美国持续爆发的真菌性脑膜炎疫情已导致30人死亡,419人患病,但这种真菌此前从未造成如此严重的破坏。
这种真菌,Exserohilum rostratum(喙状埃塞菌),是一种以植物为食的广食性生物,配备了理想的空气传播孢子发射机制,并且并非特别挑食。虽然它偏爱禾本科植物,但也会以许多东西为食——包括人类。
但一种通常与户外环境相关的病原体究竟是如何进入一家公认肮脏的实验室制备的三批注射类固醇中的——以及为什么只有三批——仍然是一个令人费解的谜团。
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美国疾病控制与预防中心表示,在52名受感染者的实验室样本中已鉴定出这种迷路的真菌,并在据称导致疫情爆发的类固醇未开封小瓶中也发现了该真菌。第三批召回批次仍在测试中。但E. rostratum(喙状埃塞菌)并非家喻户晓的名字,即使在真菌学家中也是如此。
退休的医学真菌学家格伦·罗伯茨表示,在他于明尼苏达州罗切斯特市梅奥诊所工作的40年经验中,他只见过一例病例:一名免疫功能低下患者的手臂软组织伤口。当他听到起源于马萨诸塞州弗雷明汉的新英格兰配制中心药房的疫情中的病原体身份时,他感到震惊。
“我简直不敢相信,因为它太罕见了,”他说。
然而,在户外空气中和植物上,E. rostratum(喙状埃塞菌)并非如此罕见。
在新闻报道中,它被描述为“在禾本科植物上”出现,但这并非故事的全部。明尼苏达大学植物病理学系荣休教授库尔特·伦纳德说,这种真菌似乎更喜欢热带和亚热带环境,它已在多种植物物种中出现,伦纳德于2001年从美国农业部谷物病害实验室(当时的谷物锈病实验室)退休。
在职业生涯早期,伦纳德理清了外观相似但仅远缘相关的真菌的分类学混乱,这些真菌具有多细胞深色孢子,并在玉米等谷物中引起疾病。他为他创建的一个新属命名为Exserohilum(埃塞菌属)——因为其孢子上突出的突起被称为脐柄(真菌和植物世界的肚脐)。
该属中一个物种——E. rostratum(喙状埃塞菌)——的运行模式是感染植物,并在某些情况下加速组织死亡。植物防御——可能包括诱导细胞强化、细胞自杀、有毒化学物质以及防御酶和蛋白质——通常足以控制感染,但不足以消除感染。当植物死亡时,回报就来了——真菌是第一个以其腐烂残骸为食的。“我认为它只是一种普通的植物弱病原体,”伦纳德说,“一种可以在植物活着时感染植物,但在叶片衰老之前不会造成太大损害的东西。”
伦纳德经常在玉米、高粱和约翰逊草上发现E. rostratum(喙状埃塞菌),尽管它远不如几种更严重的玉米病原体常见。它是一种机会主义者,有时会在昆虫钻入植物时感染玉米穗和茎秆,为真菌创造一个方便的死亡组织着陆点。
最常见的是,这种真菌出现在禾本科植物和其他单子叶植物上——这些植物通常以三部分花和平行叶脉为特征——如菠萝、香蕉和甘蔗,但它也曾在非单子叶植物如葡萄和甜瓜上发现。显然,这是一种对食物不太挑剔的真菌。“它只是一种在环境中非常常见的真菌,主要以死亡和垂死的植物组织为生,”伦纳德说。还有许多其他类似的真菌,其中许多也可能偶尔感染动物或人。
伦纳德还在他的实验室中观察到E. rostratum(喙状埃塞菌)的另一个有趣的特性:在干燥的叶片碎片上,这种真菌可以在两天内从单个孢子生长成一片新鲜孢子加冕的真菌丝状体——比他研究的任何其他相关物种都更快、更丰富。“这是一种非常适应在条件合适时定殖衰老或死亡叶片组织的真菌,”伦纳德说。“因此,这将是E. rostratum(喙状埃塞菌)成为混乱实验室中可能出现的候选者的另一个原因。”
但如果这种真菌主要分布在热带和亚热带地区,那么它在新英格兰这样的地方做什么呢?
伦纳德解释说,在夏季,这种真菌可能在美国北部的一些地方找到理想的生长条件,或者它可能通过风向北传播。这些孢子具有基于静电的喷射系统,旨在轻松地将它们发射到空气中。充足的草坪剪报为真菌的生长提供了理想的场所。
罗伯茨说,色素沉着黑色素(包括E. rostratum(喙状埃塞菌))的那组真菌——与使人类皮肤变黑并保护人类皮肤的分子相同——似乎正在产生更多的人类感染,原因他尚不清楚。E. rostratum(喙状埃塞菌)除了引起软组织感染外,也极少引起鼻窦或眼部感染,主要发生在免疫功能低下的患者中。
尽管这种真菌的身份让他感到惊讶,但罗伯茨对其一旦进入患者体内就能利用自身状况的能力并不感到惊讶。在真菌与药物一起注射到硬膜外腔后——硬膜外腔是包裹脊髓液和脊髓的硬脑膜与椎骨内壁之间的空间——真菌的丝状体能够穿透硬脑膜,进入脊髓液并直接到达大脑,这是一个免疫系统很难消除甚至仅仅控制感染的环境。“脊髓液是一种极佳的培养基——最好的培养基之一,”他说。“营养物质充足,温度也绝对合适。”
他推测,那些遭受最严重感染的人可能是那些针头意外刺穿硬脑膜的人,从而缩短了真菌进入脊髓液的致命路径。然后,在一些致命病例中,真菌丝状体开始在大脑中生长,吸引血小板以及白细胞和红细胞聚集在丝状体周围,形成可能阻塞血管并引发中风的肿块。然而,并非所有死亡病例都与中风有关,因此其他死亡病例的机制仍不清楚。
真菌仅限于三批药物也仍然无法解释。如果该设施的水或空气供应普遍受到污染,人们会预计所有批次都会受到影响。罗伯茨推测,也许在某一天或某几天,有东西从附近的回收中心或其他来源吹进来,而在其他日子则没有。
另一种途径可能是药物本身:尽管用于配制最终剂量的水据称是无菌的,但类固醇药物成分并非如此。“在某人的脊柱中使用非无菌成分[进行注射]?”罗伯茨说。“天哪,这太可怕了。”