霍乱弧菌是一种革兰氏阴性、兼性厌氧、逗点状的细菌。这种细菌自然生活在盐水或半咸水环境中，它们很容易附着在螃蟹、虾和其他甲壳类动物的壳上，这些壳含有壳聚糖。V. cholerae的一些菌株对人类具有致病性，引起一种致命的疾病——霍乱，这种疾病可以通过食用未煮熟或生食的海产品或饮用受污染的水源而传播。
V. cholerae最初是由Félix-Archimède Pouchet在1849年描述的，他将其误认为是某种原生动物。Filippo Pacini正确地将其鉴定为细菌，并以其命名。1884年，Robert Koch发现霍乱是由这种细菌引起的。1959年，Sambhu Nath De分离出霍乱毒素，并证明霍乱是由毒素引起的。
细菌在其一端有一个鞭毛（类似尾巴的结构），在其细胞表面分布着几个菌毛。它进行呼吸代谢和发酵代谢。两个血清群O1和O139负责霍乱的爆发。感染主要是通过饮用受污染的水或食用被感染者粪便污染的食物，因此与卫生和卫生习惯有关。当被摄入时，它会侵入肠粘膜，导致宿主在摄入后的几小时内到2-3天内出现腹泻和呕吐。在严重情况下，常用的治疗方法包括使用Ringer’s乳酸盐和口服补液盐结合抗生素，如氟喹诺酮类和四环素类。
霍乱弧菌具有两个环状染色体。其中一个染色体产生霍乱毒素（CT），这是一种引起大量水样腹泻（称为“米泔水样腹泻”）的蛋白质。但是，DNA并不直接编码霍乱毒素，因为霍乱毒素的基因由CTXphi（CTXφ）携带，这是一种温和的噬菌体（病毒）。病毒只在插入细菌DNA时才产生毒素。V. cholerae的群体感应机制研究得很好，它通过限制细菌摄取营养素（如色氨酸），进一步转化为血清素，激活宿主免疫信号并延长宿主生存时间。因此，群体感应允许宿主与病原菌之间形成共栖关系。
发现
最初的观察 在霍乱的第三次全球大流行（1846–1860年）期间，进行了大量科学研究以理解该疾病的病因。当时流行的瘴气理论认为感染是通过污染的空气传播的，已不再是一个满意的解释。英国医生约翰·斯诺（John Snow）是第一个在1854年伦敦提供令人信服证据的人，证明霍乱是通过饮用受污染的水传播的——这是一种传染病，而不是瘴气。然而，他无法识别病原体，这使得大多数人仍然相信霍乱起源于瘴气。
V. cholerae最初是在显微镜下被法国动物学家Félix-Archimède Pouchet观察和识别的。1849年，Pouchet检查了四个患有霍乱的人的粪便样本。他在4月23日向法国科学院的展示被记录为：“【Pouchet】能够验证这些【霍乱患者】的排泄物中存在大量的显微镜下的原虫。” 正如《巴黎医学公报》（1849年，第327页）总结的，在1849年4月23日巴黎科学院会议上宣读的一封信中，Pouchet宣布这些生物是原虫，当时用于指代显微镜下的原生生物，他将它们命名为“Müller和Shrank的Vibrio rugula”，这是一种由丹麦自然学家奥托·弗里德里希·穆勒（Otto Friedrich Müller）在1786年描述的原虫。
细菌的鉴定
意大利医生菲利波·帕西尼（Filippo Pacini）在1854年后期调查佛罗伦萨的霍乱疫情时，鉴定出了一种新型细菌为病原体。他进行了尸检，并对组织和体液进行了仔细的显微镜检查。从粪便和肠粘膜中，他发现了许多逗点状的杆菌。他在12月10日向佛罗伦萨医学-物理学学会（Medico-Physician Society of Florence）报告了他的发现，并在意大利医学公报（Medical Gazette of Italy）12月12日的期刊上发表，帕西尼表示： 在霍乱的第二和第三例中，我能够检查的呕吐物样本……并且我发现了许多平滑的颗粒状团块，类似于在污水表面形成的团块，当它们开始发展成弧菌时；事实上，我发现了其中一些属于Bacterium属的细菌，而大部分，因为它们非常小，在去除液体时已经被消除。
帕西尼因此引入了“vibrioni”（拉丁语vībro意为“迅速来回移动，摇晃，搅动”）这个名字。同时，加泰罗尼亚医生乔奎姆·巴尔塞尔斯·帕斯库尔（Joaquim Balcells i Pascual）也报告了这种细菌。 由于当时细菌学还未成熟，这种新发现的细菌并未被直接与霍乱联系起来，因此并未被认为具有医学上的重要性。帕西尼还指出，由于他未能培养出纯菌株并进行实验，因此没有理由说这种细菌引起了疾病，这是将霍乱归因于传染性的必要条件。当时瘴气理论尚未被推翻。
重新发现
德国医生罗伯特·科赫发现了这种细菌与霍乱疾病之间的医学重要性和关系。1883年8月，科赫带领一组德国医生前往埃及亚历山大，调查那里的霍乱流行情况。科赫发现，死于霍乱的人的肠粘膜上总是有这种细菌，但他无法确认这是否是致病因素。他随后前往印度加尔各答（现为加尔各答），那里的疫情更为严重。就在这里，他在1884年1月7日从纯净培养中分离出了这种细菌。他随后确认这种细菌是一个新物种，并将其描述为“像逗号一样略弯曲”。他在2月2日向德国内政部长报告了他的发现，并在《德国医学周刊》上发表。
尽管科赫确信这种细菌是霍乱的病原体，但他无法完全获取关键证据证明这种细菌会在健康人体内产生症状（这是后来被称为科赫法则的重要要素）。他用纯净细菌培养进行的动物实验并未导致任何实验对象出现疾病，他正确地推断出动物对人类病原体免疫。当时这种细菌被称为“逗号杆菌”。直到1959年，在加尔各答，印度医生Sambhu Nath De才分离出霍乱毒素，并证明它能在健康人体内引起霍乱，从而完全证实了细菌与霍乱之间的关系。
分类学
Pacini曾使用“vibrio cholera”这一名称，没有适当的二名法表述，作为这种细菌的名字。在科赫的描述之后，一个学名Bacillus comma流行起来。但是，意大利细菌学家Vittore Trevisan在1884年发表文章称，科赫的细菌与Pacini的细菌是同一种，并引入了Bacillus cholerae这个名字。德国医生Richard Friedrich Johannes Pfeiffer在1896年将其更名为Vibrio cholerae。这个名字在1920年被美国细菌学会的细菌类型鉴定与分类委员会采用。1964年，乔治华盛顿大学医学院的Rudolph Hugh提议使用属名Vibrio，并以V. cholerae（Pacini 1854）作为这种细菌的永久名称，不考虑与原虫相同的名称。这一提议在1965年被国际细菌命名委员会的司法委员会接受，并在1966年被国际微生物学会联合会接受。
特征
V. cholerae 是一种高度活跃的、逗号形状的革兰氏阴性杆状细菌。"vibrio"这个属名在拉丁语中意为“颤动”，因为V. cholerae的活跃运动而得名。除了V. cholerae和V. mimicus之外，所有其他弧菌物种都是嗜盐的。最初的分离株略呈弯曲状，而在实验室培养中它们可能表现为直杆状。这种细菌在一端有一个鞭毛以及纤毛。它能够耐受杀死大多数肠道共栖菌的碱性培养基，但对酸性敏感。它是需氧菌，而所有其他弧菌都是兼性厌氧菌，能够进行呼吸和发酵代谢。它的直径为0.3 μm，长度为1.3 μm，平均游泳速度约为75.4 μm/秒。
致病性
V. cholerae的致病基因编码直接或间接参与细菌毒力的蛋白质。为了适应宿主肠道环境，并避免被胆酸和抗菌肽攻击，V. cholerae使用其外膜囊泡（OMVs）。进入宿主体内后，细菌释放其OMVs，这些囊泡含有所有使细菌易受宿主攻击的膜修饰。
在感染过程中，V. cholerae分泌霍乱毒素（CT），这是一种导致大量水样腹泻（俗称“米泔水样大便”）的蛋白质。这种霍乱毒素含有5个B亚单位，负责附着到肠上皮细胞，以及1个A亚单位，负责毒素活性。小肠的定植还需要毒素共调节纤毛（TCP），这是一种细长、灵活的丝状附属物，位于细菌细胞表面。CT和TCP的表达是由两个组分系统（TCS）介导的，这些系统通常由一个膜结合组氨酸激酶和一个细胞内响应元素组成。TCS使细菌能够响应环境的变化。 在V. cholerae中，已经确定几个TCS在定植、生物膜生产和毒力中非常重要。霍乱弧菌的TCS靶标是群体调节小RNA（Qrr RNA）。在这里，小RNA（sRNA）分子与mRNA结合，以阻止翻译或诱导抑制毒力或定植基因表达的抑制剂的降解。在V. cholerae中，TCS EnvZ/OmpR通过sRNA coaR响应渗透压和pH的变化来改变基因表达。coaR的一个重要靶标是tcpI，它负向调节TCP编码基因（tcpA）的主要亚单位的表达。当tcpI被coaR结合时，它不再能够抑制tcpA的表达，从而增强了定植能力。coaR的表达在pH值为6.5时被EnvZ/OmpR上调，这是肠道腔的正常pH值，但在更高的pH值时表达降低。V. cholerae在肠道腔内利用TCP附着到肠粘膜上，但不侵入粘膜。这样做之后，它分泌霍乱毒素，导致其症状。这通过（霍乱毒素）与腺苷酸环化酶结合，增加了环磷酸腺苷或cAMP，激活GS途径，导致水分和钠离子流入肠道腔，引起水样大便或米泔水样大便。
V. cholerae可以引起从无症状到霍乱重症的各种综合征。在流行地区，75%的病例无症状，20%为轻到中度，2-5%为严重形式，如霍乱重症。症状包括突发的水样腹泻（灰色且混浊的液体），偶尔伴有呕吐和腹部绞痛。随之而来的是脱水，症状和体征包括口渴、粘膜干燥、皮肤弹性下降、眼窝凹陷、低血压、桡动脉脉搏微弱或消失、心动过速、呼吸急促、声音嘶哑、少尿、抽筋、肾衰竭、癫痫发作、嗜睡、昏迷和死亡。在未经治疗的儿童中，由于脱水导致的死亡可能在几小时到几天内发生。这种疾病对晚期妊娠的孕妇及其胎儿尤其危险，因为它可能导致早产和胎儿死亡。美国疾病控制与预防中心（CDC）在海地的一项研究发现，在感染该疾病的孕妇中，900名女性中有16%发生了胎儿死亡。这些死亡的风险因素包括：第三孕期、母亲年龄较轻、严重脱水和呕吐脱水是对孕妇健康构成最大风险的因素，特别是在霍乱高发国家。在霍乱重症涉及严重脱水的病例中，多达60%的患者可能会死亡；然而，接受补液治疗的病例中，死亡率不到1%。该病通常持续4-6天。在全球范围内，由霍乱和其他许多病原体引起的腹泻性疾病是5岁以下儿童死亡的第二大原因，每年估计至少有120,000人死于霍乱。2002年，世界卫生组织认为霍乱的病死率约为3.95%。
霍乱疾病和症状
V. cholerae感染肠道并引起腹泻，这是霍乱的特征性症状。感染可以通过食用被污染的食物或饮用被污染的水传播。它也可以通过皮肤接触被污染的人类粪便传播。并非所有感染都表现出症状，大约只有十分之一的人会发展成腹泻。主要症状包括：水样腹泻、呕吐、心动过速、皮肤弹性丧失、低血压、口渴和肌肉抽筋。这种疾病可能会变得严重，因为它可能导致肾衰竭甚至可能昏迷。如果被诊断出来，可以使用药物治疗。
疾病发生
V. cholerae的疾病发生可以是地方性的或者是流行性的。在疾病过去三年内持续存在，并且确认的病例是在国内传播的国家，传播被认为是“地方性”的。另一方面，当疾病的发生超过了任何给定时间或地点的正常发生时，就会宣布爆发。流行病可以持续数天或数年。此外，发生过流行病的国家也可以是地方性的。最持久的V. cholerae流行病记录在也门。也门发生了两次疫情，第一次发生在2016年9月至2017年4月之间，第二次开始在2017年4月之后，最近在2019年被认为已经解决。也门的流行病夺走了2500多人的生命，影响了超过100万的也门人。非洲、美洲和海地也发生了更多的疫情。
预防措施
在访问霍乱流行地区时，应采取以下预防措施：饮用和使用瓶装水；经常用肥皂和安全的清水洗手；如果没有洗手间，使用化学厕所或掩埋粪便；不要在任何水体中排便，并彻底烹饪食物。一个预防措施是适当消毒。在没有肥皂和水的地方，手部卫生是必不可少的。当没有洗手间可用时，可以用灰烬或沙子擦洗双手，然后用清水冲洗。对于前往霍乱常见地区旅行的人，有一种单剂量的疫苗可用。
有一种V. cholerae疫苗可用于预防疾病传播。这种疫苗被称为“口服霍乱疫苗”（OCV）。目前有三种OCV可用于预防：Dukoral®、Shanchol™和Euvichol-Plus®。所有三种OCV都需要两剂才能完全有效。根据以下标准，地方性或流行状态的国家有资格接收疫苗：霍乱风险、霍乱严重程度、WASH条件和改善能力、医疗保健条件和改善能力、实施OCV运动的能力、进行M&E活动的能力、国家和地方层面的承诺自从OCV项目开始至2018年5月，已有超过2500万疫苗分发给符合上述条件的国家。
治疗
霍乱的基本和整体治疗是补液，以替代失去的体液。轻度脱水的患者可以通过口服补液盐溶液（ORS）口服治疗。当患者严重脱水且无法摄入适量的ORS时，通常会进行静脉输液治疗。在某些情况下使用抗生素，通常是氟喹诺酮类和四环素类。
基因组
V. cholerae（以及一般的 Vibrionaceae）有两个环状染色体，总共有400万个碱基对的DNA序列和3,885个预测的基因。霍乱毒素的基因由CTXphi（CTXφ）携带，CTXphi是一种温和的噬菌体，插入到V. cholerae基因组中。CTXφ可以将霍乱毒素基因从一种V. cholerae菌株传递到另一种，这是水平基因转移的一种形式。毒素共调节纤毛的基因由Vibrio致病岛（VPI）编码，该岛与噬菌体分开。
较大的第一染色体长3 Mbp，有2,770个开放阅读框架（ORFs）。它包含关键的毒性基因、毒性调控基因以及重要的细胞功能基因，如转录和翻译。
第二个染色体长1 Mbp，有1115个ORFs。由于基因组中包含了看家基因和其他必需基因，包括用于代谢、热休克蛋白和16S rRNA基因的必需基因，这些基因用于追踪细菌之间的进化关系，因此确定它不同于质粒或巨质粒。确定复制子是否为染色体的另一个相关因素是它是否代表基因组的显著百分比，而第二个染色体占整个基因组的40%。与质粒不同，染色体不是自我传递的。然而，第二个染色体可能曾经是一个巨质粒，因为它包含了一些通常在质粒上发现的基因，包括一个类似P1质粒的复制原点。
噬菌体 CTXφ
CTXφ（也称为CTXphi）是一种丝状噬菌体，包含霍乱毒素的基因。当V. cholerae感染人类时，会产生感染性的CTXφ颗粒。噬菌体颗粒在没有裂解细菌细胞的情况下被分泌出来。当CTXφ感染V. cholerae细胞时，它会整合到两个染色体的特定位点。这些位点通常包含串联排列的整合CTXφ前噬菌体。除了编码霍乱毒素的ctxA和ctxB基因外，CTXφ还包含八个参与噬菌体繁殖、包装、分泌、整合和调控的基因。CTXφ基因组长6.9 kb。
生态学和流行病学
V. cholerae的主要储存库是水体来源，如河流、半咸水和河口，通常与桡足类或其他浮游动物、贝类和水生植物相关联。
霍乱感染最常见的是通过饮用自然存在V. cholerae的水或从感染者粪便中引入V. cholerae的水获得的。霍乱最有可能在水质处理不足、卫生条件差和卫生习惯不良的地方发现和传播。其他常见的传播媒介包括生或未煮熟的鱼和贝类。人与人之间的传播非常不可能，与感染者的一般接触不会成为患病的风险。V. cholerae在水中生长旺盛，尤其是在表层水中。人类与病原体株的主要联系是通过水，特别是在没有良好水净化系统的经济欠发达地区。
非致病性菌株也存在于水生生态中。人们认为，水中共存的多种致病性和非致病性菌株允许存在如此多的遗传多样性。细菌之间的基因转移相当常见，不同V. cholerae基因的重组可能导致新的致病菌株产生。
已经确定V. cholerae与Ruminococcus obeum之间存在共生关系。R. obeum的自诱导剂抑制了几个V. cholerae的毒性因子的表达。这种抑制机制可能存在于其他肠道微生物物种中，这为挖掘特定社群成员的肠道微生物群提供了途径，这些成员可能利用自诱导剂或其他机制来限制V. cholerae或其他肠病原体的定植。
霍乱爆发每年估计会导致全球约12万人死亡。自1817年的第一次以来，大约发生了七次大流行。这些大流行最初在印度次大陆出现并传播。
多样性与进化
V. cholerae有两种血清群，O1和O139，导致霍乱的爆发。O1群引起的爆发占多数，而O139群——1992年首次在孟加拉国发现——主要局限于东南亚。V. cholerae的许多其他血清群，无论是否携带霍乱毒素基因（包括O1和O139血清群的非致病性菌株），都可以引起类似霍乱的疾病。只有血清群O1和O139的致病菌株才导致了广泛的流行病。
V. cholerae O1有两种生物型，经典型和El Tor型，每种生物型都有两个独特的血清型，Inaba型和Ogawa型。感染的症状难以区分，尽管感染El Tor生物型的患者更有可能无症状或仅患轻度疾病。近年来，V. cholerae O1的经典生物型感染变得罕见，主要限于孟加拉国和印度的部分地区。最近，在亚洲和非洲的几个地区检测到了新的变异株。观察表明，这些菌株引起的霍乱更为严重，病死率更高。
自然遗传转化
V. cholerae可以在生长在甲壳素上时被诱导为自然遗传转化，甲壳素是一种在水中丰富的生物聚合物（例如来自甲壳类动物的外壳）。自然遗传转化是一种性过程，涉及通过中介介质从一个细菌细胞向另一个细菌细胞转移DNA，并通过同源重组将供体序列整合到受体基因组中。V. cholerae的转化能力受到细胞密度增加、营养限制、生长速率下降或压力刺激的影响。V. cholerae的摄入机制涉及一个转化诱导的纤毛和一个保守的DNA结合蛋白，该蛋白作为滑轮将DNA拉入细胞质。遗传转化的两种模型是性假说和可转化细菌。