追踪流行病起源

科技工作者之家 2020-05-13

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在2005年和2006年,在南非一家农村医院就诊的53名患者被确诊患有广泛耐药结核病(XDR-TB)。事实证明,这种细菌完全不受抗生素影响,最终导致其中52名患者死亡。夸祖鲁-纳塔尔省(KwaZulu-Natal)出现的这场流行病大暴发,是迄今为止规模最大的XDR-TB事件。目前,该省近80%的结核感染都是由耐药菌引起的。《美国科学院院刊》(PNAS)发表了一篇论文,揭示了这种致命菌株的起源。它最早出现在400千米外的地区,比首次记录在案的病例早了10多年。发表这项研究的科学家表示,用多学科工具集可以分析这种毒株起源,当然,这套工具也可以在早期识别其他的耐药病原体,从而阻止它们进一步传播。“本质上,这种病菌和许多其他病原体一样,需要一段时间才能形成,”哥伦比亚大学流行病学家、这篇论文的通讯作者巴伦·马泰马(Barun Mathema)表示,“只要专心研究,就可以及时发现这些突变,并且采取行动。”马泰马和同事对来自夸祖鲁-纳塔尔省的结核病患者做了基因测序工作,分析了其中300多个基因组,大部分样品都采自2011年到2014年间。他们发现,其中78%的样本与图格拉弗里护理研究组织的菌株有遗传关系。系统发育重建(Phylogenetic reconstruction,一种用来推断演化史的统计学方法)揭示了菌株突变出现和扩大的时间节点。此外,科学家还建立了细菌蛋白质结构的3D模型,以此明确每种突变如何帮助病菌建立抗药性和适应能力。他们了解到,该菌株发生过3次重要突变,第一次是在上世纪80年代初,最后一次是在1993年前后。20世纪90年代中期,南非艾滋病流行,出现了大量免疫系统缺陷的人群,这些人群助长了细菌的传播。从相关的GPS数据中,研究人员查看了样本的地理分布。在使用群体遗传学和地理空间建模后,确定了遗传变化是如何从一个地方传播到另一个地方的。他们发现,该菌株起源于距离图格拉弗里很远的地方,并沿着当地繁忙的旅游线路迁移。“所有这些因素加在一起,导致了当初的流行病大暴发,”马泰马说。耐药性是日益严重的世界性问题。马泰马表示,如果能实时对病人身上采集的样本做全基因组测序,再结合多管齐下的分析方法,或许可以在突变引发紧急公共卫生事件前,发现它们。有很多地方(伦敦、纽约等)的公共卫生机构已经在小范围内进行全基因组测序工作了,但是由于资金、专业知识和能力等问题,这种方法还无法快速普及。哈佛大学医学院生物医学信息学的研究员、肺科和重症监护医师马哈·法哈特(Maha Farhat,并未参与这项研究)表示:“行业内的很多人都认为事情应该朝着这个方向发展,但是这还需要公共卫生机构的资助。”

撰文:雷切尔·努尔(Rachel Nuwer)

翻译:施怿

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