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病原菌从“良民”到“恶魔”进化神秘面纱被掀开

2014.4.21

　　病原菌从“良民”到“恶魔”进化面纱被掀开有助于预防未来可能发生的流行性疾病

　　细菌引起的疾病每年造成数百万人死亡，而这些细菌在进化历史中，在达到某个关键点之前，大部分都是良性的。一直以来，科学家不知道什么原因让这些无害“良民”变成了病原菌“恶魔”。据物理学家组织网近日报道，研究人员跟踪研究了一种食肉细菌的“变身”过程。掌握了细菌何时“变身”，有助于预防未来的流行病。相关论文发表在近期美国《国家科学院学报》上。

　　这种食肉细菌叫做GAS(A组β-溶血性链球菌)，是一种高传染性细菌，会引起多种感染，对人类的影响在上世纪80年代才开始显现。科学家认为，GAS是从一种危害很小的链球菌进化而来。论文领导作者、美国卫理公会医院研究所的詹姆斯·缪塞尔说：“我们的研究再现了这种细菌的进化史，从而揭开了这一致命病原体整个变身过程的神秘面纱。”

　　研究小组分析了来自全世界的细菌基因数据库——3600多种链球菌株，正是这些菌株基因组中发生的一系列基因事件，将GAS一步步变成了“恶魔”。

　　首先，外来DNA通过水平基因转移进入到原来无害的链球菌中——这是一种细菌之间非常普遍的现象。而这种DNA通常是噬菌体提供的，噬菌体是专门感染细菌的病毒。当外来DNA被并入链球菌细胞的基因组中后，会产生有害毒素。这些毒素基因有的会进一步变异，让链球菌变得毒性更强。

　　缪塞尔说，还有一种水平基因转移让它们能产生遏制免疫系统的蛋白质，从而加重感染。

　　英国莱斯特大学的马可·奥吉奥尼说：“本研究用的是全基因组数据，所以能看到所有的基因变化。”利用统计模型，他们能准确确定GAS细菌中基因变化的时间，追溯它们进化的历史。基因变异的时间非常重要。比如，最近的一次基因变异让GAS变成了高毒性，这发生在1983年。此后，全世界暴发过3次链球菌感染。“我们推算的数据与大量资料中记载的链球菌流行病暴发相吻合。”缪塞尔说。

　　缪塞尔认为，如果定期记录下足够多的细菌基因组，监视它们有哪些变异或基因转移，就可能提前发现流行病的苗头。“在短期内，这一发现将帮助我们确定细菌内部基因变异的方式，计算细菌疫苗需要更新换代的频率。”缪赛尔说，“从长期看，这种技术在预防疾病方面非常重要，我们或许能将流行病扼杀在萌芽状态。”

基因进化链球菌

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