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猪链球菌2型致病机制研究进展

2021-10-28 来源:汇智旅游网
《上海畜牧兽医通讯》2010年第5期 · 17 · 猪链球菌2型致病机制研究进展 金 巍 胡利群 刘国平 (长江大学动物科学学院 湖北荆州猪链球菌病是一种分布范围极广的人畜共患传染病,目 前己有20多个国家和地区报道有猪链球菌病,给各国养殖 业造成巨大经济损失,己成为我国养猪业的主要传染病之 尤其猪链球菌2型能引起人类感染、甚至死亡,给公共 一434025) 。卫生也带来威胁。 自20世纪50年代初期证实猪链球菌是猪脑炎与关节 呈长链状。与马链球菌兽疫亚种的培养特性差异很大。 根据细菌形态可初步鉴定链球菌,但要确定其血清型则 需要用专门实验室提供的分型诊断血清进行乳胶或玻片凝 集试验。PCR(聚合酶链式反应)方法对于快速鉴别诊断猪 链球菌2型及其溶菌酶释放蛋白(MRP)和细胞外因子 (EPF)等毒力因子,具有较高的特异性和敏感性。 炎的主要病原以来,新西兰、美国、英国、芬兰、西班牙、德国、加拿大、比利时、荷兰、巴西、丹麦、澳大利亚、挪威、爱尔兰、日本、中国等先后报道了猪链球菌病…。该病严重影响各国 养猪业的发展,尤其在高密度的养猪场危害更大。同时,由 于猪链球菌还是一种非常重要的人兽共患病原菌,因此在公 共卫生上亦十分重要。猪链球菌根据菌体荚膜抗原特性的 不同,可以分成35个血清型(1~34型及1/2型,其中以2型 流行最广,对猪的致病性亦最强。其次是1型,其他可致猪 发病的还有35、79和11、1/2型等 2】。1998~1999年夏季在 我国江苏省部分地区猪群中暴发流行并导致特定人群感染 致死的疫病,2005年在四川资阳等地发生的人感染猪链球菌 致死事件,经鉴定均系由猪链球菌2型所致 ’ 。 2型猪链球菌病于1954年在英国首次发现,目前在许多 国家都有流行。我国于1991年首例鉴定证实2型猪链球菌 的存在l5]。近年来,此病在我国的危害日益加大,在一些猪 场呈散发,有的呈现地方性暴发流行,并引起从业人员感染 致死,该病已成为危害我国养猪业和公共卫生的一个重要传 染病。2型猪链球菌的毒力因子比较复杂,主要有溶菌酶释 放蛋白(MRP)、细胞外因子(EPF)、溶血素(SLY)和荚膜多糖 (CPS)等,其中MRP、EPF是许多致病性强毒株所拥有的,但 许多非致病性菌株没有的2个重要毒力因子。2型猪链球菌 可以以常在菌的形式存在于猪体某些部位,如扁桃体中。从 非疫区健康猪扁桃体所分离得到的2型猪链球菌多呈 MRP一、EPF一,而从疫区健康猪分离得到的多呈MRP 、 EPF 。但是各毒力因子的作用机理及其各毒力因子之间的 相互作用与关系,目前都尚不十分明了,有待进一步研究,因 此猪链球菌2型病的有效防治方法亟待研究。 1病原与发病机制 1.1 病原 引起猪链球菌2型病的病原是猪链球菌2型菌。猪链 球菌2型又称2型猪链球菌或荚膜2型猪链球菌,分类上属 革兰氏分类法的R群,革兰氏染色呈阳性,人医称之为血液 链球菌2型。其最初命名源于1954年在英国从暴发败血 症、脑膜炎和关节炎的乳猪中分离出的1株溶血猪链球菌, Elliot(1968年)按荚膜分类法把此菌命名为荚膜2型猪链球 菌l6 。之后,猪链球菌2型在澳大利亚、美国、丹麦、泰国、新 加坡、加拿大及欧洲和北美洲的许多国家导致猪群发病。此 菌通常以引起断奶仔猪关节炎、脑膜炎、败血症及支气管炎 为特征的疾病,而且证实健康猪的扁桃体中带菌率也很高。 本菌在普通培养基中生长不良,在半固体琼脂中不扩散。葡 萄糖有利于本菌生长,在葡萄糖肉汤中生长,会引起pH值下 降。培养基中加入动物裂解全血及血清可以增菌。在含 0.2%葡萄糖和1%的成年牛血红素的营养肉汤中,菌落形成 单位在10 h左右达最高,之后pH降至5.5左右,菌落形成 单位下降。在绵羊鲜血马丁汤琼脂培养基上37℃培养过夜, 形成乳白色、半透明、针尖大小的a溶血菌落,革兰氏染色均 为阳性。在组织抹片镜检为圆形或椭圆形,单球或双球,少 数呈短链状,有紫色荚膜,而取自血液和肉汤培养物中可见 *为通讯作者。 1.2 致病因子 猪链球菌2型的毒力因子比较复杂,目前报道的有溶菌 酶释放蛋白(MRP)、细胞外因子(EPF)、溶血素和英膜多糖 及44 KDa蛋白,IgG结合蛋白,纤毛、粘着素等【7】。 1.2.1 MRP与EPF 溶菌酶释放蛋白(MRP)和细胞外因子(EPF)是己经鉴 定出的猪链球菌2型菌株毒力的两种标志蛋白,这两种毒力 因子是许多致病性强毒株所共同拥有,而非致病性菌株几乎 没有的。MRP EPF 表现型猪链球菌株的猪可能是本病的 主要潜在传染源,当内、外界条件不良时(如气候闷热,长途 运输等),极有可能引起本病的暴发流行。某猪场从外地引 进一批猪,到达目的地后不久即暴发了猪链球菌病,而本猪 场原有的猪群同期未发生类似疫病。MRP又称类M蛋白, 由1 208个氨基酸组成,分子量为136 KDa,为细菌的胞壁蛋 白。M蛋白是一种重要的毒力因子,M蛋白阳性的菌株能抵 抗巨噬细胞的吞噬作用,并能粘附上皮细胞。对其基因的序 列分析发现,在其结构中有一个类似于A群链球菌M蛋白 基因的锚式序列 。Williams报道只有MRP EPF 的强毒 菌株才能在小鼠巨噬细胞中存活[8 3。EPF是细胞外蛋白,分 子量为110 KDa,仅能从培养上清液中检出。国外研究报道 大多数猪源强毒菌株既有MRP又有EPF,而人源强毒菌株 中仅15%为MRP EPF 表现型,另有74%为MRP FF一. 而后一表现型在猪为12%。进一步分析发现,MRP FF一表 现型的菌株虽缺乏110 KDa的EPF,却存在另外一种在抗原 性上与EPF相关、分子量在150 KDa以上的EPF类似物 (EF ) 。MRP EF一的表现型在人源菌株中较为多见,而 猪源菌株中该表现型较少,且对猪仅表现为温和毒力。一般 认为的锚式序列与胞壁肽聚糖的的结合有关,能增强猪链球 菌2型黏附于组织细胞,EF具有使细菌逃避宿主免疫系统 的特性。另外MRP还可能诱发上皮细胞。我国曾巧英等曾 利用MRP和上皮细胞共同孵育,建立上皮细胞体外模型,观 察到了MRP诱导细胞融合形成多核巨细胞后放生凋亡和单 个细胞凋亡两种形态学变化【l0]。 虽然MRP和EPF蛋白与毒力之间有着极密切的关系, 但据国外报道,从病猪和病人分离到的菌株有11%无MRP 及EPF。Smith等l1“认为这两种蛋白对2型菌株的致病性 并非必不可少,他们的试验表明2型菌株的MRP基因突变 株对仔猪的致病性与其原始菌株完全一致。此外从加拿大 病猪分离到的大多数菌株并不表达MRP和EPFt ],我国何 家惠等(2002)的调查也发现并不是所有的病猪分离出的2 型菌株都含MRP和EPF,这都表明可能还有其它因子与2 型猪链球菌的致病力有关【l 3_。 i.2.2溶血素 猪链球菌溶血素(SLY)又称猪溶素,分于量为54 KDa 和62 KDa,属硫醇激活的穿毒素家族【8_,溶血素在多种细菌 中被证实是主要的毒力因子。溶血素蛋白的N端氨基酸序 列与链球菌溶血素、李氏杆菌溶血素等有较强的同源性,用 纯化的溶血素制备的疫苗免疫小鼠可以抵抗2型强毒菌株 的攻击,说明溶血素亦是一种重要的致病因子,溶血索可能 在猪链球菌侵入和裂解细胞的过程中发挥着重要作用[14]。   · 18 · 《上海畜牧兽医通讯》2010年第5期 多在3~12周龄的仔猪中暴发流行,尤其在断奶及混群发生 环境改变时出现高发病率。鼻腔是本菌的主要入侵门户,母 猪可将本菌传给哺乳仔猪,本菌易通过污染物传播,苍蝇可 在猪场内或不同场之间传播。从外地引人带菌的猪常常会 引起本病暴发流行,拥挤、通风不良、气候骤变、混群、运输、 免疫接种及混合感染等应激因素,均可激发本病的发生与流 行。仔猪感染后主要表现为脑膜脑炎、关节炎、心内膜炎、多 发性浆液炎、肺炎、败血症以及突然死亡等。随着日龄的增 大,感染猪的症状减轻,死亡率降低。但1998~1999年我国 江苏省部分地区猪链球菌病暴发流行时发病猪不分品种、年 龄、性别均易感染,多数呈败血型,短期内发病死亡猪占急性 体外试验显示从病猪分离的菌株大多都显示溶血活性, Staats等测试了19个链球菌菌株,在绵羊血琼脂平板上虽都 表现为溶血,但其中仅5株能检测到可定量测定的溶血素, 而这5株都是毒力较强的菌株(MRP EPF ),可见重要的 是菌株所能产生的溶血素量的多少,而并不是其在血琼脂平 板上能否产生可见的溶血现象 。 1.2.3荚膜多糖 Windsorl依据传统观念在1977年即提出决定猪链球菌 2型侵袭力的是其荚膜多糖,它能保护细菌在免疫动物体内 不被吞噬【1 6l。在猪体内,荚膜多糖能刺激产生具有调理作 用的抗体,用弗氏不完全佐剂可提高其免疫原性。最近 Charland等制备了2株荚膜多糖缺失的变异株,与其原型菌 株相比,荚膜多糖的缺失可明显提高菌株的疏水性及被小鼠 巨噬细胞、猪单核细胞吞噬的作用…j。变异株更易从血液 循环中被清除(原型菌株在血液中存留时间要长48 h),而且 2株变异株均不引起小鼠及猪的人工发病,可见荚膜对2型 菌株来说亦是一种非常重要的致病因子,其可能的作用途径 是影响菌体粘附到上皮细胞与巨噬细胞上的活性。 1.2.4 44 KDa蛋白与IgG结合蛋白 44 KDa蛋白为2型菌的胞壁蛋白,免疫斑点试验证明 它具有很强的免疫原性。此外,由对猪为高致病力的菌株获 得的基因缺失变异株丧失了对猪的致病力,表明该44 kb蛋 白对2型菌的致病力亦是非常重要的因子之一。IgG结合蛋 白,属热休克蛋白家族,分子量为60 KDa,与葡萄球菌A蛋 白一样,链球菌IgG结合蛋白能非特异性地结合猪、牛、羊等 动物及人的IgG Fc端,从而影响抗体的活性【1引。 1.2.5其他可能与毒力相关的物质 细菌的表面物质如纤毛、粘着素等在有些细菌是与毒力 相关的,然而与革兰氏阴性菌不同的是,革兰氏阳性菌中很 少有纤毛或显示凝集红细胞的特性,但超微结构研究发现猪 链球菌18型及1/2型的菌体表面有细而富有弹性的绒毛状 纤毛,不同的菌体表面纤毛的长度与密度有所不同 t9)。此 外,某些猪链球菌分离株有温度依赖型的粘着素,猪链球菌 粘着素是一种蛋白质,体外试验中粘着素阳性的菌株能粘附 到肺组织细胞上,且从健康猪分离的菌株粘附到肺组织细胞 上的能力较来自于病猪体内的分离株要弱一些l2o。。这些结 果表明猪链球菌强毒菌株粘附到真核细胞上的能力对猪链 球菌的定居繁殖及致病是必需的。唾液酸亦被认为是猪链 球菌的毒力因子之一,因为它能够抑制替代的互补路径而保 护菌体不被吞噬。 2流行病学 流行病学调查显示所有品系的猪均可感染链球菌2型 病,链球菌2型最易致3~12周龄仔猪败血症、脑膜炎、关节 炎及支气管肺炎。猪链球菌2型与猪的临床疾病有一定的 相关性,但并不是所有的2型菌株都有致病性,也并非都引 起一种疾病。病猪和带菌猪是本病的重要传染源,病猪的鼻 液、尿液、血液、肌肉、内脏和关节内均可检出病原体。未经 无害处理的病死猪肉、内脏及废弃物是重要传染源,呼吸道 是本病的主要传播途径。本病一年四季均可发生,但以4~ 1O月份发生较多。此病常表现为地方性流行性,多呈败血 性,迅速波及全群,如不进行防治,则发病率、病死率都很高, 慢性常表现为地方性散发性。 猪链球菌病广泛存在于各养猪业发达国家。我国以往 对猪链球菌病的研究主要局限于C、D、E、L等群,而对猪链 球菌2型的研究报道较少。上世纪90年代我国某地曾暴发 疑似猪链球菌2型病,发病无明显的季节性,其中发病多集 中于3~12周龄仔猪,偶见育肥猪群中突然死亡病例,也有 人感染死亡的报道。2005年7月,四川资阳等地又发生严重 的人感染猪链球菌死亡事件,鉴定结果便是由链球菌2型引 起的【21J。 2.1猪感染猪链球菌2型的流行病学 所有品系的各种年龄的猪均能感染猪链球菌2型,但大 发病猪的50.7%左右 J。 2.2人感染猪链球菌2型的流行病学 猪链球菌2型可以引起人类感染,甚至死亡。感染猪链 球菌2型与职业有密切关系,与猪或猪肉密切接触的人员, 如猪场饲养员、兽医人员及屠宰人员等,较其他人群感染的 机率高。1998年江苏省在猪群暴发猪链球菌2型病期间有 25人感染发病,并有14人死亡”]。2005年四川资阳等地发 生的链球菌2型致人死亡事件的病人均为屠宰人员、病猪处 理工人或其他接触过病猪肉的人群【4】。德国曾报道有一位 54岁的猎人由于猎杀野猪而遭致猪链球菌2型的感染【2 2】。 该菌主要通过伤口或经口感染人,引起脑膜炎、败血症,从而 导致永久性耳聋或复视等后遗症。此外,猪链球菌2型的感 染还可引起人的关节炎、心内膜炎,并可引起死亡。 2.3其他动物感染猪链球菌2型的流行病学 除猪、野猪和人外,猪链球菌亦可感染牛、羊、马、犬、猫 等以及小鼠、兔啮齿动物。犬感染后表现为突然死亡,猫通 常表现为肺炎、湿疹性皮炎,马感染后的症状主要有脑膜炎、 咽喉炎、化脓性肺炎、骨髓炎,牛主要表现为脑膜炎、关节炎、 肺炎、腹膜炎和败血症等。 3 临床症状 猪感染链球菌2型后,最急性病例表现为突然死亡;急 性病理主要表现为发热、厌食、抑郁,随后往往出现皮肤红 斑、震颤发抖、角弓反张、共济失调、眼球震颤、失明、呼吸困 难、跛行、流产等。 人感染猪链球菌2型后,临床上主要分为败血症型和脑 膜炎型。前者主要表现为急性高热,皮肤出现瘀血点或瘀血 斑,并伴有胃肠道症状,进而器官衰竭,休克死亡。脑膜炎 型,主要表现为头疼、高热、畏寒、乏力等。 4病理变化 最急性和急性死亡的猪通常无明显的可见病变。脑膜 炎型病猪可见以脑脊膜血管充血、出血斑,脑脊液增多等特 征的脑炎。败血症型一般出现全身内脏出血或充血现象。 关节炎型多出现滑膜血管扩张充血,关节表面出现纤维蛋白 性多发性浆膜炎。滑膜形成红斑,滑液增多。此外,剖检还 可见血液凝固不良,全身淋巴结、肝、脾肿大、质脆,脾边缘坏 死性梗死;肾稍肿,有出血点;关节皮下有胶冻样水肿。 5诊断 血清学诊断方法目前猪链球菌2型的血清学诊断方法 主要有免疫荧光技术、SPA协同凝集试验、乳胶凝集试验等。 然而现在最常用的特异性最强的则主要是以下几种方法。 ELISA法:陈兴扶等(1999)以2.5%NaCl浸提猪链球 菌2型荚膜多糖抗原,选用2%明胶作封闭液,496PEG—PBS 为血清稀释液,用ELISA检测猪链球菌血清抗体,特异性 强、操作简便迅速 3_。 PCR法:Smith等针对猪链球菌主要致病菌株,利用荚膜 生物合成基因的DNA序列特性,建立了血清型特异性PCR 鉴定方法。他们设计了三对引物:利用CPS2J引物进行PCR 鉴定,可以检测出猪链球菌2型[24 3。 另有报道说,倪艳秀等(2002)根据猪链球菌2型的荚膜 多糖抗原基因cps2J,合成一对可扩增长度为675 bp目的片 段的引物,对9株经玻片凝集试验检测为猪链球菌2型的菌 《上海畜牧兽医通讯》2010年第5期 株进行了检测,均呈阳性;同时,用此法对88份正常猪的扁 桃体样品的细菌分离物进行了检测,36份呈阳性,用玻片凝 集试验进行对照检测,36份也呈阳性。此法不需进行细菌的 纯分离培养,即可用于猪链球菌2型的快速诊断以及流行病 学调查,特异性强[25j。 ·19· [4]吕强.四川人感染猪链球菌病流行病学调查分析[J].预防兽医情 报杂志,2005,1l(4):379~383. [5]黄毓茂,黄引贤.2型猪链球菌的血清学鉴定[J].中国兽医学报, 1995,15(1):63~65. 6防制措施 6.1 加强管理 首先应做好平时的日常卫生管理,加强消毒和通风,合 理设置养殖密度,减少混群和运输,避免各种应急因素以及 其他疾病降低猪的抵抗力。其次病猪和带菌猪是本病的重 要传染源,病猪的鼻液、尿液、肌肉、内脏和关节内均带有病 [6]Windsor R S.Meningitis in pins caused by Streptococcus suis type 2 [J].Veterinary Record,1977,101:37~39. [7]李明,何孔旺.猪链球菌2型MRP与EPF基因窜联表达蛋白及 其免疫保护作用[J].中国农业科学,2005,6:56~59. [8]Williams A E,Blakemore W F,A1exander T J L.Amurine Model of Strep tcooccus suis type 2 meningitis in the pig【J].Res Vet Sci, 1988,45:394~399. [9]何淑菲,何 L旺.猪链球菌2型毒力因子部分片段的克隆与表达 [J].中国人兽共患病杂志,2004,l1:38~42. 原,应加强病猪的隔离管理,消灭蚊蝇等,切断传播途径。 6.2抗生素治疗 应根据实验室所做的药敏试验结果,合理使用抗生素, 配合药物治疗。Chengappa报道用青霉素投入饮水或饲料中 进行防制,Winder报道用四环素、苯甲青霉素和链霉素联合 注射治疗猪链球菌2型效果显著[26 3。 6.3免疫学防制 虽然现在尚无理想的猪链球菌2型疫苗可用于免疫预 防,但国内外均有用猪链球菌2型减毒株或福尔马林灭活苗 进行预防的报道,Holt等报道用福尔马林灭活苗免疫健康猪 获得成功。Jacobb证实用猪链球菌2型菌株纯化的溶血素 疫苗,能很好地保护猪免受猪链球菌2型攻毒。另外,Elliott 报道用感染恢复期的猪血清可以完全保护猪链球菌2型感 染[ 。 7猪链球菌2型动物模型研究现状及半数致死量 猪链球菌2型动物致病性试验是个难题,用仔猪进行研 究发病不规律,又难以排除阴性带菌。用其他实验动物如 兔、豚鼠、BALB/C和SS小鼠、c57、BL/6、ICR、BddY小鼠作 为猪链球菌2型的动物感染模型的报道国内外很多,但结果 多说法不一。 范红结等曾报道说猪链球菌2型对小鼠无致病力,但对 4日龄乳鼠较敏感,对兔的致病性不明显【2 。但也有报道说 豚鼠、BALB/C小鼠、家兔对猪链球菌2型有一定的敏感 性n ,并认为经静脉、肌肉、皮下接种均可致兔发病,接种兔 体温升高至41.5~42.0℃,呈败血症死亡,最快可在12 h内 死亡,也有表现典型神经症状者。1988年Williams等报道幼 鼠对猪链球菌2型的敏感性高于人,对猪有弱致病性的2型 菌株对鼠的致病性也弱,鼠感染42 d后再次分离出相应菌 株,接种量是影响鼠是否患病的一个因子,细菌可从患鼠体 内传播至健康鼠体内,2型菌株对猪和鼠的感染相似,可作为 动物模型-8 J。Kataoka等于1991年检验了近亲交配的5个品 系的鼠对5株猪链球菌2型分离株的敏感性,试验证明SS 鼠和BALB/c鼠适于作为动物模型【2 。1992年Beaudoin等 用半数致死量,使鼠模型标准化,试验认为用CH品系的28 日龄的鼠作模型效果最佳【3。。。但Vecht等1997年进行的试 验,结果认为2型菌株对猪和鼠具有宿主特异性,因此用鼠 作为模型评价猪链球菌对猪的致病性不合适【3 。2005年5 月吴全忠、陆承平等以江苏分离株HA9801感染豚鼠,成功 建立了猪链球菌2型致病豚鼠动物模型,试验证明其发病规 律,可重复性好,皮下接种更为易感,更易引起脑膜脑炎,与 仔猪自然发病和试验感染情况一致 引。总之,猪链球菌2 型对试验动物的致病性动物模型的研究、选用何种动物及如 何建立猪链球菌2型实验动物模型,有待于深人研究。 参考文献 [1]Vecht U,Arends J P,Van der Molen E J,et a1.Differences in viru. 1ence between two strains of Strep tOCOCCUS suis type 2 after experi mentally induced infection of new bown germ—free pigs[J].Am J Vet Res.1989,50(7):1037~1043. 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