摘要：研究人員稱，結(jié)核病細(xì)菌依賴于一個(gè)基因家族。
研究人員來(lái)自威爾·康奈爾醫(yī)學(xué)院和麻省理工學(xué)院，他們發(fā)現(xiàn)結(jié)核桿菌依賴于一組基因，這些基因幫助它們?cè)诳人浴⒋驀娞缁蛘f(shuō)話時(shí)從一個(gè)人的肺部傳播到另一個(gè)人的肺部。這項(xiàng)研究為結(jié)核病治療提供了新的靶點(diǎn)，有望同時(shí)治療感染并阻止細(xì)菌傳播。
迄今為止，人們對(duì)這種傳播過(guò)程知之甚少——當(dāng)攜帶細(xì)菌的飛沫被噴入空氣中時(shí)，它們必須承受溫度、氧氣水平、濕度和化學(xué)成分的變化。3月7日發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)研究首次揭示，結(jié)核桿菌并非被動(dòng)地承受這些轉(zhuǎn)變，而是會(huì)激活數(shù)百個(gè)基因以適應(yīng)和生存。
圖1 結(jié)核分枝桿菌候選傳播存活基因組許多被識(shí)別的基因此前被認(rèn)為并不重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)谌烁腥緯r(shí)似乎并不影響疾病進(jìn)程。然而，這項(xiàng)新研究表明，這些基因?qū)τ诔晒Φ娜穗H傳播至關(guān)重要。
“如果有一種藥物能夠針對(duì)這些基因，它不僅可以有效治療個(gè)體，甚至在該人治愈之前，就能阻止感染傳播給他人。”共同通訊作者、威爾·康奈爾醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)和免疫學(xué)系主任、R.A. Rees Pritchett微生物學(xué)教授卡爾·納森博士說(shuō)。
到目前為止，結(jié)核病的研究大多集中在它的病理生理學(xué)——細(xì)菌感染宿主的機(jī)制，以及診斷和治療疾病的方法上。“我們?cè)诳諝鈧鞑シ矫娲嬖谝粋€(gè)盲點(diǎn)，即病原體在空氣中循環(huán)時(shí)如何承受這些突然的變化。”共同通訊作者、麻省理工學(xué)院流體動(dòng)力學(xué)疾病傳播實(shí)驗(yàn)室主任、流體與健康網(wǎng)絡(luò)成員、土木與環(huán)境工程系和機(jī)械工程系以及醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所教授莉迪亞·布羅伊巴博士說(shuō)，“現(xiàn)在我們通過(guò)這些基因，了解了結(jié)核病用來(lái)保護(hù)自己的工具。”
為了更準(zhǔn)確地了解細(xì)菌傳播，納森博士——結(jié)核病和細(xì)菌生命周期中依賴基因領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者——與布羅伊巴博士——液滴傳播顆粒和病原體生物物理學(xué)方面的專家——攜手合作。
揭示生存機(jī)制
結(jié)核分枝桿菌會(huì)導(dǎo)致一種呼吸道疾病，每年在全球?qū)е鲁^(guò)百萬(wàn)人死亡。這種細(xì)菌極具傳染性，通過(guò)感染者的微小飛沫傳播到空氣中，附近的人吸入這些飛沫后就會(huì)感染。
以往對(duì)結(jié)核病的大部分實(shí)驗(yàn)研究都是基于在實(shí)驗(yàn)室溶液中培養(yǎng)的細(xì)菌。但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種液體的化學(xué)成分與結(jié)核病患者實(shí)際排出的微小飛沫非常不同。他們還排除了痰液——患者常用于診斷測(cè)試的黏性液體，因?yàn)樗こ恚瑹o(wú)法分解成可吸入的飛沫。
研究人員根據(jù)對(duì)感染肺組織的分析，開發(fā)出一種更接近實(shí)際的液體。它在成分、黏度、表面張力和飛沫大小上與患者呼出的空氣中的飛沫相似。
圖2 流體和大氣模擬傳輸?shù)娜齻€(gè)階段
接下來(lái)，他們用這種液體將不同混合物以微小的單個(gè)飛沫形式沉積到平板上，并詳細(xì)測(cè)量它們的蒸發(fā)情況。為了模擬飛沫在飛行中的情況，平板被放入一個(gè)極度干燥的室內(nèi)以加速蒸發(fā)。每個(gè)飛沫都包含一種特定基因被敲低的細(xì)菌菌株，以觀察哪些基因影響細(xì)菌在飛沫蒸發(fā)過(guò)程中的存活。
在測(cè)試的4000個(gè)基因中，他們發(fā)現(xiàn)有一組幾百個(gè)基因似乎只有在結(jié)核桿菌面臨空氣傳播條件時(shí)才變得重要。這些基因幫助它們適應(yīng)這種真實(shí)的液體、從肺部深處進(jìn)入空氣的大氣變化以及蒸發(fā)帶來(lái)的壓力。
基因揭示損傷控制線索
研究人員發(fā)現(xiàn)，許多細(xì)菌依賴于生存的基因都涉及修復(fù)氧化蛋白的損傷，例如暴露在空氣中的蛋白，或者銷毀無(wú)法修復(fù)的受損蛋白。另一組基因則幫助細(xì)菌抵抗在微小飛沫中的脫水。
“我們發(fā)現(xiàn)了一份非常長(zhǎng)的候選名單。”納森博士說(shuō)，“有數(shù)百個(gè)基因，其中一些比其他基因更明顯地涉及幫助結(jié)核病在其傳播階段存活。”
研究人員指出，這些實(shí)驗(yàn)并不是細(xì)菌空氣傳播的完整模型。展望未來(lái)，研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)并開始了實(shí)驗(yàn)，允許他們?cè)陲w沫飛行中研究蒸發(fā)。這個(gè)更準(zhǔn)確的平臺(tái)將有助于確認(rèn)新發(fā)現(xiàn)的基因是否在結(jié)核桿菌的傳播過(guò)程中起到保護(hù)作用，這可能為阻斷這些防御機(jī)制的治療方法鋪平道路。
“等待識(shí)別出患有結(jié)核病的人，然后治療并治愈他們，這是一種非常低效的阻止大流行的方法。”納森博士說(shuō)，“大多數(shù)呼出結(jié)核桿菌的人還沒有得到診斷。因此，我們必須阻斷其傳播。如果你對(duì)這個(gè)過(guò)程一無(wú)所知，你該如何做到這一點(diǎn)？現(xiàn)在我們有一些想法了。”
參考資料
[1] Candidate transmission survival genome of Mycobacterium tuberculosis
摘要：研究人員稱，結(jié)核病細(xì)菌依賴于一個(gè)基因家族。
研究人員來(lái)自威爾·康奈爾醫(yī)學(xué)院和麻省理工學(xué)院，他們發(fā)現(xiàn)結(jié)核桿菌依賴于一組基因，這些基因幫助它們?cè)诳人浴⒋驀娞缁蛘f(shuō)話時(shí)從一個(gè)人的肺部傳播到另一個(gè)人的肺部。這項(xiàng)研究為結(jié)核病治療提供了新的靶點(diǎn)，有望同時(shí)治療感染并阻止細(xì)菌傳播。
迄今為止，人們對(duì)這種傳播過(guò)程知之甚少——當(dāng)攜帶細(xì)菌的飛沫被噴入空氣中時(shí)，它們必須承受溫度、氧氣水平、濕度和化學(xué)成分的變化。3月7日發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)研究首次揭示，結(jié)核桿菌并非被動(dòng)地承受這些轉(zhuǎn)變，而是會(huì)激活數(shù)百個(gè)基因以適應(yīng)和生存。
圖1 結(jié)核分枝桿菌候選傳播存活基因組許多被識(shí)別的基因此前被認(rèn)為并不重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)谌烁腥緯r(shí)似乎并不影響疾病進(jìn)程。然而，這項(xiàng)新研究表明，這些基因?qū)τ诔晒Φ娜穗H傳播至關(guān)重要。
“如果有一種藥物能夠針對(duì)這些基因，它不僅可以有效治療個(gè)體，甚至在該人治愈之前，就能阻止感染傳播給他人。”共同通訊作者、威爾·康奈爾醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)和免疫學(xué)系主任、R.A. Rees Pritchett微生物學(xué)教授卡爾·納森博士說(shuō)。
到目前為止，結(jié)核病的研究大多集中在它的病理生理學(xué)——細(xì)菌感染宿主的機(jī)制，以及診斷和治療疾病的方法上。“我們?cè)诳諝鈧鞑シ矫娲嬖谝粋€(gè)盲點(diǎn)，即病原體在空氣中循環(huán)時(shí)如何承受這些突然的變化。”共同通訊作者、麻省理工學(xué)院流體動(dòng)力學(xué)疾病傳播實(shí)驗(yàn)室主任、流體與健康網(wǎng)絡(luò)成員、土木與環(huán)境工程系和機(jī)械工程系以及醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所教授莉迪亞·布羅伊巴博士說(shuō)，“現(xiàn)在我們通過(guò)這些基因，了解了結(jié)核病用來(lái)保護(hù)自己的工具。”
為了更準(zhǔn)確地了解細(xì)菌傳播，納森博士——結(jié)核病和細(xì)菌生命周期中依賴基因領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者——與布羅伊巴博士——液滴傳播顆粒和病原體生物物理學(xué)方面的專家——攜手合作。
揭示生存機(jī)制
結(jié)核分枝桿菌會(huì)導(dǎo)致一種呼吸道疾病，每年在全球?qū)е鲁^(guò)百萬(wàn)人死亡。這種細(xì)菌極具傳染性，通過(guò)感染者的微小飛沫傳播到空氣中，附近的人吸入這些飛沫后就會(huì)感染。
以往對(duì)結(jié)核病的大部分實(shí)驗(yàn)研究都是基于在實(shí)驗(yàn)室溶液中培養(yǎng)的細(xì)菌。但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種液體的化學(xué)成分與結(jié)核病患者實(shí)際排出的微小飛沫非常不同。他們還排除了痰液——患者常用于診斷測(cè)試的黏性液體，因?yàn)樗こ恚瑹o(wú)法分解成可吸入的飛沫。
研究人員根據(jù)對(duì)感染肺組織的分析，開發(fā)出一種更接近實(shí)際的液體。它在成分、黏度、表面張力和飛沫大小上與患者呼出的空氣中的飛沫相似。
圖2 流體和大氣模擬傳輸?shù)娜齻€(gè)階段
接下來(lái)，他們用這種液體將不同混合物以微小的單個(gè)飛沫形式沉積到平板上，并詳細(xì)測(cè)量它們的蒸發(fā)情況。為了模擬飛沫在飛行中的情況，平板被放入一個(gè)極度干燥的室內(nèi)以加速蒸發(fā)。每個(gè)飛沫都包含一種特定基因被敲低的細(xì)菌菌株，以觀察哪些基因影響細(xì)菌在飛沫蒸發(fā)過(guò)程中的存活。
在測(cè)試的4000個(gè)基因中，他們發(fā)現(xiàn)有一組幾百個(gè)基因似乎只有在結(jié)核桿菌面臨空氣傳播條件時(shí)才變得重要。這些基因幫助它們適應(yīng)這種真實(shí)的液體、從肺部深處進(jìn)入空氣的大氣變化以及蒸發(fā)帶來(lái)的壓力。
基因揭示損傷控制線索
研究人員發(fā)現(xiàn)，許多細(xì)菌依賴于生存的基因都涉及修復(fù)氧化蛋白的損傷，例如暴露在空氣中的蛋白，或者銷毀無(wú)法修復(fù)的受損蛋白。另一組基因則幫助細(xì)菌抵抗在微小飛沫中的脫水。
“我們發(fā)現(xiàn)了一份非常長(zhǎng)的候選名單。”納森博士說(shuō)，“有數(shù)百個(gè)基因，其中一些比其他基因更明顯地涉及幫助結(jié)核病在其傳播階段存活。”
研究人員指出，這些實(shí)驗(yàn)并不是細(xì)菌空氣傳播的完整模型。展望未來(lái)，研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)并開始了實(shí)驗(yàn)，允許他們?cè)陲w沫飛行中研究蒸發(fā)。這個(gè)更準(zhǔn)確的平臺(tái)將有助于確認(rèn)新發(fā)現(xiàn)的基因是否在結(jié)核桿菌的傳播過(guò)程中起到保護(hù)作用，這可能為阻斷這些防御機(jī)制的治療方法鋪平道路。
“等待識(shí)別出患有結(jié)核病的人，然后治療并治愈他們，這是一種非常低效的阻止大流行的方法。”納森博士說(shuō)，“大多數(shù)呼出結(jié)核桿菌的人還沒有得到診斷。因此，我們必須阻斷其傳播。如果你對(duì)這個(gè)過(guò)程一無(wú)所知，你該如何做到這一點(diǎn)？現(xiàn)在我們有一些想法了。”
參考資料
[1] Candidate transmission survival genome of Mycobacterium tuberculosis
