神奇的微生物:它们使神圣雕像“流血”——而且也可能是致命的

一种与天主教奇迹和“血染”玉米粥有关的可怕细菌也会杀死珊瑚、昆虫,甚至在你的隐形眼镜盒中也为非作歹

“杀手细菌名人堂”无疑收录了常见的嫌疑犯:鼠疫耶尔森菌鼠疫的罪魁祸首;梅毒螺旋体,梅毒的螺旋形罪魁祸首;以及霍乱弧菌,引起霍乱的游泳健将。但你可能从未听说过其中一位入选者。

粘质沙雷氏菌是一种被遗忘但无处不在的细菌,它可以产生一种叫做灵菌红素的红色色素,并且喜欢以粉红色的薄膜形式存在于不太干净的家庭的淋浴缝隙和马桶中。这种色素非常持久,以至于以粘质沙雷氏菌为食的巨型变形虫(称为粘液霉菌)会变成红色,就像吃虾的火烈鸟会变成粉红色一样。然而,关于这种默默无闻的生物的图景正变得越来越可怕。

这些细菌最早在近代早期引起了科学界的关注,当时人们发现它从潮湿的意大利雕像、圣餐饼和玉米粥中渗出,极力模仿“血液”。它确实被认为是血液——通常是奇迹般地——直到一位名叫巴托洛梅奥·比齐奥的药剂师开始试图弄清楚农民们宣称的1819年爆发的被诅咒的玉米粥的真相。


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比齐奥认为微生物是罪魁祸首。在试验室中,他发现这种细菌快乐地啃食玉米粥,同时产生红色色素。他认为这是一种真菌,因此以意大利物理学家塞拉菲诺·塞拉蒂的名字命名为沙雷氏菌,并以marcescens命名,因为这种色素容易褪色或腐烂。

快进到20世纪中期。在1950年代初期,美国政府认为使用粘质沙雷氏菌进行一项名为“海浪行动”的生物武器扩散实验是一个好主意。他们在旧金山湾上空炸裂了装满沙雷氏菌的气球。之所以选择它,是因为红色色素使其易于追踪,这种据称无害的细菌被慷慨地洒在海湾上,随后与几起呼吸道感染和至少一例死亡有关。

从那时起,人们广泛发现这种细菌是一种机会性人类病原体,它利用其在形成紧密结合的表面群落(称为生物膜)方面的能力,在任何可能的地方安家落户。它通过导管感染尿道,通过呼吸机感染肺部,并通过医院护理人员感染早产儿。匹兹堡大学医学院眼科副教授罗伯特·尚克斯说,事实证明,粘质沙雷氏菌是所有医院获得性呼吸道、新生儿和外科感染的十大原因之一,他研究粘质沙雷氏菌。

人们还发现,对于那些没有足够勤奋地(或根本没有)清洁隐形眼镜盒的佩戴者,它会刺激或感染角膜。“我认为粘质沙雷氏菌最奇怪的地方在于,很多人在他们的隐形眼镜盒中都有它,”匹兹堡大学医学中心的眼科微生物学家雷吉斯·科瓦尔斯基说。尽管它经常无害地生活在那里,但粘质沙雷氏菌是眼角膜炎(一种通常由清洁不当的镜盒引起的角膜感染)的第三大常见原因。

令人不安的是,这种细菌似乎也在肥皂和其他强力清洁剂中茁壮成长。“在你的洗手液中,你可能含有沙雷氏菌,”尚克斯说。“我们实际上有一瓶Triton X-100被它污染了。这真是令人难以置信,因为它是一种强力洗涤剂。”他补充说,几乎所有医院爆发的沙雷氏菌疫情都可追溯到受污染的清洁溶液。

然而,粘质沙雷氏菌也有良性的一面。某些菌株是哺乳动物肠道、水和土壤的正常、无害成分,并且可能对那些正确清洁隐形眼镜盒的普通健康人几乎没有风险。

但是,在过去的几年中,沙雷氏菌的威胁增加了一倍。就在今年,阿拉巴马州有9名患者因被粘质沙雷氏菌污染的喂食管和袋子而死亡,另有10人患病。你可能还记得2004年发生的灾难,当时Chiron Corp.由于不明原因的污染,不得不在流感季节开始时深埋约4800万剂流感疫苗——占当年一半的剂量。污染物是什么?粘质沙雷氏菌

最近,猖獗的沙雷氏菌出现在一些更出乎意料的地方。2002年,科学家发现加勒比海地区吞噬鹿角珊瑚的“白瘟”病原体不是别的,正是粘质沙雷氏菌。罗林斯学院生物学副教授凯瑟琳·萨瑟兰德说,虽然沙雷氏菌是海滩、运河和一些海岸栖息动物的常见居民,但通常在海水中找不到它,因此在那里发现它是令人惊讶的,她在佛罗里达州温特帕克揭开了这种病原体的面纱。

在对几乎所有可能的来源的沙雷氏菌菌株进行广泛测试后,萨瑟兰德和她的同事得出结论,杀死珊瑚的菌株与人类排泄物中发现的许多菌株之一完全匹配。在8月份发表于PloS ONE的一篇论文中,他们表明,这种细菌菌株在实验室中对感染的鹿角珊瑚进行了实验性白瘟病(尽管其他因素,如另一种病原体、污染和水温升高也可能导致该疾病,她指出)。

从不适合佛罗里达群岛当地地质的泄漏化粪池系统中释放出来的细菌,偶然地既能在盐水中生存,又能以鹿角珊瑚为食,这对我们和它来说都是不幸的意外,因为在过去的15年中,这些水域中约90%的物种已经消失。“我称它们为鹿角珊瑚墓地,”她谈到幽灵般的已逝珊瑚场时说。

故事并没有就此结束。2010年,科学家报告说,来自沙雷氏菌属的一种细菌与来自秀丽隐杆线虫属(秀丽隐杆线虫所属的属,一种深受喜爱的实验对象)的微小线虫合作,消灭昆虫。最近的研究已经表明,秀丽隐杆线虫可能并非科学家长期以来认为他们培养的那种温顺的自由生活土壤居民。相反,该属的线虫以搭乘昆虫的便车在食物来源之间旅行,或寄生在昆虫身上耐心等待它们死亡以便它们可以饕餮尸体为生。

但是一次偶然的相遇揭示了一个更黑暗的故事。科学家在南非的一个用蜡蛾幼虫诱饵的线虫陷阱中意外发现了一种新的线虫物种,称为布氏隐杆线虫,它与一种沙雷氏菌物种合作。在这些类型的关系中,其他线虫属中也存在这种情况,共生细菌被携带在线虫的消化道内,有时在专门为此目的而设的囊袋中。

载有细菌的线虫通过昆虫自身的消化开口或角质层孔入侵昆虫体内。一旦进入内部,线虫就会释放细菌,细菌开始释放毒素。“细菌负责杀死并将整个东西变成化粪池,”伊丽莎白城州立大学的生物学家埃尤阿勒姆·阿贝贝说,他是发现沙雷氏菌-秀丽隐杆线虫伙伴关系的研究的主要作者。反过来,线虫以细菌为食,这种安排可以被视为一种扭曲的农业计划。有趣的是,研究人员还发现,通过向其他五种非昆虫感染性秀丽隐杆线虫物种(包括备受推崇的秀丽隐杆线虫)添加必需的沙雷氏菌菌株,他们能够将所有这些寄生虫变成杀手。

沙雷氏菌如何在如此多的不同环境中生存,并机会性地感染如此多不相关的宿主?尚克斯认为这是因为沙雷氏菌是一种典型的细菌通才。它拥有庞大的基因组,其中包含足够的基因来消耗几乎任何碳(食物)来源并抵抗几乎任何抗生素——这些特性是通过无数代细菌土壤战争中的选择获得的。“它有如此多的酶,它可以吃掉几乎任何东西,”他说。

这就引出了最后一个问题:沙雷氏菌有时分泌的红色色素到底是什么?它为什么要分泌这种色素?直到最近,很少有人费心去调查这个问题。奥本大学蒙哥马利分校生物学副教授普莱斯·哈迪克斯的研究表明,这种细菌可能正在利用这种色素来减缓以ATP(三磷酸腺苷)形式产生的能量,并限制ATP合成过程中氧气存在引起的自由基损伤,因为它正在为休息或休眠做准备,他说。

但为什么是红色?血红色调是否具有生理目的,还是细菌的可怕外观仅仅是化学上的巧合?“这是一个极好的问题,”他说。“我真的不知道。”

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