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研究首次表明莱姆病细菌不需要铁来感染宿主

2019-09-19 31螺旋体莱姆病

佐治亚大学(University of Georgia)的科学家们刚刚在《科学》(Science)杂志上发表的一项新研究表明,研究首次表明莱姆病细菌不需要铁来感染宿主:引起人类莱姆病的伯氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)是第一种不需要或不使用铁的致病菌。

研究首次表明莱姆病细菌不需要铁来感染宿主

微生物学家Frank Gherardini说:“到目前为止,所有被描述的病原菌都已开发出专门的系统来从它们的宿主体内获取铁。”目前的理论认为,要想在人类身上取得成功,细菌必须克服人体施加给它们的严格的铁限制。虽然人类体内含有丰富的铁,但游离铁的含量远远低于大多数细菌生长所需的水平。令我们惊讶的是,我们发现伯氏疏螺旋体甚至不需要铁。事实上,铁对它是剧毒的。”

了解这些细菌是如何成功地在人类中繁殖并引发疾病的,最终将使研究人员找到更有效的方法来预防和控制这种疾病。

大约30年前,康涅狄格州莱姆(Lyme)及附近地区发生了大量儿童关节炎病例,医生对此感到困惑。经过详尽的研究,他们发现,这种疾病的症状在种类和严重程度上各不相同,是由一种细菌引起的,这种细菌是从鹿蜱伊克索伊德斯(Ixoides scapularis)叮咬后传染给人类的。从那以后,人们对这种细菌及其生命周期进行了大量的研究,Gherardini的实验室多年来一直参与其中,发表了许多这方面的论文。Gherardini的研究生James E. Posey是今天发表在《科学》杂志上的论文的作者之一。

伯氏疏螺旋体与莱姆病

伯氏疏螺旋体是一种螺旋状的生物体,叫做螺旋体。一些科学家认为莱姆病是一个世纪前从欧洲传入的,但直到最近才被发现,那时莱姆病已变得越来越普遍。鹿群的复苏,加上老鼠,细菌的宿主,再加上人类户外活动的增加,都有助于确保疾病的发生和传播。

莱姆病的第一个症状通常是红疹,通常类似于靶心。这种皮疹可以很小,也可以覆盖一个人的整个背部,在被蜱虫叮咬的几周内,当螺旋体进入人体宿主体内时,就会出现这种皮疹。感染会扩散到身体的不同部位,并常常伴有疲劳、身体疼痛、头痛、发烧和颈部僵硬等症状。在大多数情况下,在疾病的早期阶段使用抗生素治疗是有效的。

莱姆病的微生物非常难以分离或培养,所以大多数医生在被蜱虫叮咬的部位或血液中对伯氏疏螺旋体的抗体中寻找皮疹的证据。尽管有可用的测试和治疗方法,许多病例还是几个月没有得到诊断。晚期莱姆病患者大多运气不佳,医生只能治疗这些症状。虽然人们不会死于莱姆病,但伴随而来的关节不适和其他症状会造成持续的痛苦。这就是为什么实验室仍在努力研究伯氏疏螺旋体感染宿主并在宿主中存活的方式。

Gherardini说,直到最近,标准智慧还认为所有的病原体都需要铁。本次研究首次表明莱姆病细菌不需要铁来感染宿主,这一新的发现可能并不意味着伯氏疏螺旋体进化了,尽管自然选择,一个不需要铁元素的生命周期。另一方面,整个基因组的自然选择压力显然使博尔利亚没有铁也能存在,尽管原因尚不清楚。

Gherardini实验室里的研究得到了不可估量的帮助,因为博尔利亚·伯戈多菲利虫的基因组已经完成,所以科学家们知道了该虫染色体上基因的位置——以及这些基因的功能。

研究内容

研究人员需要的证据来得缓慢而费力。首先,他们发现几种常见的铁依赖酶的活性在细胞提取物中是检测不到的。第二,在对整个基因组序列的分析中,他们没有在细菌中发现含铁蛋白。第三,伯氏疏螺旋体在高铁限制化合物的存在下正常生长,第四,这种细菌在铁限制条件下似乎不会改变基因表达。最后,通过质谱分析和放射性铁转运技术,他们发现伯氏疏螺旋体细胞内的铁含量比其他致病菌低1000倍。

Gherardini说:“利用铁进行的摄取实验表明,伯氏囊藻不运输铁,而且每个细胞中只有不到五个铁原子。”到目前为止,只有一种自由生长的土壤细菌——乳杆菌的实验数据表明,生长不需要铁。显然,伯氏疏螺旋体属于一类独特的致病菌,它使用一种新的策略来克服人体宿主的铁限制。

后续研究方向

目前还不清楚这项新发现将如何用于开发针对莱姆病感染者的新疫苗或新疗法。虽然伯氏疏螺旋体内可能仍然存在残余的铁通道,但仅仅将铁添加到饮食中或作为一种药物治疗几乎没有什么好处。尽管如此,由于锰等其他金属被这种细菌利用,发现这种细菌不需要铁可能会为限制这种疾病在人类身上的发生和严重程度提供一种全新的方法。

Gherardini说:“细菌的最终目标不是消灭宿主。”“我只是想换个地方住。这应该能告诉他们是如何做到这一点的。”

好消息是,可能只有不到1%的蜱虫感染了伯氏疏螺旋体,尽管在一些地区,超过一半的蜱虫携带这种微生物。Gherardini说,坊间的证据表明,在佐治亚州,从蜱虫身上分离出的伯氏多菲氏杆菌菌株很少,如果有的话。

如果你发现身上有蜱虫,用镊子轻轻拔出来,小心不要挤压蜱虫的身体,然后在叮咬处涂上杀菌剂。美国国立卫生研究院支持的科学家的研究表明,蜱虫必须附着在宿主身上数小时才能传播莱姆病细菌。

引用

University Of Georgia. "Research Shows For The First Time That Lyme Disease Bacterium Does Not Require Iron To Infect Host." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 June 2000.
www.sciencedaily.com/releases/2000/06/000602073005.htm.

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