科学家绘制出致命细菌如何进化成流行病的图谱

铜绿假单胞菌每年在全球导致超过50万例死亡，其中超过30万例与抗菌药物耐药性（AMR）有关。患有慢性阻塞性肺疾病（与吸烟相关的肺损伤）、囊性纤维化（CF）和非CF支气管扩张症等疾病的人尤其容易受到影响。

关于铜绿假单胞菌如何从环境生物进化为专门的人类病原体，之前并不清楚。为了研究这一点，剑桥大学科学家领导的一个国际团队检查了来自全球感染个体、动物和环境中的近10,000个样本的DNA数据。他们的研究结果今天发表在《科学》杂志上。

通过绘制数据，研究团队能够创建出系统发育树——“家族树”，展示了样本中的细菌如何相互关联。令人惊讶的是，他们发现近十分之七的感染是由仅21个遗传克隆或“家族树分支”引起的，这些克隆在过去200年里迅速进化（通过从邻近细菌中获得新基因），然后在全球范围内传播。这种传播的发生很可能是因为人们开始生活在人口密集的地区，那里的空气污染使我们的肺部更容易受到感染，并且有更多的机会让感染传播。

这些流行性克隆具有感染特定类型患者的内在倾向，有些偏好CF患者，而其他则偏好非CF个体。事实证明，这些细菌可以利用CF患者先前未知的免疫缺陷，使它们能够在巨噬细胞内生存。巨噬细胞是“吞噬”入侵生物的细胞，将它们分解并防止感染扩散。但是，CF患者免疫系统的先前未知的缺陷意味着一旦巨噬细胞“吞噬”了铜绿假单胞菌，就无法将其消除。

在感染肺部后，这些细菌以不同的方式进化，变得更加适应特定的肺部环境。结果是，某些克隆可以在CF患者之间传播，而其他克隆则在非CF患者之间传播，但几乎从不在CF和非CF患者群体之间传播。

剑桥大学英国囊性纤维化创新中心主任、皇家帕普沃思医院NHS基金会信托基金的Andres Floto教授以及该研究的高级作者表示：“我们对铜绿假单胞菌的研究让我们对囊性纤维化的生物学有了新的认识，并揭示了我们可能能够改善这种疾病以及其他潜在疾病中对抗入侵细菌的免疫力的重要途径。

“从临床角度来看，这项研究揭示了关于铜绿假单胞菌的重要信息。一直以来，研究的焦点都是这种感染如何在CF患者之间传播，但我们的研究表明，它在其他患者之间也很容易传播。这对于医院中的感染控制具有非常重要的意义，因为感染个体与潜在高危人群共处同一病房的情况并不罕见。

“我们非常幸运，在皇家帕普沃思医院，我们有单间病房，并且已经开发并评估了一种新的空气处理系统，以减少空气中的细菌数量并保护所有患者。”

剑桥大学Victor Phillip Dahdaleh心脏与肺研究所的Aaron Weimann博士以及该研究的第一作者表示：“这些细菌以惊人的速度进化并引发流行，并能专门适应特定的肺部环境，这非常令人惊叹。我们真的需要对所有风险患者群体进行系统性的、前瞻性的筛查，以检测和希望预防更多流行性克隆的出现。”