研究揭示一種細菌的兩種菌株如何結合導致食肉感染

近年來，科學家發(fā)現，迅速發(fā)展并抵抗治療的嚴重感染通常是由多種微生物相互作用引起的。對這些所謂的微生物感染知之甚少，但是傳統(tǒng)的診斷方法常常將它們誤認為是微生物感染或單微生物感染。

一組由馬里蘭大學和德克薩斯大學醫(yī)學分校的研究人員組成的科學家小組進行的一項新研究，利用遺傳分析揭示了單一食肉細菌的兩種不同菌株如何協(xié)同作用，變得比任何一種都更加危險一株。該研究于2019年11月11日發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上。

馬里蘭大學高級計算機研究所的著名大學教授麗塔·科威爾(Rita Colwell)說：“這項研究提供了明確的證據，認為由一種天然細菌的單一物種引起的非常嚴重的感染實際上具有兩種菌株。”該研究的合著者。“其中一種菌株產生的毒素會破壞肌肉組織，并使另一種菌株遷移到血液系統(tǒng)中并感染器官。”

最初的感染是由患有嚴重肉食性疾病的患者培養(yǎng)而來的，這種疾病被稱為壞死性筋膜炎，被診斷為單微生物疾病。傳統(tǒng)的診斷方法只能確定感染是由一種稱為嗜水氣單胞菌的細菌引起的。但是當這種疾病迅速致命時，它使臨床醫(yī)生感到困惑，需要四肢截肢以挽救患者的生命。通過對培養(yǎng)物進行遺傳分析，Colwell和她的團隊發(fā)現了各個細菌培養(yǎng)物之間的重要差異，而這些差異是無法通過標準診斷方法檢測到的。

在之前的兩篇論文中，Colwell和她的同事們分離并鑒定了導致感染的兩種遺傳上不同的細菌菌株。他們標記了那些壞死性筋膜炎1(NF1)和壞死性筋膜炎2(NF2)的菌株。在實驗室研究中，兩種菌株都不會對自身產生致命的感染。但是，當將這些菌株組合在一起時，最終的感染將變得致命。

在當前的研究中，研究人員操縱了每個菌株的遺傳成分。當他們交換品系之間變化的遺傳成分時，研究小組能夠使NF1表現得更像NF2，反之亦然。通過在小鼠中測試突變株，研究小組確定了遺傳變異如何影響每種株引起感染并與另一株相互作用的能力。

這三項研究相結合，清晰地描繪了NF1和NF2在單獨的感染以及組合感染時的行為。在單株感染中，NF1保持局部化，不會擴散到血液或器官，并且會被宿主免疫系統(tǒng)清除。但是，NF2產生的毒素會分解肌肉組織，并使其擴散到血液或器官。

當壓力一起出現時，故事就相反了。在多株感染中，NF2產生的毒素會破壞肌肉組織，并使NF1傳播到致命的血液或器官。此外，NF2仍保持局部狀態(tài)，沒有傳播的機會，因為當它與NF1菌株接觸時，NF1會將一種成分注射到NF2中將其殺死。

“我們?yōu)檫@項出色的偵探工作感到興奮，”科威爾說。“我們現在已經能夠通過宏基因組學來確定與微生物感染有關的單個傳染原。借助這些強大的新方法，我們可以確定微生物如何協(xié)同工作，無論它們是細菌，病毒還是寄生蟲。”

鑒定涉及多微生物感染的藥物的能力，無論它們是不同物種還是單個物種的變異株，都可以顯著改善感染患者的治療效果。

“當我們使用給定的抗生素治療時，我們正在清除體內的有機物，”科威爾說。“但是，如果還有另一種生物體參與了感染，并且還具有致病性，那么任何不以該生物體為目標的抗生素治療也可能會為它瘋狂地成長開辟道路。”

僅治療一種微生物感染中的一種生物可能是許多繼發(fā)感染和抵抗治療的慢性感染的原因。根據Colwell的說法，可能需要使用抗生素或治療藥物的混合物來治療微生物感染。常規(guī)地使用本研究中開發(fā)的基因組方法來分析感染，可能會更有效地針對由微生物感染引起的疾病進行靶向治療。

研究論文“食肉性嗜水氣單胞菌的T6SS和exoA在單菌和微生物感染期間的腹膜炎和壞死性筋膜炎”，AnaFernández-Bravo，Paul B. Kilgore，Jourdan A.Andersson，Elizabeth Blears，MariaJoséFigueras，Nur哈桑(A.Hasan)，麗塔·R·科爾威爾(Rita R.Colwell)，簡沙和阿肖克·K·喬普拉(Ashok K.Chopra)于2019年11月11日發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上。