感染

警惕!首次在医院发现导致肺病的杂交霉菌!

作者:佚名 来源:生物谷 日期:2020-06-24
导读

         从神话中的牛头怪到骡子,由两个或更多不同的有机体合并而成的生物--杂交生物--在人类历史和文化中扮演着决定性的角色。然而,并不是所有的混血儿都像牛头怪一样神奇,或者像骡子一样可靠;事实上,其中一些会导致人类疾病。 进化生物学家们Jacob L. Steenwyk和Antonis Rokas试图弄明白为什么某些真菌每年会感染成千上万的病人,而另一些真菌却无害。研究人员对曲霉菌引起的感染特别感兴趣。

关键字:  杂交霉菌 

        从神话中的牛头怪到骡子,由两个或更多不同的有机体合并而成的生物--杂交生物--在人类历史和文化中扮演着决定性的角色。然而,并不是所有的混血儿都像牛头怪一样神奇,或者像骡子一样可靠;事实上,其中一些会导致人类疾病。

        进化生物学家们Jacob L. Steenwyk和Antonis Rokas试图弄明白为什么某些真菌每年会感染成千上万的病人,而另一些真菌却无害。研究人员对曲霉菌引起的感染特别感兴趣。曲霉菌是一组霉菌,是一种多细胞真菌,通常通过形成毛发状的丝状网络生长,可以在免疫系统薄弱的患者中引起非常严重的感染。在检查从肺部疾病患者身上分离出的曲霉菌菌株时,他们意外地发现了一种感染人类的曲霉菌杂交菌株。这一发现意义重大,不仅因为这是已知的第一个混合霉菌感染人类的例子,而且因为准确识别引起疾病的物种是控制真菌感染的关键。

        图片来源:Chen et al., 2016, Studies in Mycology

        仅仅通过显微镜观察是不够的

        在过去的几年里,Jacob L. Steenwyk和Antonis Rokas在范德比尔特大学的团队、巴西圣保罗大学Gustavo Goldman的团队以及世界各地的许多合作者一直在收集感染了不同种类曲霉菌的患者的真菌样本。其中一个他们特别感兴趣的物种是构巢曲霉(A. nidulans),一种相对常见的且一般无害的真菌。临床实验室通常通过在显微镜下检查真菌培养物来鉴别引起感染的曲霉菌种类。这种方法的问题是,在显微镜下观察时,亲缘非常近的曲霉菌种类往往在广阔的形态或物理外观上非常相似。

        他们对检查不同构巢曲霉引起疾病的不同能力感兴趣,因此决定分析它们的全部遗传内容,或基因组。他们所看到的完全出乎意料。我们没有收集构巢曲霉,而是收集了一种与之相近的Aspergillus latus,我们很快发现, Aspergillus latus(A. latus)是两种其他曲霉属真菌通过基因融合进化而来的杂化细菌:Aspergillus spinulosporus以及一个与Aspergillus quadrilineatus相关的未知的近亲菌株。因此,研究人员意识到,不仅这些病人感染的是一个完全不同的物种,而且这个物种是第一个已知的能引起人类感染的曲霉杂交品种。

        几种不同的杂交真菌会引起人类疾病

        众所周知,能引起人类感染的杂交真菌出现在被称为酵母的单细胞真菌的几种不同谱系中。值得注意的例子包括引起人类疾病、隐球菌病和念珠菌病的多种不同种类的酵母杂交。虽然致病性酵母杂交种是众所周知的,但研究人员发现A. latus病原体是一种杂交种,这是第一次发现导致人类疾病的霉菌。

        为什么某些种类的曲霉是致命的,而其他种类的曲霉是无害的,这仍然是未知的。这在一定程度上可能是因为生物引起疾病的能力是由各种性状组合而不是个体性状构成的。那么为什么杂交种经常与人类疾病有关呢?杂种遗传了双亲的遗传物质,这可能导致新的性状组合。这可能使他们在某些特征上更像父母中的一个,在另一些特征上反映父母双方的特征,或者在其他特征上与父母双方的特征不同。正是这种从亲本物种遗传而来的混合和匹配的特征促进了它们的进化成功,包括它们导致疾病的能力。

        曲霉菌的进化起源

        多种进化途径可以导致杂交的出现。一种途径是交配,就像马和驴交配创造出骡子一样。另一条途径是通过合并或融合来自不同物种细胞的遗传物质。

        研究人员发现的真菌似乎就是走了这第二条路。与它的亲本物种相比,A. latus似乎有两种几乎所有的东西:两倍的基因组大小,两倍的基因总数,等等。但与其他杂交品种不同的是,他们发现A. latus既能无性繁殖,也能有性繁殖。

        但是A. latus的父母有多不同呢?通过比较A. latus的基因组中双亲各占的部分,他们估计它的双亲大约有93%的基因是相似的,就像我们人类和狐猴的关系一样。换句话说,A. latus,一种传染病的病原体,是真菌等价于人类狐猴杂交。

        A. latus与它的父母有何不同

        图片来源:Centers for Disease Control and Prevention

        阐明密切相关的真菌病原体的身份以及它们在感染相关特征上的差异是减少真菌疾病负担的关键一步。例如,研究人员发现A. latus对一种最常见的抗真菌药物卡泊芬净的耐药性是A. nidulans的三倍,而A. nidulans最初是通过显微镜方法发现的。这一结果清楚地说明了准确识别引起感染的曲霉菌病原体的潜在重要性。

        研究人员也研究了A. latus和A. nidulans是如何与免疫系统中的细胞相互作用的。他们发现,免疫细胞在对抗A. latus时比A. nidulans效率低,这表明我们的免疫系统可能更难识别和摧毁这种杂交真菌。

        在COVID-19大流行期间,我们对曲霉菌病原体的了解变得更加迫切。越来越多的证据表明,部分COVID-19患者也感染了曲霉菌。更令人担忧的是,这些继发性曲霉菌感染会使新冠病毒感染者的临床结果恶化。尽管如此,我们强调,由于缺乏系统的检测,我们对COVID-19患者的曲霉菌感染了解甚少,而且目前发现的感染似乎都不是混合菌引起的。

        所以,当涉及到杂交体的时候,有些是神奇的(牛头怪),有些是有益的(骡子),有些是危险的(曲霉)。对曲霉生物学的更多了解有助于我们理解微生物病原体是如何产生的,以及如何最好地预防和对抗它们的感染。

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