細菌相互作用如何使得感染惡化且難以治愈

近年來，科學家發(fā)現(xiàn)：快速出現(xiàn)并產(chǎn)生治療耐受性的嚴重感染通常是由多種微生物相互作用引起的。目前我們對這些所謂的微生物感染知之甚少，而傳統(tǒng)的診斷方法經(jīng)常將它們誤認為是單獨某種微生物感染。

最近，來自馬里蘭大學和德克薩斯大學醫(yī)學分校的研究人員進行的一項新研究中，他們利用遺傳分析揭示了同一類“食肉細菌”的兩種不同菌株如何協(xié)同作用，從而產(chǎn)生更加危險的致病力。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《PNAS》雜志上。

文章作者，馬里蘭大學高級計算機研究所的教授Rita Colwell說：“這項研究提供了明確的證據(jù)，證明由天然細菌引起的嚴重感染實際上存在兩種菌株。其中一種菌株產(chǎn)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。”

這種感染的致病菌最初是從患有“壞死性筋膜炎”患者體內(nèi)培養(yǎng)得到的，此前該疾病一直被診斷為單微生物疾病。傳統(tǒng)的診斷方法發(fā)現(xiàn)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產(chǎn)生致命性時，臨床醫(yī)生給患者截肢以挽救生命。通過對培養(yǎng)物進行遺傳分析，Colwell和她的團隊發(fā)現(xiàn)了各個細菌培養(yǎng)物之間的重要差異，而這些差異無法通過標準診斷方法檢測到。

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。標記為壞死性筋膜炎1（NF1）和壞死性筋膜炎2（NF2）。在實驗室研究中，兩種菌株都不會對宿主產(chǎn)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，研究人員修改了每個菌株的遺傳成分。當他們交換遺傳成分時，研究小組能夠使NF1表現(xiàn)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(jié)合，清晰地描繪了NF1和NF2在單獨的感染以及組合感染時產(chǎn)生的后果。在單株感染中，NF1保持局部感染特征，不會擴散到血液或器官，并且會有效地被宿主免疫系統(tǒng)清除。但是，NF2產(chǎn)生的毒素會分解肌肉組織，并使其擴散到血液或器官。

“我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠通過宏基因組學來確定與微生物感染有關(guān)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。”

僅治療一種微生物感染中的一種生物可能是許多繼發(fā)性感染或細菌產(chǎn)生耐藥性的原因。根據(jù)Colwell的說法，可能需要使用抗生素以及藥物的組合來治療微生物感染。使用本研究中開發(fā)的基因組方法來分析感染模式，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。