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准备下一次卷土重来鼠疫杆菌在变形虫体内存活复制

日期:2018-6-9(原创文章,禁止转载)

鼠疫是一种极具传染力的疾病,在过去1400年间夺走了成百上千万人的生命。图为2017年10月马达加斯加爆发鼠疫时、一所学校中的情景。

而在每次爆发的间隔期,病原体究竟是在何处、以何种方式存活的?这大概是与鼠疫有关的首要未解之谜。图为天然鼠疫爆发的全球分布图。

近期由科罗拉多州立大学传染病研究中心开展的一项研究显示,变形虫也许在保护这种危险病原体熬过爆发间隔期中发挥了一定作用。变形虫是一种常见的土壤和水体微生物。

新浪科技讯 北京时间3月6日消息,据国外媒体报道,鼠疫是一种极具传染力的疾病,在过去1400年间西安癫痫病哪里治疗最好夺走了成百上千万人的生命。如今,全世界仍有36个国家会间断性出现鼠疫爆发。而在每次爆发的间隔期,病原体究竟是在何处、以何种方式存活的?这大概是与鼠疫有关的首要未解之谜。

和其它许多病原体不同,引发鼠疫的鼠疫杆菌无法在缺少保护的环境中长时间存活。尽管如此,在很多地区,鼠疫依然会不断卷土重来。这说明该细菌能够设法找到庇护、存活好几年时间,然后不知从哪里冒出来,开始又一波扫荡。

如果能弄清鼠疫杆菌的藏匿地点和存活方式,将对今后预防鼠疫爆发具有极为重要的意义。

近期由科罗拉多州立大学传染病研究中心开展的一项研究显示,变形虫也许在保护这种危险病原体熬过爆发间隔期中发挥了一定作用。变形虫是一种常见的土壤和水体微生物,能够以细菌为食。它与鼠疫杆菌之间可形成一种独特的关系,让鼠疫杆菌能够不断复制、静候时机,等到条件成熟,再开始新一轮的爆发。

古老的神秘杀手

鼠疫曾引发三次致命的全球大流行。第一次发生在541至750年间的拜占庭帝国,史称查士丁尼大瘟疫,共杀死数百万人。第二次是在1330年至1480年间席卷亚欧大陆的、臭名昭著的黑死病,共杀死了当时欧洲全部人口的30%。最近一次瘟疫于1855年发生在中国,随后从港口传至世界各地,在接下来一个世纪中,总共夺走了约1200万人的生命。而在每次大爆发之间,还总共有数千次规模较小的鼠疫爆发。

鼠疫之所以令人捉摸不透,部分原因就在于它能够传染250多种哺乳动物和部分昆虫,且传染途径多种多样。例如,它可以通过受感染的跳蚤叮咬宿主传播,也可以通过受感染的动物咳嗽时喷出的飞沫传播。

鼠疫爆发的环境也十分多样。从美国西部的草原生态系统,到马达加斯加中部的高地森林,再到中国西部的温带荒漠,都可能成为鼠疫爆发的温床。这些地区鲜有相似之处,说明鼠疫病毒在不同地区可能采用了不同的生存机制。

然而,有一点特征却是这些地区所共有的:土壤中都存在变形虫。

充足的宿主

变形虫是一种单细胞生物,全球各地的土壤和水体中几乎都有它们的身影。变形虫以细菌为食,但科学家发现,有些细菌对其有抵抗力,不会被变形虫消化。有趣的是,这其中就包括鼠疫杆菌关系最近的近亲假结核耶尔森杆菌(Y。 pseudotuberculosis)和小肠结肠炎耶尔森菌(Y。 enterocolitica)。

这些细菌要在土壤中与变形虫比邻而居,就要设法避免被变形虫吞食。研究团队据此提出假说,认为当假结核耶尔森杆菌在约1万至4万年前演变成鼠疫杆菌时,也许保留了这种在变形虫体内存活的能力。

鼠疫杆菌可以通过受感染的跳蚤叮咬宿主传播,也可以通过受感染的动物咳嗽时喷出的飞沫传播。图为变形虫体内发出绿色荧光的鼠疫杆菌。

天然疾病孵化器

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为验证该假说,研究人员从科罗拉多州东北部草原犬鼠聚居的灌木丛中收集了土壤样本,因为草原犬鼠是鼠疫杆菌的宿主之一。为此,他们首先找到了正在爆发鼠疫的草原犬鼠聚居地,然后将一根长长的、柔软的探针插入灌木丛中,采集深处的土壤样本,以避免灌木丛中带菌跳蚤的叮咬。

接着,研究人员在实验室中将土壤中的变形虫分离出来,并确定了五种不同种类的变形虫,用于接下来的实验之中。下一步,研究人员让鼠疫杆菌与不同的变形虫接触,观察会发生何种情况。

为避免危险病原体泄漏,该实验在一处管理极严的特殊实验室中进行。研究人员从美国疾控中心位于科罗拉多贵阳癫痫治疗能好吗宁夏哪里治疗癫痫好柯林斯堡的实验室中获取了几种不同的鼠疫杆菌菌株,然后将其与变形虫混在一起。

研究人员选用的是一种经过基因编辑、能够发出绿色荧光的鼠疫杆菌,并在强大的显微镜下进行观察,判断变形虫是否、以及何时会消化鼠疫杆菌。

接下来,研究人员采用透射电子显微镜获得受感染变形虫体内的细节图。结果显示,鼠疫杆菌不仅能在变形虫体内存活,还有可能继续复制。为证实这一点,研究人员在不同时间点剖开变形虫,并比较其体内细菌的数量。

该研究结果首次证明,鼠疫杆菌能够在变形虫体内存活和繁殖。接下来,科学家还要弄清鼠疫杆菌能在变形虫体内存活多长时间。

在变形虫的生命周期中,会有一段时期变为包囊(cyst)形态,最长可休眠20年,然后再重新复苏,恢复进食和繁殖。因此变形虫在极端气温或干旱等不利条件下也能继续存活。如果鼠疫杆菌能够在休眠状态下的变形虫包囊中蛰伏数年,它们在每次爆发之间的去向和存活方式也就得到了解释。

变形虫:疾病训练基地

此次研究发现,鼠疫杆菌能够设法找到庇护、存活好几年时间,然后不知从哪里冒出来,开始又一波扫荡。图为2000至2016年间美国患鼠疫人数和死亡人数的统计图。

变形虫在超过225种细菌、病毒和真菌的演化过程中都发挥了一定的保护、强化或引导作用。1976年首次爆发的军团病就是这样一个例子:变形虫为军团菌提供了一处庇护所,让它们在其中安全地繁殖。此外,变形虫还可担任病原体的运输工具,帮助病原体进入新的宿主体内、造成感染。

还有科学家认为,变形虫也许能引导无害的细菌演变成危险病原体。因为变形虫与巨噬细胞非常相似,即哺乳动物体内负责寻找和杀灭入侵细菌的白细胞。如果原本无害的土壤细菌演化出了在变形虫体内存活和繁殖的能力,那么它们对人体免疫系统的主力军白细胞或许也能故技重施,继而成为新型人类病原体。

上述假说与科学家对鼠疫感染的了解不谋而合。在感染人体时,鼠疫杆菌会被白细胞吞噬,但它们总能躲开细胞中负责将其摧毁的那部分,因此不会被白细胞杀灭。随后,鼠疫杆菌便可在白细胞内部不断增殖,最终离开白细胞、扩散到人体各处。这一过程与研究团队在变形虫体内观察到的情况几乎一模一样。

许多人类病原体都拥有这种避免被白细胞吞噬、并在白细胞内部增殖的能力。这是否与远古时期的土壤细菌利用变形虫的方式有关呢?也许熟能生巧确实不假。

被病原体寄生的变形虫可对公众健康造成严重威胁,因为我们目前还无法有效在环境中监测其行为、或预测它们何时可能释放感染源。此外,敌对势力还可能用其传播已有病原体、或创造新型病原体。

我们需要针对病原体存活、扩散和演化的复杂机制开展进一步研究,从而更好地预测和预防疾病爆发,并做好相应准备。(叶子)

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