产气肠杆菌的应用

背景^[1][2]

微生物由于繁殖速度快，对恶劣环境适应能力强，且易产生大量降解相关酶等优 点使微生物处理技术受到研究者们的青睐，而筛选出具有高效降解能力的菌株具有重要的 实践意义。许多研究表明，假单胞菌、芽孢杆菌、酵母菌等对三苯甲烷类的染料具有脱色功能，针对肠杆菌属(Enterobacter)菌株的报道较少。

产气肠杆菌是肠杆菌属的重要病原菌，临床检出率仅次于阴沟肠杆菌，可引起菌血症、呼吸道、泌尿道和伤口感染等。近年来，产气肠杆菌的分离率明显增多，已成为医院感染常见的致病菌，由于该菌耐药性较强，给临床抗感染治疗带来困难。

致病菌分布^[2]

调查可见，产气肠杆菌科室分布以ICU、烧伤科、呼吸内科、泌尿外科和肝胆外科最多，表明产气肠杆菌广泛存在于病区环境，在一定条件下可引起感染。标本分布：痰、咽拭子、血液、创面分离最多，表明下呼吸道、创面感染是产气肠杆菌感染的主要部位，与患者疾病种类、年龄、体质差异，以及各种侵入性医疗操作，如气管插管、气管切开和保留尿管等的过多使用有关。

耐药性^[2]

药敏结果显示，产气肠杆菌对常用抗菌药物耐药率普遍较高，对亚胺培南、美罗培南全部敏感，头孢哌酮／舒巴坦和哌拉西林／他唑巴坦的耐药率，分别为8.0％和25.4％，而氨苄西林及第三代头孢菌素的耐药率＞74.6％，与CHINET　2007年的监测报道基本一致，但第四代头孢菌素的耐药率高达53.6％。

在肠杆菌属细菌中，已知阴沟肠杆菌是产ESBLs和AmpC酶的主要菌种，产气肠杆菌的产酶情况研究报道甚少，此次，我们采用三维试验方法检测，结果发现产ESBLs和AmpC酶的菌株检出率分别达22.5％和29.7％，其中13株菌是同时产ESBLs和AmpC酶株，这可能就是产气肠杆菌对β-内酰胺类药物高耐药率的重要原因。此外，磺胺甲恶唑／甲氧苄啶的耐药率也高达74.6％，氨基糖苷类药物为17.4％～48.6％，喹诺酮类药物耐药率最低，仅为2.9％～5.1％。

对此类感染的治疗可选用的抗菌药物目前仅限于碳青霉烯类和喹诺酮类，碳青霉烯类虽然是β－内酰胺酶的强诱导剂，但由于其杀菌能力极强，往往在发生诱导产酶之前细菌已被杀灭，因此可作为首选药物，但在使用过程中应随时关注抗菌效果。

应用^[3][4][5][6]

1. 有研究表明产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes XM02)具有铁还原活性、兼性厌氧、电子供体利用谱较广。

可以在好氧或厌氧环境下生存，厌氧环境下其电子供体利用谱较广，能氧化的电子供体有：丙三醇、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖等有机物；可还原的三价铁有：水铁矿、针铁矿、纤铁矿、赤铁矿、黄铁矾等。

2. 有研究表明产 气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)在降解拟除虫菊酯类农药残留中具有一定的应用。

产气肠杆菌菌株M6R9在通气量、pH7.0、温度(25～30)℃、OD415nm0.2、农药浓度100mg·L-1、转速180r·min-1环境条件下降解效果，菌株降解效果与接菌量(OD415nm)，通气量、振荡速率呈正相关，且能够以3种农药为唯一碳源生长。

在降解环境条件下，培养3天，菌株M6R9对联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯的降解率分别为55.74％、55.11％、56.96％，且降解过程满足一级动力学方程模型，速率常数(k)分别为0.0106、0.0098、0.0101d-1，半衰期(t1/2) 分别为65.4、70.7、68.6h。

 3. 产气肠杆菌发酵产氢。

现有的生物制氢方法在生产稳定性及生产规模上距离工业化生产和商业化利用还相差甚远[3-5]。对现有的发酵法生物制氢系统进行深入的研究，探索出性能更加稳定的产氢体系，早日实现厌氧发酵生物制氢的产业化，已成为当前发酵法生物制氢研究的重点内容。有研究在批式小试实验的基础上，采用优化后的生态因子，对产气肠杆菌进行了10 L 规模的放大发酵罐实验研究。

研究发现，450 mL 小样制氢实验试验放大至10 L 发酵体积后，并未达到同样的单位气体产量和底物分解率，氢气产量仅为小试的50%~70%，主要由于发酵罐体内二氧化碳和饱和气相处于高压状态，因此而产生的副反应对产氢造成的抑制作用更加显著。

通过N2 扫可将发酵液相中的氢气和二氧化碳移除，延长产气时间、增加气体产量，氢气产量可由1.649 L/L media 提高至2.478 L/L media，高了50.3%。同时通过流加方式补给底物葡萄糖，可减弱中间产物累积对副反应的抑制作用，进一步提高氢气产率。在N2 扫吹与葡萄糖流加方式共同优化作用下，产气肠杆菌10 L 规模发酵产氢量可提高67.25%。

4. 产气肠杆菌在微生物发电方面的应用。

目前，已发现的产电微生物有十 多株，主要集中在希瓦氏菌属(Shewanella)与地杆菌属(Geobacter)。但是作为MFC阳极催化剂，它们存在一定缺陷：1)属于严格厌氧菌，氧气的存在会使其失活或丧失产电活性，不利于菌株大规模培养与实际应用；2)多数菌株的燃料利用谱较窄，只能利用乙酸、乳酸等小分子量有机酸作为电子供体(即燃料)产电。当以碳水化合物或其它复杂有机物作为燃料时，需要首先利用发酵性细菌将其降解为简单有机酸，才能产电。

有研究提供一种产气肠杆菌作为微生物燃料电池的阳极催化剂在微生物发电方面的应用。产气肠杆菌燃料利用谱较宽、兼性厌氧，其特征为：短杆状，尺寸范围为1.0～1.7×0.6～0.8μm，菌落呈白色或黄色，兼性厌氧，厌氧环境下能以阳极为电子受体，氧化柠檬酸、丙三醇、葡萄糖、蔗糖、 淀粉等多种有机物。利用其作为阳极催化剂构建的微生物燃料电池，电子回收率高达42～83％。

该菌株命名为Enterbacter aerogenes XM02，于2007年3月12日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，编号为：CGMCC 1969。产电方法具体包括以下步骤：(1)构建微生物燃料电池；(2)制备产气肠杆菌菌体作为微生物燃料电池接种物；(3)制备含燃料的阳极液；(4)将产气肠杆菌接种物和配制好的阳极液加入微生物燃料电池阳极室中，静置培养后进行产电检测。

主要参考资料

[1] CN201711180830.7一株在高盐环境下降解孔雀石绿的

[2] 钱晓琴, 钱小毛, 金海勇. 产气肠杆菌的临床分布及耐药性分析[J]. 中华医院感染学杂志, 2012, 22(9): 1939-1940.

[3] CN200710028390.3产气肠杆菌及其应用

[4] CN200810121988.1 产气肠杆菌在降解拟除虫菊酯类农药残留中的应用及制剂

[5] 王瑞兴, 钱春香, 袁晓明. 产气肠杆菌发酵产氢的批式放大试验研究[J]. 环境科学与技术, 2013, 36(11): 12-17.

[6]  CN200810029222.0 产气肠杆菌在微生物发电方面的应用及其发电方法