่างกาย สปอร์จะเจริญเป็นเซล (Vegetative form) ที่มีแคปซูล จึงช่วยป้องกันการเก็บกินของเม็ดเลือดขาว ทำให้เพิ่มจำนวนมากมายในร่างกาย ทำให้เกิดการติดเชื้อและเป็นโรคแอนแทรกซ์ในที่สุด

Bacillus anthracis   ทำให้เกิดโรคในคนได้ 3 รูปแบบคือ
1. ติดเชื้อที่ผิวหนัง (Cutaneous Anthrax)

         เป็นการติดเชื้อที่พบมากที่สุด พบประมาณ 95-99% ของผู้ป่วยแอนแทรกซ์10 ติดเชื้อโดยสปอร์เข้าทางรอยถลอกและบาดแผล มักเป็นที่มือ แขน คอ หรือขา สปอร์ของเชื้อที่อยู่ในแผลจะเจริญเป็นบาซิลไล มีระยะฟักตัว (incubation period) 2-5 วัน ทำให้ผิวหนังบริเวณนั้นเป็นตุ่มแข็ง (papule) จากนั้นจะเปลี่ยนเป็นตุ่มมีน้ำใสอยู่ภายใน (vesicle) และแตกออกกลายเป็นแผลหลุมสีดำ (black eschar) คล้ายรอยที่ถูกจี้ด้วยบุหรี่ จากนั้นจะเกิดการบวมนุ่มชนิดกดแล้วไม่บุ๋ม(gelatinous nonpitting edema) รอบๆแผลสีดำ ผู้ป่วยจะไม่รู้สึกเจ็บเรียกรอยโรคนี้ว่า malignant pustule ในรายที่ไม่ได้รับการรักษาอาจมีการลุกลามของเชื้อไปยังต่อมน้ำเหลืองบริเวณข้างเคียง และจะกระจายไปตามกระแสเลือด ทำให้เกิดภาวะโลหิตเป็นพิษ (septicemia) และตายในที่สุด ผู้ป่วยที่ไม่ได้การรักษามีอัตราตายน้อยกว่า 20% 10

2. ติดเชื้อทางเดินระบบหายใจ (Pulmonary Anthrax , Woolsorter's disease)
           เกิดจากการหายใจเอาสปอร์ของเชื้อเข้าสู่ร่างกาย เช่นจากการสางขนสัตว์หรือสูดกระดูกป่น เป็นต้น ทำให้มีการบวมน้ำและจุดเลือดออกเป็นหย่อมๆที่เนื้อปอด และเกิด pleural effusion แต่จะไม่พบ pneumonia อาการทั่วไปคล้ายไข้หวัดใหญ่ มีไข้ กล่องเสียงและหลอดคออักเสบ หายใจลำบากและเร็ว สุดท้ายจะเข้ากระแสโลหิตเกิดภาวะโลหิตเป็นพิษ (septicemia) เยื่อหุ้มสมองและไขสันหลังอักเสบมีเลือดออก (haemorrhagic meningitidis) มีอัตราการตายสูง แยกเชื้อได้ในเสมหะ เลือด และน้ำไขสันหลัง

3. ติดเชื้อระบบทางเดินอาหาร (Intestinal Anthrax)
           เป็นการติดเชื้อที่รุนแรงที่สุด พบไม่บ่อยนัก ติดเชื้อจากการกินเนื้อสุกๆดิบๆ จากสัตว์ที่เป็นโรค ผู้ป่วยจะแสดงอาการคออักเสบ ปวดท้องอย่างรุนแรง มีไข้ อาเจียน ท้องเสียเป็นเลือด และช็อค มีอัตราการตายสูง แยกเชื้อได้จากอุจจาระ

Bacillus ที่มีความสำคัญในอุตสาหกรรมอาหาร

1. ทำให้อาหารเสื่อมเสีย (microbial spoilage) เช่น การเสื่อมเสียของเนื้อสัตว์ การเสื่อมเสียของน้ำนม การเสื่อมเสียของอาหารกระป๋อง ได้แก่

Bacillus sterothermophilus และ Bacillus pepo เจริญได้ในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง (thermophilic bacteria) ทำให้เกิดการเสื่อมเสียของอาหารกระป๋อง (canned food spoilage) ชนิด flat sour spoilage ในอาหารกระป๋องที่เป็นกรดต่ำ (low acid canned food) เนื่องจากระหว่างการเจริญจะเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) ในอาหารเป็นกรดอินทรีย์ ทำให้อาหารมีรสเปรี้ยว และมีค่า pH ลดลง แต่ไม่มีการสร้างแก๊ส ทำให้กระป๋องไม่บวม

Bacillus coagulans (Bacillus thermoacidurans) เป็น thermophilic bacteria ทำให้เกิดการเสื่อมเสียของอาหารกระป๋อง (canned food spoilage) ชนิด flat sour spoilage สำหรับอาหารกระป๋องที่เป็นกรด (acid canned food) หรืออาหารปรับกรด (acidified food)

Rope spores เกิดจาก Bacillus subtilis และ Bacillus mesentericus (หรืออาจเรียกว่า Bacillus pumilus) แบคทีเรียนี้ปนเปื้อนในขนมปัง และวัตถุดิบสำหรับผลิตขนมปัง ทำให้เกิดการเสื่อมเสีย (microbial spoilage) โดยจะย่อยสลายขนมปัง และผลิตภัณฑ์เบเกอรี่ (bakery) ทำให้มีลักษณะเหนียวติดกัน เป็นเเส้นยืด เป็นยางคำว่า ropey-ness หมายถึงลักษณะของขนมปังที่เหนียวเป็นเส้น เหมือนเส้นใยแมลงมุม มีกลิ่นเหม็นเหมือนแคนตาลูปสุกจัด แหล่งที่มาของเชื้อในขนมปังส่วนใหญ่มาจากวัตถุดิบ ประเภทของแห้ง เช่น แป้งสาลี และยีสต์แห้ง สปอร์ของเชื้อจะทนต่อความร้อนสูง ทนต่ออุณหภูมิระหว่างการอบ (baking) ได้

2. ใช้ในการหมักอาหาร (fermentation) เช่น ถั่วเน่า หรือ นัตโตะ

 นัตโตะ เป็นอาหารหมักของประเทศญี่ปุ่น

Bacillus ที่มีความสำคัญในอุตสาหกรรมอาหาร 1. ทำให้อาหารเสื่อมเสีย (microbial spoilage) เช่น การเสื่อมเสียของเนื้อสัตว์ การเสื่อมเสียของน้ำนม การเสื่อมเสียของอาหารกระป๋อง ได้แก่ Bacillus sterothermophilus และ Bacillus pepo เจริญได้ในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง (thermophilic bacteria) ทำให้เกิดการเสื่อมเสียของอาหารกระป๋อง (canned food spoilage) ชนิด flat sour spoilage ในอาหารกระป๋องที่เป็นกรดต่ำ (low acid canned food) เนื่องจากระหว่างการเจริญจะเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) ในอาหารเป็นกรดอินทรีย์ ทำให้อาหารมีรสเปรี้ยว และมีค่า pH ลดลง แต่ไม่มีการสร้างแก๊ส ทำให้กระป๋องไม่บวม Bacillus coagulans (Bacillus thermoacidurans) เป็น thermophilic bacteria ทำให้เกิดการเสื่อมเสียของอาหารกระป๋อง (canned food spoilage) ชนิด flat sour spoilage สำหรับอาหารกระป๋องที่เป็นกรด (acid canned food) หรืออาหารปรับกรด (acidified food) Rope spores เกิดจาก Bacillus subtilis และ Bacillus mesentericus (หรืออาจเรียกว่า Bacillus pumilus) แบคทีเรียนี้ปนเปื้อนในขนมปัง และวัตถุดิบสำหรับผลิตขนมปัง ทำให้เกิดการเสื่อมเสีย (microbial spoilage) โดยจะย่อยสลายขนมปัง และผลิตภัณฑ์เบเกอรี่ (bakery) ทำให้มีลักษณะเหนียวติดกัน เป็นเเส้นยืด เป็นยางคำว่า ropey-ness หมายถึงลักษณะของขนมปังที่เหนียวเป็นเส้น เหมือนเส้นใยแมลงมุม มีกลิ่นเหม็นเหมือนแคนตาลูปสุกจัด แหล่งที่มาของเชื้อในขนมปังส่วนใหญ่มาจากวัตถุดิบ ประเภทของแห้ง เช่น แป้งสาลี และยีสต์แห้ง สปอร์ของเชื้อจะทนต่อความร้อนสูง ทนต่ออุณหภูมิระหว่างการอบ (baking) ได้ 2. ใช้ในการหมักอาหาร (fermentation) เช่น ถั่วเน่า หรือ นัตโตะ นัตโตะ เป็นอาหารหมักของประเทศญี่ปุ่น 3. บางสายพันธ์ของ Bacillus เป็นแบคทีเรียก่อโรค (pathogen) ที่ทำให้เกิดโรคอาหารเป็นพิษ (food poisoning) ได้แก่ - Bacillus cereus แบคที่เรียที่ทำให้เกิดโรค (pathogen) ชนิดหนึ่งเจริญได้ดีที่อุณหภูมปานกลาง (mesophilic bacteria) ทำให้เกิดโรคอาหารเป็นพิษ (food poisoning) ชนิด Intoxication ซึ่งเกิดจากการบริโภคอาหารที่สร้างสารพิษ (toxin) ที่เชื้อสร้างขึ้น

การแยกชนิดเชื้อ B. anthracis และการแยกชนิดระดับ Genus

      เมื่อย้อมแกรม เห็นแบคทีเรียรูปร่างแท่ง ติดสีน้ำเงิน (แกรมบวก) มีการสร้างเอนไซม์ catalase มี สปอร์ คุณสมบัติดังกล่าวเป็นลักษณะเฉพาะของเชื้อ genus Bacillus   ทำให้แยก genus Bacillus   ออกจากเชื้อแบคทีเรียแกรมบวกอื่นๆ Bacillus   บางสายพันธุ์อาจให้ผล catalase ลบ แต่มักเป็นสายพันธุ์ที่ไม่พบในห้องปฎิบัติการทางการแพทย์ B. anthracis   ส่วนใหญ่ไม่ haemolyse เลือดแกะ แต่ B. anthracis   บางสายพันธุ์อาจให้ weakly haemolysis ได้ (ตาราง 4) ดังนั้นการเลือกโคโลนีที่สงสัยว่าเป็น B. anthracis   หรือไม่จึงควรเลือก ลักษณะที่กล่าวในหัวข้อ colonial characteristic และโคโลนีที่ nonhaemolysis หรือ weakly haemolysis  เพื่อแยกวินิจฉัยในระดับ species ในต่อไป

การแยกวินิจฉัยระดับ species เบื้องต้น

       จะเห็นได้ว่า B. anthracis  ต่างจาก Bacillus   ชนิดอื่น ที่ Motilityและ Egg Yolk reaction  โดยที่ B. anthracis   motility ลบ และ egg yolk reaction บวก คือมี precipitation ขุ่นขาวรอบๆโคโลนีบน egg yolk agar จากคุณสมบัติทั้งสองนี้ ประกอบกับการดูรูปร่างลักษณะ cell เมื่อย้อมแกรม, colony morphology, การไม่ haemolysis หรือ weakly haemolysis บน sheep blood agar และประวัติอาการผู้ป่วย ทำให้สามารถวินิจฉัยเบื้องต้นได้ ว่าเป็น B. anthracis   อย่างไรก็ตามพบว่า B. cereus subspecies mycoides   8 ใน 38 สายพันธุ์ motility ลบ ( 21%) ซึ่งอาจทำให้แยกวินิจฉัยผิดเป็น B. cereus subspecies mycoides   ได้, B. anthracis   บางสายพันธุ์ ให้ผล weak haemolysis เช่นเดียวกับ B. cereus   บางสายพันธุ์ และ B. anthracis   บางสายพันธุ์ ให้ผล egg yolk reaction ลบ 7 ดังนั้นในการวินิจฉัยเบื้องตันจึงควรทดสอบความไวของเชื้อต่อเพนนิซิลินโดยวิธี disk diffusion และทดสอบ Cotton wool growth  ซึ่งเชื้อ B, anthracis   จะให้ผลบวก