【細菌演化】肉食性鏈球菌是如何掀起傳染病的?

■細菌很少留下化石紀錄(藍綠藻除外),它們實在演化太快了、太快了。細菌壽命短,所以只要一繁衍,子代就會拼命活,再經由物競天擇演變成駭人的病原體,再強效的抗生素也防不勝防。

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化膿性鏈球菌

作者|MATT SIMON
編譯|柯宗佑

肉食性細菌尤其可怕。《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)刊登的一篇新研究,即針對A群鏈球菌(group A Streptococcus)的演化過程深入探討,希望藉此釐清該種細菌的威脅性,一探傳染病的發生緣由。

你可能曾經受A群鏈球菌感染,最後演變成鏈球菌咽喉炎。不過,由於個人免疫系統差異,加上鏈球菌種類不同,每個人被感染的方式也不一,有些人還會因此喪命。加州大學舊金山醫學中心(University of California, San Francisco Medical Center)醫師保羅.蘇蘭姆(Paul Sullam)表示:「這種細菌會侵蝕肌肉、心臟瓣膜,也可能流進血液。要是流進血液,心肺功能就會大受干擾,引起敗血性休克。」此外,A群鏈球菌也可能將軟組織破壞殆盡,導致所謂的壞死性筋膜炎(necrotizing fasciitis)。

老早以前,A群鏈球菌威力並不強,只是到了1980年代早期,這種細菌突然變身,引起一場傳染病,從此以後便不斷威脅人類。但是,多虧這份新的研究報告,當初的致病機制已經昭然若揭了。科學家針對數千種A群鏈球菌進行大規模基因定序,結果發現,當年只不過出現了小小四種基因變異,最後卻掀起全球疾病風暴。

化膿性鏈球菌是A群鏈球菌分類中唯一的物種。
化膿性鏈球菌是A群鏈球菌分類中唯一的物種。

論文作者之一、休士頓衛理研究院(Houston Methodist Research Institute)傳染病病理學家詹姆士.慕瑟(James Musser)表示:「最初的兩次變異,是由細菌性病毒引起的。細菌跟人一樣,也會被病毒感染。」

1980年代期間,這批病毒感染了某個A群鏈球菌細胞,並將基因植入細菌體中,讓細菌開始製造新型毒素。這種不靠繁殖基因突變,而靠外界輸入新基因的方式,就是所謂的水平基因轉移。正如同蘇蘭姆所言:「最常見的水平轉移基因來源,就是噬菌體了。」

至於第三次變異,則是一般的細菌基因突變,造成毒素變強。而第四次也就是最後一次變異,是因為另一種病毒先攻擊了另一種A群鏈球菌,吸取了某些基因片段後,轉而攻擊引起傳染病的A群鏈球菌,將兩種新毒素注入細菌體內,最後經過細菌繁殖,毒素便大量複製,引發傳染病。

慕瑟說:「感染機制的屬性出現了兩大變化。第一,感染數量大幅增加;第二,感染嚴重程度大幅增加。嚴重程度。如此一來,傳染病就應運而生了。」

這類研究看似工程浩大,五年前,光是分析五個基因組就是項艱鉅任務了,但這份報告研究了3,615種A群鏈球菌,可謂數量龐大,這都要歸功於當今科技進步,讓生醫科學家能對付長久以來難解的大哉問。

對抗A群鏈球菌是非常重要的。慕瑟表示:「這群細菌相當特別,目前還沒有疫苗能對付它,但藉由研究成果,或許我們能找到它的弱點,試圖對症下藥。」他也說:「我們已經有經驗,知道傳染病的真面目了,不過仍然要針對其他A群鏈球菌和別種細菌作實驗,努力挖掘出傳染病的通性。」

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研究出處:How Flesh-Eating Strep Bacteria Evolved Into an Epidemic
譯者:柯宗佑 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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