科技日报讯 细菌引起的疾病每年造成数百万人死亡,而这些细菌在进化历史中,在达到某个关键点之前,大部分都是良性的。一直以来,科学家不知道什么原因让这些无害“良民”变成了病原菌“恶魔”。据物理学家组织网近日报道,研究人员跟踪研究了一种食肉细菌的“变身”过程。掌握了细菌何时“变身”,有助于预防未来的流行病。相关论文发表在近期美国《国家科学院学报》上。
这种食肉细菌叫做GAS(A组β-溶血性链球菌),是一种高传染性细菌,会引起多种感染,对人类的影响在上世纪80年代才开始显现。科学家认为,GAS是从一种危害很小的链球菌进化而来。论文领导作者、美国卫理公会医院研究所的詹姆斯·缪塞尔说:“我们的研究再现了这种细菌的进化史,从而揭开了这一致命病原体整个变身过程的神秘面纱。”
研究小组分析了来自全世界的细菌基因数据库——3600多种链球菌株,正是这些菌株基因组中发生的一系列基因事件,将GAS一步步变成了“恶魔”。
首先,外来DNA通过水平基因转移进入到原来无害的链球菌中——这是一种细菌之间非常普遍的现象。而这种DNA通常是噬菌体提供的,噬菌体是专门感染细菌的病毒。当外来DNA被并入链球菌细胞的基因组中后,会产生有害毒素。这些毒素基因有的会进一步变异,让链球菌变得毒性更强。
缪塞尔说,还有一种水平基因转移让它们能产生遏制免疫系统的蛋白质,从而加重感染。
英国莱斯特大学的马可·奥吉奥尼说:“本研究用的是全基因组数据,所以能看到所有的基因变化。”利用统计模型,他们能准确确定GAS细菌中基因变化的时间,追溯它们进化的历史。基因变异的时间非常重要。比如,最近的一次基因变异让GAS变成了高毒性,这发生在1983年。此后,全世界暴发过3次链球菌感染。“我们推算的数据与大量资料中记载的链球菌流行病暴发相吻合。”缪塞尔说。
缪塞尔认为,如果定期记录下足够多的细菌基因组,监视它们有哪些变异或基因转移,就可能提前发现流行病的苗头。“在短期内,这一发现将帮助我们确定细菌内部基因变异的方式,计算细菌疫苗需要更新换代的频率。”缪赛尔说,“从长期看,这种技术在预防疾病方面非常重要,我们或许能将流行病扼杀在萌芽状态。”(常丽君)