研究揭示一种细菌的两种菌株如何结合导致食肉感染

近年来，科学家发现，迅速发展并抵抗治疗的严重感染通常是由多种微生物相互作用引起的。对这些所谓的微生物感染知之甚少，但是传统的诊断方法常常将它们误认为是微生物感染或单微生物感染。

一组由马里兰大学和德克萨斯大学医学分校的研究人员组成的科学家小组进行的一项新研究，利用遗传分析揭示了单一食肉细菌的两种不同菌株如何协同作用，变得比任何一种都更加危险一株。该研究于2019年11月11日发表在《美国国家科学院院刊》上。

马里兰大学高级计算机研究所的著名大学教授丽塔·科威尔(Rita Colwell)说：“这项研究提供了明确的证据，认为由一种天然细菌的单一物种引起的非常严重的感染实际上具有两种菌株。”该研究的合著者。“其中一种菌株产生的毒素会破坏肌肉组织，并使另一种菌株迁移到血液系统中并感染器官。”

最初的感染是由患有严重肉食性疾病的患者培养而来的，这种疾病被称为坏死性筋膜炎，被诊断为单微生物疾病。传统的诊断方法只能确定感染是由一种称为嗜水气单胞菌的细菌引起的。但是当这种疾病迅速致命时，它使临床医生感到困惑，需要四肢截肢以挽救患者的生命。通过对培养物进行遗传分析，Colwell和她的团队发现了各个细菌培养物之间的重要差异，而这些差异是无法通过标准诊断方法检测到的。

在之前的两篇论文中，Colwell和她的同事们分离并鉴定了导致感染的两种遗传上不同的细菌菌株。他们标记了那些坏死性筋膜炎1(NF1)和坏死性筋膜炎2(NF2)的菌株。在实验室研究中，两种菌株都不会对自身产生致命的感染。但是，当将这些菌株组合在一起时，最终的感染将变得致命。

在当前的研究中，研究人员操纵了每个菌株的遗传成分。当他们交换品系之间变化的遗传成分时，研究小组能够使NF1表现得更像NF2，反之亦然。通过在小鼠中测试突变株，研究小组确定了遗传变异如何影响每种株引起感染并与另一株相互作用的能力。

这三项研究相结合，清晰地描绘了NF1和NF2在单独的感染以及组合感染时的行为。在单株感染中，NF1保持局部化，不会扩散到血液或器官，并且会被宿主免疫系统清除。但是，NF2产生的毒素会分解肌肉组织，并使其扩散到血液或器官。

当压力一起出现时，故事就相反了。在多株感染中，NF2产生的毒素会破坏肌肉组织，并使NF1传播到致命的血液或器官。此外，NF2仍保持局部状态，没有传播的机会，因为当它与NF1菌株接触时，NF1会将一种成分注射到NF2中将其杀死。

“我们为这项出色的侦探工作感到兴奋，”科威尔说。“我们现在已经能够通过宏基因组学来确定与微生物感染有关的单个传染原。借助这些强大的新方法，我们可以确定微生物如何协同工作，无论它们是细菌，病毒还是寄生虫。”

鉴定涉及多微生物感染的药物的能力，无论它们是不同物种还是单个物种的变异株，都可以显着改善感染患者的治疗效果。

“当我们使用给定的抗生素治疗时，我们正在清除体内的有机物，”科威尔说。“但是，如果还有另一种生物体参与了感染，并且还具有致病性，那么任何不以该生物体为目标的抗生素治疗也可能会为它疯狂地成长开辟道路。”

仅治疗一种微生物感染中的一种生物可能是许多继发感染和抵抗治疗的慢性感染的原因。根据Colwell的说法，可能需要使用抗生素或治疗药物的混合物来治疗微生物感染。常规地使用本研究中开发的基因组方法来分析感染，可能会更有效地针对由微生物感染引起的疾病进行靶向治疗。

研究论文“食肉性嗜水气单胞菌的T6SS和exoA在单菌和微生物感染期间的腹膜炎和坏死性筋膜炎”，AnaFernández-Bravo，Paul B. Kilgore，Jourdan A.Andersson，Elizabeth Blears，MariaJoséFigueras，Nur哈桑(A.Hasan)，丽塔·R·科尔威尔(Rita R.Colwell)，简沙和阿肖克·K·乔普拉(Ashok K.Chopra)于2019年11月11日发表在《美国国家科学院院刊》上。