致命綠膿桿菌演化出針對特定遺傳病患者基因

革蘭氏陰性細菌綠膿桿菌 (Pseudomonas aeruginosa) 是種環境中常見的微生物,而正常人遇到牠們,並不會影響健康。不過,綠膿桿菌早已被列入世衛抗生素耐藥重點病原體清單的第一類別,到底牠們為何會演化出利用我們防禦中最小的漏洞,造成失控感染的能力呢?

最新刊於《科學》的國際研究則研究綠膿桿菌的演化歷史,以了解其如何成為人類的健康威脅。

該個團隊由劍橋大學呼吸生物學家 Andres Floto 領導,從全球各種人類、動物和環境來源採集的 9,829 份細菌樣本,開發了 596 個密切相關菌株的基因譜系,其中一些樣本的歷史更可以追溯到 1900 年。

團隊發現,其中只有 21 種菌株導致絕大多數感染,而正正是牠們在過去兩個世紀中的快速演化,才為人類帶來如此危險的傳染源。

每年有逾 50 萬人因綠膿桿菌感染直接死亡,由於該細菌擁有豐富的抗生素抗藥性基因,因此令治療起來特別具有挑戰性。

綠膿桿菌在噴射燃料中就像在幾乎純淨的水中一樣容易生存,其適應性似乎是無限的。這種不可思議的技能使其成為醫療保健環境中的一個特殊問題,即使是最衛生的處理手法也不足以阻止感染。

而患有囊腫性纖維化 (Cystic fibrosis) 和支氣管擴張等慢性肺部疾病的醫院患者尤其容易受到影響。

事實上,團隊發現綠膿桿菌的幾種傳染性菌株甚至已經演化出對囊腫性纖維化患者有很強的親和力,並且有針對性的方法來利用患者健康狀況,幫助避免受宿主免疫系統的破壞。當在免疫細胞中找到新生存空間後,這些特異性綠膿桿菌菌株通過水平基因轉移引互相交換抵抗因子繼續演化。

不過,由於綠膿桿菌不同菌株對不同宿主的親和力不同,以及多輪趨同的宿主特異性適應,最終導致牠們在不同患者群體之間傳播能力都有差異。團隊指出,囊腫性纖維化患者容易感染的菌株,與非患者的傳播已變得很少。

發現證明了病原體能夠利用其生存能力,在極端環境中開闢新的生態位,為其提供空間來無聲無息地收集另一次演化飛躍所需的工具。同時,不同的功能程序都會在演化期間被修改,作為宿主特異性適應的一部分。

來源:

Science Alert, Lethal Secret of One of The World’s Deadliest Pathogens Finally Revealed

報告:

Weimann, A., Dinan, A.M., Weimann, C.R. & et al. (2024). Evolution and host-specific adaptation of Pseudomonas aeruginosa. Science 5 Jul 2024

Vol 385, Issue 6704. DOI: 10.1126/science.adi0908

文/AC

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