有关细菌孢子和真菌孢子的迷思和误区

任何一位优秀的微生物学家都会告诉您,杀灭营养性微生物与破坏孢子完全是两码事。为何如此?能否以相同的方式对待所有的孢子?本文旨在解释微生物孢子,尤其是细菌孢子为何会成为业内棘手的问题。

Photo of Fungal spores which can be seen as ‘offspring’ of the main organism.

图1:真菌孢子子实体


什么是微生物孢子?人们对其有何误解?一般来说,孢子是微生物在面临压力、饥饿或攻击时采用的一种生存机制。来自植物界的种子和花粉可以作为很好的类比。尽管来自植物的种子可以并且确实会催生出新的植物,但它会保持休眠状态直至遇到适宜的发芽条件。种子需要完成两项基本的功能方可成功地创造新生命。一项功能是保护种子内部保存的遗传物质,另一项功能是辅助其离开亲本植株后的传播。微生物孢子的功能与其大致相同。

能够形成孢子的不只有细菌。当营养充足时,真菌会以丝状体(菌丝体)的形式存在。真菌的单条管状细丝,即菌丝会将消化酶分泌到周围的营养物质中。它们会从食物丰富的环境中吸收营养物质。当营养水平较低或遇到了其他压力因素(例如缺少水分)时,真菌生长的方式就会发生改变。 菌丝体上受到压力的区域中的菌丝开始形成子实体,后者会向空中生长。子实体最突出的例子就是蘑菇和伞菌,这些子实体都具有相同的功用。它们会产生数万个真菌孢子,并向空中传播。某些子实体甚至还会创造自己的气候环境以辅助传播——例如,蘑菇会散发出水蒸气,这些水蒸气会使周围的空气降温,将蘑菇释放的孢子带往下方和远处,从而实现传播。

真菌孢子经过进化,能够帮助生物体向没有竞争或营养物质丰富的区域传播。与植物种子和细菌孢子类似,真菌孢子也具有很强的生存能力,能够在环境中长时间存活。真菌孢子可以被视为主生物体的“后代”。 [参见图1]

少数几种细菌也能够形成孢子以应对环境压力。有两种类型的细菌孢子,即外生孢子和内生孢子。外生孢子也被称为微生物囊,它的耐受性不如内生孢子,而本文将重点关注后者。并非所有细菌都能形成内生孢子,只有属于厚壁菌门的细菌才具有这种能力,例如杆菌梭菌

与来自特定大型结构(即子实体)的真菌孢子不同,内生孢子在细菌细胞内部形成(外生孢子则在细菌细胞外部形成)。内生孢子的形成通常是为了应对环境中有效养分的不足,而这种情况会触发细胞中的生存机制。不同于真菌孢子,内生孢子的形成并不是一种产生后代的手段,而是保护细菌细胞个体的一种机制。

细菌内生孢子一旦形成,就具有极强的适应能力。科学出版物中提到,分离并复苏一万年前的活孢子对于科学家而言已属稀松平常。超过4000万年前的活孢子(比人类在地球上开始进化还要早3200万年)得以复苏的案例也偶有报道。甚至有一份科学报告称,复苏了来自遥远的25000万年前(此时恐龙尚未在地球上出现)的杆菌活孢子。


A chart showing that a spore is made up of an Exosporium, Spore Coats, Cortex and Core

图2:孢子


就其本质而言,细菌内生孢子能够抵御来自外界环境的攻击。在当今这个时代,这还包括各种灭菌和化学消毒方法。对于能够轻易杀死营养细胞的化学或其他工艺流程,内生孢子具有更强的耐受性。


Chart stating that endospores are more resistant to chemicals or other processes that can easily kill vegetative cells

图3:孢子的耐受性


真菌和杆菌孢子都能够在非常恶劣的环境中传播或生存,这使得人们在尝试使用消毒剂来处理这些污染物时常常面临某种程度的困惑。这继而导致制药业在尝试从表面上根除微生物负载时无从下手。

下列四点或许可以作为有用的“流言终结者”,指导您进行恰当的消毒:

  1. 真菌孢子的适应力尽管比营养细胞更强,但远远不及细菌内生孢子。多种广谱杀菌剂都能够非常轻松地杀灭真菌孢子。因此,在尝试控制或根除洁净室中的真菌孢子时,不一定需要使用杀孢子剂。
  2. 可产生内生孢子的不同种类的细菌具有不同的耐受性特征。在食品和医疗保健行业,各种梭菌(细菌)是非常重要的病原微生物。它们存在于这些环境中会造成重大的危害,因此必须予以根除。在制药行业,测试各种杆菌更切合实际,因为它们的耐受性强于梭菌。应使用杀孢子消毒剂来杀灭来自各种杆菌的细菌内生孢子,而一旦这些孢子被杀灭,梭菌也无法幸存。
  3. 我偶尔发现客户的例行轮转策略中缺少杀孢子消毒剂。原因之一是他们认为在可形成孢子的特定细菌种群中,细菌都会因应环境因素的变化而同时形成孢子。尽管接触到这些广谱杀菌剂的营养细胞会被杀灭,但事实上在细菌种群中,孢子会在不同的时间形成。这是多种因素导致的,例如菌龄、接触到的压力,乃至在种群中的位置。这意味着,即使定期使用杀菌消毒剂,孢子仍然能够在洁净室环境中形成并继续存在。
  4. 行业中偶有发生的最后一个不足之处是杀孢子剂的使用不够频繁,并且只会在检测到形成孢子的细菌时才会使用(被动做出反应而非主动预防)。这样做有多种多样的理由,主要是这些腐蚀性化学制剂对人员的健康和安全风险以及对设施的潜在损害。对形成孢子的细菌的恢复采取被动反应式的应对方法,您就是在允许它们在重要的区域中滋生,从而增加其进入产品中的风险。通过主动轮换使用杀孢子剂和常规的广谱消毒剂,您可以降低形成孢子的细菌造成污染的风险。

综上所述,细菌和真菌已经进化出可辅助其增殖和生存的机制,以应对不利的环境条件。在为某个场所选择消毒剂产品组合时,有必要了解它们的这种适应能力。对于消毒验证中使用的生物体以及设施中日常使用的消毒剂的选择,应当给予细心的考量。我们可以随时为您提供技术指导。

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