科学家认为须利用新工具对微生物和宿主共同分
时间:2017-12-07

  科学家认为,利用新工具进行微生物和寄主的共同分析 - 新闻 - 科学网

  术语病原体的使用导致研究人员和临床医生对细菌无益的关注,这可能阻碍了治疗的发现。

  通常无害的真菌烟曲霉菌(Aspergillus fumigatus)有可能在白血病患者中引起严重的肺病。

  来源:科学之眼/ SPL

  术语病原体在1880年代后期开始用于指代导致疾病的微生物。从那时起,科学家们一直在寻找致病的细菌,真菌,病毒和寄生虫的特征。已经产生了一些重要的发现,如各种细菌和真菌毒素在致病过程中的作用。事实上,最古老和最可靠的疫苗,如白喉和破伤风,通过引起身体产生抗体来抑制细菌毒素,从而对抗这种疾病。

  但是,没有宿主,细菌就不会引起疾病。例如,死亡患者中白喉的真正原因是由白喉毒素触发的强烈的炎症反应,包括阻塞喉部呼吸的灰色厚厚的假膜。同样,由一些葡萄球菌和链球菌菌株刺激的白血球的大规模激活导致出现中毒性休克综合症。

  “自然”杂志最近的一篇文章指出,疾病是宿主和细菌相互作用的几种可能的结果之一。这个解释听起来似乎合理和简洁。然而,语义学涉及更多的问题:使用术语病原体会导致研究人员和临床医生无益地关注细菌,这可能会阻碍治疗的发现。例如,对于西非发生的埃博拉病毒疫情,尽管遏制疾病暴发的关键线索可能在暴露于病毒后仍然健康的人身上,但对这种疾病和死亡更加重视。

  研究人员不应该把注意力集中在细菌做了什么或不做什么,而应该看看宿主细菌的相互作用是否会破坏宿主,如果被破坏的话。这种方法将需要不同的研究工具和更多的微生物学家和免疫学家之间的潜在合作。

  打击微生物

  在这个术语发明的几十年中,很明显许多非病原体对人类也是有害的。例如,直到20世纪50年代,凝固酶阴性葡萄球菌和白色念珠菌很少与疾病相关。前者是人体皮肤上正常菌群的一部分,而后者则通常存在于阴道,口腔,内脏和皮肤中。从那以后,使用静脉导管使这些细菌感染变得越来越普遍,为皮肤和血液之间的连接开辟了道路,并有助于免疫疗法如化疗的出现。

  “自然”指出,这允许微生物学家利用细菌来定义细菌,主要来自于20世纪60年代基于宿主细菌的不同状态。例如,共生菌被用来描述寄生或宿主宿主但不会造成伤害的细菌。大肠杆菌是殖民人类肠道的许多细菌之一。同时,殖民者是指人体内经常发现的致病菌,如葡萄球菌等。虽然腐生菌描述与植物碎片相关的生物体,包括真菌和烟曲霉菌(Aspergillus fumigatus)。

  但是,即使有这些预选赛已经证明是远远不够的。细菌和寄主品种多变。例如,曲霉菌可以在白血病患者中引起严重的肺部疾病,而一些大肠杆菌菌株可以引起腹泻和呕吐。与此同时,金黄色葡萄球菌在三分之一的人群中表现得更像一个共生体,生活在鼻腔而不会造成伤害。

  在二十世纪七十年代,生物学家开始试验鉴定导致致病性的微生物基因。研究人员删除或失活的基因,找到那些编码毒力因子,被认为是使细菌入侵和宿主宿主,并导致疾病的分子。今天继续寻找与疾病相关的微生物疾病基因或突变。例如,研究人员正在使用基因组学试图分辨金黄色葡萄球菌,流感嗜血杆菌和屎肠球菌等细菌的毒性特征。

  对于一些细菌,这种方法确实非常有效。例如,从炭疽芽孢杆菌中敲除毒素和荚膜基因导致细菌的毒力降低,这非常适合针对炭疽的疫苗。但是,对于其他微生物,没有这样的成功,如各种真菌。过去20年的研究一直致力于寻找由微生物因素引起的白色念珠菌和曲霉病的病因。然而,对于这两种真菌来说,似乎科学家还没有发现一种对致病性有重大影响的传统病原体。

  来自挑战的疫苗

  对疫苗的努力进一步表明,毒素等离散因素使所有微生物引起疾病的观点是有缺陷的。

  自然界认为,大多数疫苗研究将集中在识别和灭活微生物“毒力因素”上,在许多情况下,这一战略取得了显着的成果,正是基于这一原则,破伤风和白喉疫苗在西方世界消灭了两个主要杀手,一种疫苗通过激活淋巴细胞产生抗体使得细菌多糖胶囊更易受到白细胞攻击,成功地根除了导致脑膜炎的罪魁祸首Hib-2型感染,2000年以后,类似的疫苗显着降低了发展为S.肺炎。

  然而,至少对于肺炎链球菌来说,抗体可以简单地通过使被称为吞噬细胞的免疫细胞杀死和杀死微生物来预防疾病的想法太简单了。例如,仅在某些个体的血液中发现的抗肺炎链球菌的抗体不能证明该人对肺炎免疫。更重要的是,许多正在进行的通过鉴定和靶向毒力因子开发新疫苗的尝试仍然缺失。尽管经过数十年的搜索,研究人员还没有确定适合疫苗开发的传统结核分枝杆菌和疟原虫致病因子。

  在某些情况下,灭活毒力因素的尝试甚至可能成为恶化疾病的一种方法。例如,感染结核分枝杆菌的人中只有不到10%的人患结核病。在这些患者中,过度的免疫反应会破坏肺组织。因此,设计结核疫苗来增加免疫应答可能是不可行的。

  这也许可以解释为什么在19世纪90年代,微生物学家罗伯特·科赫(Robert Koch)给实验室生长的细菌提取了一种结核病患者后,许多人死亡。同时,这也解释了为什么过去产生的一些疫苗,如针对呼吸道合胞病毒的疫苗未能预防这种疾病。

  迫切需要新的分析工具

  病原这个词不太可能消失,但是研究传染病的专家需要诚实地对待他们的局限性。

  使用基因组学来研究人类微生物,即附着在人体内或生活在人体内的微生物群落的科学家,正被迫接受无数因素和相互作用造成人类微生物构成的现实。不同的群体,不同的发展阶段,与不同的疾病有关。

  然而,传染性疾病的大部分研究仍然以各种简单的方法为主导,其中所有其他变量假设在一个变量发生变化时保持不变。微生物学家倾向于认为微生物是引发疾病的关键变量,使寄主不变。免疫学家通常认为微生物是恒定的,宿主反应是变量。例如,免疫学家经常将微生物注射到正常的人类或基因改变的实验动物中,以评估形成宿主反应的因素。这两类专家参加不同的会议,在不同的刊物上阅读和发表文章,同时接受不同资助机构的资助。

  现在需要使用新的分析工具来共同分析微生物和寄主变量。对宿主的危害是可以由微生物或宿主反应或两者兼而有之的可测量的参数。这样,重点就转向了宿主 - 微生物的相互作用。

  由宿主和微生物相互作用引起的炎症,生物化学和其他形式的损害也需要新的工具来衡量。这些工具的发明和发展必须由会议的新的讨论,特定的期刊和特殊的研究资助来推动。 “自然”认为,这种方法的变化将揭示预防传染病的所有可能性。 (严杰)

  “中国科学”(2014-12-18第3版国际)