是谁让你生病的?

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  人为什么生病?是谁让人们生病?原因复杂多样。但有一类常见疾病,病因研究得比较透彻,就是由病原菌引起的传染性疾病。十九世纪末二十世纪初以巴斯德为代表的微生物学家奠定了病原菌的理论基础,并奠定了现代“诊断-病原-病理-治疗”体系。

  病原菌: 让人类生病的“捣蛋分子”

  能致人类生病的微生物称为人类病原菌。由病原菌导致的传染性疾病目前仍是人类致死率最高的疾病种类,而且新的病原菌在不断涌现。

  人类病原菌种类繁多。病毒是一大类,原核微生物细菌和真核微生物真菌、原生动物甚至藻类都可以感染人类。病毒性病原菌如大家熟悉的流感病毒、埃博拉病毒;真菌病原菌如曲霉属菌株可产生致癌的黄曲霉素,白色念珠菌则易感染免疫力下降人群,引起人类多种皮肤溃疡或起泡;原生动物可以作为人体寄生虫影响人类健康。

  细菌病原菌种类繁多。细菌病原菌包含人类病原菌,目前已有几个数据库收录了常见细菌病原菌及其致病因子,如VFPB(http://www.mgc.ac.cn/VFs/main.htm)。细菌病原菌包含我们耳熟能详的结核杆菌(Mycobacterium tuberculosis)、沙门氏菌(Salmonella spp.)等,也包含众多引起腹泻、伤寒症、白喉等疾病的病原。

  动物飞沫、水中……病原菌无处不在

  这些细菌病原菌存在于哪里,又如何感染人类?这是传染病预防和诊断的重要课题。我们已知不少病原菌传播途径,如Chlamydophila psittaci(鹦鹉热衣原体,引起鹦鹉热)通过动物飞沫传播。细菌病原菌并非一定动物传人或人传入,Clostridium difficile(引起腹泻)主要通过粪便或污水经口感染,同样靠粪-口或污水传播的还有志贺氏杆菌(Shigella spp.),而大肠杆菌主要通过污染的饮用水传播。

  事实上,细菌致病菌在环境中广泛存在,特殊环境介质的细菌感染频见报道,如堆肥和花盆引起Legionella longbeachae感染,各种水体中常检测到肠道致病菌的存在。

  怎么找到病原菌? 实验室中好找,环境中可就不简单了

  那么,环境中如此多的病原菌,如何进行高通量快速检测?环境病原菌风险预警对特殊人群如野外工作人员、驴友、玩耍泥巴和污水的儿童、垃圾站工作人员等有重要意义。

  环境中病原菌对人类的感染,一方面跟病原菌的致病能力有关,如不少条件致病菌主要攻击免疫力低下的婴幼儿和老人;另一方面跟暴露量有关,如志贺杆菌病通常需要10-200个致病菌细胞来诱发。所以,环境病原菌检测种类和丰度都很重要。

  用于传染病病原鉴定的临床经典方法主要是微生物培养和易感性测试,通常需要两天以上,如沙门氏菌和军团杆菌的检验需要四五天。部分研究已经开发了基于全基因组组装的策略,缩短了检测时间,这种策略对于病原高度富集的感染组织比较有效。

  

  实验室内细菌病原菌的分离培养

  

  但是对于环境样品,经典方法和基因组组装方法都束手无策。一方面,环境样品微生物种类繁多,自然土壤的微生物细胞数量估计在一亿每克土壤以上;另一方面,环境中的致病菌多数情况不会有较高丰度,很难进行纯培养或基因组组装。

  所以,通过经典方法检测某个环境中某一类致病菌的存在远不能满足风险预警需求。

  全球环境下的致病菌分布如何?

  环境致病菌的高通量检测依赖基于下一代测序的宏基因组技术。已有研究基于16S分子标记检测了污水中常见细菌致病菌的丰度。那么,其他环境中细菌病原菌的丰度和种类如何?全球尺度上哪些环境中致病菌丰度较高?

  中科院农业资源研究中心李小方研究员最近的研究,则发展了基于鸟枪测序宏基因组的致病因子检测技术。基于该方法对全球69个环境基因组进行了筛查。

  该研究发现,目前已知的致病毒素主要来自三个菌属Proteobacteria, Nitrospirae 和 Firmicutes,这三个菌门对于细菌致病菌分布的影响尚有待研究。分布最广的毒素是成孔毒素,孔毒素是众多致病菌的致病必需因子。基于环境-毒素关联分析,发现致病因子丰度最高的是污染湖水和粪便。

  粪便含致病菌是常识,但是其致病菌对于其他生境的相对丰度在此研究中第一次给予了半定量。自然土壤和水体的致病菌含量范围较广。有一类生境的致病因子相对较低,就是沙漠和尾矿环境。目前还不清楚这类受胁迫的环境是否抑制了病原菌的存活。

  总的来讲,接触污染水体和粪便污染的环境要特别小心,而干燥的沙子、自然干净的水体则没有太大细菌感染风险。

  来源: 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心

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