PNAS：萬萬沒想到，結(jié)核桿菌自己提供促進空氣傳播的基因

來源：作者：人氣：-發(fā)表時間：2025-03-13 10:55:00【大中小】

摘要：研究人員稱，結(jié)核病細菌依賴于一個基因家族。

研究人員來自威爾·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，這些基因幫助它們在咳嗽、打噴嚏或說話時從一個人的肺部傳播到另一個人的肺部。這項研究為結(jié)核病治療提供了新的靶點，有望同時治療感染并阻止細菌傳播。

迄今為止，人們對這種傳播過程知之甚少——當(dāng)攜帶細菌的飛沫被噴入空氣中時，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《美國國家科學(xué)院院刊》上的一項研究首次揭示，結(jié)核桿菌并非被動地承受這些轉(zhuǎn)變，而是會激活數(shù)百個基因以適應(yīng)和生存。

圖1 結(jié)核分枝桿菌候選傳播存活基因組

許多被識別的基因此前被認為并不重要，因為它們在人感染時似乎并不影響疾病進程。然而，這項新研究表明，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這些基因，它不僅可以有效治療個體，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。

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)——細菌感染宿主的機制，以及診斷和治療疾病的方法上。“我們在空氣傳播方面存在一個盲點，即病原體在空氣中循環(huán)時如何承受這些突然的變化。”共同通訊作者、麻省理工學(xué)院流體動力學(xué)疾病傳播實驗室主任、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，“現(xiàn)在我們通過這些基因，了解了結(jié)核病用來保護自己的工具。”

為了更準(zhǔn)確地了解細菌傳播，納森博士——結(jié)核病和細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。

揭示生存機制

結(jié)核分枝桿菌會導(dǎo)致一種呼吸道疾病，每年在全球?qū)е鲁^百萬人死亡。這種細菌極具傳染性，通過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感染。

以往對結(jié)核病的大部分實驗研究都是基于在實驗室溶液中培養(yǎng)的細菌。但研究團隊發(fā)現(xiàn)，這種液體的化學(xué)成分與結(jié)核病患者實際排出的微小飛沫非常不同。他們還排除了痰液——患者常用于診斷測試的黏性液體，因為它太黏稠，無法分解成可吸入的飛沫。

研究人員根據(jù)對感染肺組織的分析，開發(fā)出一種更接近實際的液體。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€階段

接下來，他們用這種液體將不同混合物以微小的單個飛沫形式沉積到平板上，并詳細測量它們的蒸發(fā)情況。為了模擬飛沫在飛行中的情況，平板被放入一個極度干燥的室內(nèi)以加速蒸發(fā)。每個飛沫都包含一種特定基因被敲低的細菌菌株，以觀察哪些基因影響細菌在飛沫蒸發(fā)過程中的存活。

在測試的4000個基因中，他們發(fā)現(xiàn)有一組幾百個基因似乎只有在結(jié)核桿菌面臨空氣傳播條件時才變得重要。這些基因幫助它們適應(yīng)這種真實的液體、從肺部深處進入空氣的大氣變化以及蒸發(fā)帶來的壓力。

基因揭示損傷控制線索

研究人員發(fā)現(xiàn)，許多細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，或者銷毀無法修復(fù)的受損蛋白。另一組基因則幫助細菌抵抗在微小飛沫中的脫水。

“我們發(fā)現(xiàn)了一份非常長的候選名單。”納森博士說，“有數(shù)百個基因，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，這些實驗并不是細菌空氣傳播的完整模型。展望未來，研究人員已經(jīng)設(shè)計并開始了實驗，允許他們在飛沫飛行中研究蒸發(fā)。這個更準(zhǔn)確的平臺將有助于確認新發(fā)現(xiàn)的基因是否在結(jié)核桿菌的傳播過程中起到保護作用，這可能為阻斷這些防御機制的治療方法鋪平道路。

“等待識別出患有結(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，“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。如果你對這個過程一無所知，你該如何做到這一點？現(xiàn)在我們有一些想法了。”

參考資料

[1] Candidate transmission survival genome of Mycobacterium tuberculosis