今天的霍乱大流行如何诞生

世界正处于其第七次霍乱大流行的控制之中,但这并不是新闻。 今天的流行病自20世纪60年代以来一直存在,烧毁了像刚果民主共和国和海地这样的发展中国家。 现在,科学家们利用历史样本中的DNA来弄清楚现代菌株如何导致去年1304例死亡 - 从几个世纪前无害的微生物变成今天致命的病原体。

霍乱弧菌引起的霍乱会产生水样腹泻,导致脱水和死亡。 由于Vibrio通过接触未经处理的污水而扩散,因此在缺乏清洁水或现代卫生设施的地区蓬勃发展。 通过适当的治疗,死亡率很低,但致命细菌迅速传播的能力使其始终处于全球公共卫生工作的最前沿。

为了了解目前的大流行病是如何开始的,科学家们在世界各地的实验室研究了保存的霍乱样本中的DNA。 科学家们以同样的方式创造了进化树,研究人员利用遗传比较,通过时间绘制了菌株之间关系的分支图。 他们在本周的“美国国家科学院院刊”上报告 ,该小组将他们的分析与旧爆发的书面记录相结合,确定的现代菌株进化的六个阶段。

本文作者,澳大利亚悉尼大学生命与环境科学学院的微生物学家Peter Reeves说,7号菌株在18世纪初期与亲属1-6分开。 但这仅仅是一个估计:新血统的第一次观察来自埃及埃尔托尔的实验室,于1897年。到那时,“El Tor”菌株与其亲属的差异约为30%,但它没有传播迅速,并没有让人生病。

今天的霍乱大流行如何诞生

研究人员的六个阶段的故事讲述了第七次霍乱大流行如何演变成围绕中东和亚洲的现代形式。

D. Hu et。 人。 PNAS 113,46 (2016年11月14日)©National Academy of Sciences

接下来的十年是细菌进化的关键。 它在中东地区反弹,拾取了一个叫做tcpA的关键基因,它在其表面编码一个紧贴小肠壁的毛发结构。 仅这一变化并没有使病毒致病,但它可能有助于它在往返麦加的宗教朝圣者的胆量中活得更久。 然后,在1903年到1908年之间的某个时间,El Tor菌株获得了一个重要的搭便车DNA,这可能会引发其引发人类疾病的能力。

当时,中东,欧洲和北非的第六次霍乱大流行正如火如荼。 里夫斯说,噬菌体 - 一种感染细菌的病毒 - 从第六株菌中剔除了霍乱毒素基因的“经典”形式,然后感染了El Tor菌株,转移了毒素基因。 这种新特性会引起水样腹泻,加速疾病通过供水传播。 但它仍然缺少它可能导致全面爆发大流行之前需要的关键基因。

从那里,该菌株向东移动到印度尼西亚的望加锡。 在那里,它获得了可能增加传播性的新基因,以及用于识别它的两个“岛屿”,如今独特的第七大流行病(VSP)1和2.然而,里夫斯说,很少有证据表明VSP岛做了很多,如果有的话,帮助细菌传播。 事实上,研究人员仍然不确定哪种变化推动了1925年至1961年传染病的增加,此时疾病在世界其他地区蔓延。

为了找出哪些变化加速了生物体到大流行的水平,我们必须进行人体测试,Reeves说,感染了一个不同菌株的大群体,看它传播的速度有多快。 “如果我们能够理解这种大流行病的发生情况,它可能有助于我们预测其他任何一种是否具有潜力,”他说。 但是,“当然,你不能做那个实验。”

鉴于可获得的信息,“这是一项非常好的研究,”哈佛大学的微生物学家爱德华瑞安说,他没有参与这项新工作。 “它讲述了一个非常具有生物学意义的连贯故事。”

但英国考文垂沃里克大学的微生物学家Mark Achtman说,它错过了很大一部分图片。 “当我完全依赖于人类疾病分离株的遗留物时,我对进化论故事的完整性持怀疑态度。”Achtman说缺乏人体样本的分析,因为他们没有检查霍乱总是在环境中循环,在外面人类主人。 他说,在历史的任何一点,新的菌株都可能来自这些病原体而不是人与人之间的传播。

Ryan说,但要确定这一点非常困难。 很少有历史环境样本存在,并且证据表明这种应变使人类更难以获得。 “在世界其他地区还有其他未被收集过的可能会提供更完整故事吗?”Ryan问道。 “是的,”他说。 “但最终...... [这]是一个合理的生物学故事,它基于病原体如何在历史上出现并占据主导地位的最佳可用数据。”

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