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一项最新研究显示,人体在感染细菌的初期阶段,细菌会提高自身的进化速度,以逃避人类免疫系统的围追堵截。这也是人类首次以实时方式了解,免疫系统与细菌之间的“攻防战”将促使细菌做出快速回应——变异和进化。相关研究成果发表在2014年6月13日的期刊《自然通讯(Nature Communications)》中。 幽门螺旋杆菌 宾州州立大学(Penn State)研究人员、生物化学与分子生物学教授史蒂芬•舒斯特(Stephan Schuster)表示:“新的测序方式使我们第一次有机会实时追踪幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori)感染人类的过程。” 科学家们将这种细菌在感染人体前与感染人体后的数个时间节点的基因组序列进行了对比。宾州州立大学助理研究员、本论文作者表示:“我们都被感染初期的高变异率吓了一跳。我们发现,幽门螺旋杆菌在这一阶段累积的变异率,是之后平衡阶段的30-50倍。所谓平衡阶段,就是细菌与免疫反应之间达到了某种平衡。” 虽然之前就已有相关研究确定了幽门螺旋杆菌在慢性感染中的基因变异量,但由于在这一阶段捕获并对该细菌进行测序十分困难,至今为止,没有人能够精准记录感染初期的状态。 在本研究中,科学家们采用了两种方法。第一种方法,从志愿者体内分离该细菌,进行测序,使用抗生素治愈感染者,再令他们重新感染细菌,并再次分离,测序。通过对比细菌感染前及再次感染后的基因组序列,借此确定感染早期的基因变化。在对比试验中,科学家将猕猴(rhesus monkey)作为受体,分别对感染后一周、一个月、两个月、六个月的情况进行了测定。虽然整个感染过程都在发生基因突变,但在感染最初的四周后,变异率出现了明显的降低。 幽门螺旋杆菌对人类免疫系统的这种特殊反应,使其能够抵御免疫反应,从而形成长期感染。除幽门螺旋杆菌之外,其他细菌是否有类似反应仍不得而知,该科研团队将继续进行深入探索。 原文摘要: Bodo Linz, Helen M. Windsor, John J. McGraw, Lori M. Hansen, John P. Gajewski, Lynn P. Tomsho, Caylie M. Hake, Jay V. Solnick, Stephan C. Schuster & Barry J. Marshall The evolution rate and genetic changes that occur during chronic infection with Helicobacter pylorihave been analysed, but little is known about the genomic changes during the initial, acute bacterial infection phase. Here we analyse the rate and pattern of genome evolution in H. pylori from the genomes of two input strains isolated from human volunteers with asymptomatic infection, and the genomes of two output strains collected 20 and 44 days after re-infection. Similarly, we analyse genome evolution in bacteria from the genome sequences of input and output strains sequentially taken after experimental infection of a rhesus macaque. The estimated mutation rate reveals a mutation burst during the acute infection phase that is over 10 times faster than the mutation rate during chronic infection, and orders of magnitude faster than mutation rates in any other bacteria. The elevated frequency of mutations in outer membrane protein genes suggests that the mutation burst facilitates rapid host adaptation of the bacteria. |
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