关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。购买订阅有助于确保未来有关塑造当今世界的发现和想法的精彩故事得以继续传播。
耐药性金黄色葡萄球菌是全球医院的祸害，经常使那些因其他疾病入院治疗的患者患病甚至死亡。而直到现在，科学家们还无法密切追踪单一菌株的传播和突变模式。
一项新的项目，利用高通量全基因组测序，已经开始揭开耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) 的神秘面纱，揭示了细菌如何在患者之间以及各大洲之间传播的趋势。该项目的研究结果于1月21日在《科学》杂志上在线发表。
研究人员以一种名为 ST239 的常见菌株作为主要研究对象。英国剑桥大学医学系的 Sharon Peacock 在 1 月 20 日与记者的电话会议中说：“我们知道这种菌株很普遍，但我们不知道它是如何传播的。”鉴于在全球范围内都发现了 MRSA，科学家们认为它能够在各大洲之间传播，但各种亚型传播的方式和地点仍然因低分辨率数据而模糊不清。
使用较旧的分析技术（如多位点序列分型 (MLST)），大多数 MRSA 菌株的分离株似乎具有相同的遗传特征。科学家通常会在整个 MRSA 基因组（包含大约 3,000 个基因）中对六个或七个基因的 DNA 序列进行采样。新的研究背后的研究人员解释说，在这种粗糙的分辨率下，细微的遗传变化通常会被忽略。然而，更快速的全基因组测序使研究人员能够看到发生在单核苷酸变化水平上的“非常精确的差异”，剑桥惠康信托桑格研究所 (WTSI) 的 Stephen Bentley，也是该研究的资深作者，在电话会议中说道。例如，1982 年至 2003 年间从全球各地（亚洲、澳大利亚、欧洲以及北美和南美）收集的数十种 MRSA 分离株使用 MLST 方法看起来完全相同，但通过更新的全基因组分析，每一种都被证明在基因上是不同的。
当应用于 MRSA 时，更彻底的过程创造了“理解上的飞跃”，这使得研究人员能够构建 MRSA 的 ST239 菌株的粗略的遗传进化树。“它可以让我们估计其出现的时间，并追踪它随后如何在世界各地传播，”WTSI 的 Simon Harris 在电话会议中说。这种特殊的菌株似乎在 20 世纪 60 年代的欧洲出现，当时抗生素的使用在该地区呈上升趋势。
突变的移动
在比较从各大洲收集的细菌样本的基因序列时，研究小组发现分离株往往在地理上高度聚集，在南美洲各地存在密切相关的形式，而其他形式在亚洲更常见。Harris 说，这一发现“表明洲际传播是一种罕见的事件”。描述该项目的论文重点介绍了其中一些显然不常见的感染，例如，描述了一个案例，其中巴西的 MRSA 谱系出现在葡萄牙的一家医院，表明感染偶尔会在各大洲之间传播。
所有这些结论都是通过新近详细的细菌跨世代发生的遗传变化图实现的。研究人员推断，这种基因突变过程以大约每六周一个核心碱基对的速度发生。这听起来可能很缓慢，但 Harris 说，这个速度“比之前认为的要快得多”。作者指出，这种细菌的取代速率大约是 估计的大肠杆菌速率的 1000 倍。
除了突变的速度之外，它们的积累似乎也增强了 MRSA 最成问题的一个方面——其抗生素耐药性。Harris 解释说，提供耐药性的突变似乎在单一菌株的各个谱系中多次发生：“赋予耐药性的突变正在世界各地发生。”特别是，耐药性似乎专门针对常用的抗生素进行了调整，这对细菌施加了“巨大的选择压力”，Harris 说。事实上，大约 29% 的趋同突变“可以直接与目前正在使用的抗生素药物的耐药性进化相关，证实临床实践是病原体进化的主要驱动因素”，研究人员在研究中总结道。
通过研究 MRSA 的起源和传播模式，研究人员希望能够推荐更有效的方法来阻止这种侵袭性葡萄球菌的传播——不仅是在医院内，而且在医院之间和其他环境中。Peacock 说，通过更高分辨率的分析，“你可以看到菌株是从患者传播到患者还是被带入医院的”。从泰国一家医院仅七个月收集的高度多样化的样本表明“[有] 多次引入”，Harris 说。目前尚不清楚这些引入可能来自何处，无论是来自在其他医疗保健或社区环境中感染的工作人员、患者还是访客，但很明显，传播图已经扩展到病房和医院墙壁之外。
Peacock 说：“我们把 MRSA 分为两个不同的类别：医院获得性 MRSA 和社区获得性 MRSA。” 这两者的重叠越来越严重，Peacock 指出，社区获得性似乎变得更加普遍。她说，尽管这项分析是对医院病例进行的，但也可以对社区的 MRSA 进行化验。
将高通量投入使用
更多地了解 MRSA 突变和传播模式的主要目标之一是改进可能阻止（或至少减缓）这种致命感染传播的政策。Peacock 说，这将使研究人员能够找到预防链中的断裂点，她补充说，“我们不会通过任何量的洗手来阻止[它]”。她指出，这种新的分析也不会阻止 MRSA 的蔓延，但“这种工具将提供额外的弹药来识别 MRSA 的传播途径。”
该项目虽然为 MRSA 的动态提供了新的视角，但并非旨在提供感染的全面地图或历史。相反，“这是一个原理验证，”Harris 解释说。因此，研究人员表示，他们预计该领域很快会有更多进展。
Bentley 指出，曾经需要数年时间才能拼凑出细菌基因组，而现在可以在“几周内”对完整的基因组进行测序。这些研究人员使用的技术使他们能够一次处理 96 个样本。十年前，对引起结核病的分枝杆菌的基因组进行测序需要三年时间，成本约为 80 万美元。今天，对这些 MRSA 分离株进行测序需要 4 到 6 周的时间，每个样本的成本约为 300 美元。尽管如此，300 美元的测试对于常规使用来说并不实用，正如 Bentley 指出的那样，周转时间“对于在医疗保健环境中使用的仍然不是一个实际的时间尺度”。然而，随着成本和处理时间的降低，研究人员表示，他们预计该技术将变得更加广泛地可用，并最终集成到基本医院实验室中进行快速现场测试。
与此同时，这种高通量测序技术已经被用来研究其他对人类健康构成威胁的微生物。“这项技术对任何生物体都可能有用，”Bentley 说。研究人员正在应用它来研究肺炎、腹泻、结核病和脑膜炎中起作用的生物体。
但是，将这些新功能投入使用不仅仅是扩大过去或当前项目的规模的问题，Bentley 指出，并补充说：“这将需要科学家进行一些真正的创新性思考，以充分利用这项技术。”