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大肠杆菌,是一种很常见的单细胞生物,它们通常寄生在人类的肠道中,与人类互利共生,不会给我们的健康带来危害,反而会帮助我们抵御致病细菌的入侵。
但是,当大肠杆菌移居到肠道以外的地方,比如尿道、膀胱等处,就可能会造成相应部位的感染,导致疾病的发生。科学家们发现,一般来说,当机体免疫下降或肠道长期缺乏刺激等情况下,大肠杆菌才会移居到其他地方。
然而,最新的研究表明,来自农场养殖动物身上的大肠杆菌的遗传物质,可能会帮助人类身上的大肠杆菌菌株“黑化”,使它们获得自主移居到人类肠道以外的区域并存活的能力,进而导致疾病。
大肠杆菌通常作为无害细菌生活在鸟类和哺乳动物(包括人类)的胃肠道中。但它们也独立于宿主居住在水和土壤等环境中,以及鸡肉和火鸡肉、生牛奶、牛肉、猪肉和混合沙拉等食品中,这些特立独行的大肠杆菌,会让本无害的同类“黑化”。
来自悉尼科技大学的卡梅隆·里德博士(CameronReid)主导了这项新研究。最近发表在《自然通讯》上的这项研究的目的是为了更好地理解一种新的大肠杆菌菌株ST58的进化和基因组特征。
ST58已经从世界各地患者的血液感染中分离出来。在法国,这种菌株的感染数量在12年期间翻了一番。ST58也比其他菌株更具耐药性。里德博士说:“我们的团队分析了来自世界各地多个人类、动物和环境来源的大肠杆菌ST58基因组,以寻找导致败血症和尿路感染的新原因的线索。”
“我们发现,来自猪、牛和鸡的大肠杆菌ST58含有一种叫做ColV质粒的遗传物质,这是这种致病大肠杆菌的特征。”质粒是与细菌染色体分离的微小双链DNA分子,可以独立复制并在不同的大肠杆菌菌株间转移,有助于毒力的进化。
研究表明,获得ColV质粒可能会使本无害的大肠杆菌菌株在人体内引起额外的肠道感染,并增加抗药性的可能性。“人畜共患病,尤其是与大肠杆菌有关的人畜共患病,不应仅仅被视为病原体从动物向人类的转移,”研究合著者史蒂文·乔德耶维奇教授(StevenDjordjevic)说:“相反,它应该被理解为一种复杂的现象,产生于大肠杆菌(和其他细菌)群体之间的巨大相互作用网络,以及它们在人类和动物身上遇到的选择压力。”
研究结果表明,食用动物生产的三个主要部门(牛、鸡和猪)都是这种病原体进化和出现的背景。里德博士说:“人们通常对非人类来源对人类传染病的贡献知之甚少,对其潜在重要性认识不足,有关COVID-19病毒生态起源的辩论证明了这一点。”
在一个全球化的世界里,病原体极易迅速传播,积极管理微生物对公共健康的威胁的重要性不容低估。这项研究对横跨食品行业、兽医和临床环境的公共卫生政策具有广泛的影响。里德博士说:“迄今为止,传染病公共卫生一直是一门反应性学科,人们只有在病原体出现并造成一定损害后才能采取行动。”
理想的情况应该是,随着基因组测序技术的出现和广泛应用,未来的传染病公共卫生可以过渡到一个主要是积极主动的学科,在这个学科中,基因组监测系统能够预测病原体的出现,并为有效干预提供信息。要使这样一个系统发挥作用,科学家们需要与公共卫生机构、食品生产商和临床医生进行持续的研究和合作,还需要对各种非人类来源的微生物进行监测。
“一个单一健康基因组病原体监测系统将是公共卫生领域的一场革命,并将大大打破与我们周围的世界没有联系的以人为中心的历史做法。”