是誰讓你生病的？

人為什麼生病？是誰讓人們生病？原因複雜多樣。但有一類常見疾病，病因研究得比較透徹，就是由病原菌引起的傳染性疾病。十九世紀末二十世紀初以巴斯德為代表的微生物學家奠定了病原菌的理論基礎，並奠定了現代「診斷-病原-病理-治療」體系。

病原菌：讓人類生病的「搗蛋分子」

能致人類生病的微生物稱為人類病原菌。由病原菌導致的傳染性疾病目前仍是人類致死率最高的疾病種類，而且新的病原菌在不斷湧現。

人類病原菌種類繁多。病毒是一大類，原核微生物細菌和真核微生物真菌、原生動物甚至藻類都可以感染人類。病毒性病原菌如大家熟悉的流感病毒、埃博拉病毒；真菌病原菌如麴黴屬菌株可產生致癌的黃曲霉素，白色念珠菌則易感染免疫力下降人群，引起人類多種皮膚潰瘍或起泡；原生動物可以作為人體寄生蟲影響人類健康。

細菌病原菌種類繁多。細菌病原菌包含人類病原菌，目前已有幾個資料庫收錄了常見細菌病原菌及其致病因子，如VFPB（http://www.mgc.ac.cn/VFs/main.htm）。細菌病原菌包含我們耳熟能詳的結核桿菌（Mycobacterium tuberculosis）、沙門氏菌（Salmonella spp.）等，也包含眾多引起腹瀉、傷寒症、白喉等疾病的病原。

動物飛沫、水中……病原菌無處不在

這些細菌病原菌存在於哪裡，又如何感染人類？這是傳染病預防和診斷的重要課題。我們已知不少病原菌傳播途徑，如Chlamydophila psittaci（鸚鵡熱衣原體，引起鸚鵡熱）通過動物飛沫傳播。細菌病原菌並非一定動物傳人或人傳入，Clostridium difficile（引起腹瀉）主要通過糞便或污水經口感染，同樣靠糞-口或污水傳播的還有志賀氏桿菌（Shigellaspp.），而大腸桿菌主要通過污染的飲用水傳播。

事實上，細菌致病菌在環境中廣泛存在，特殊環境介質的細菌感染頻見報道，如堆肥和花盆引起Legionella longbeachae感染，各種水體中常檢測到腸道致病菌的存在。

怎麼找到病原菌？實驗室中好找，環境中可就不簡單了

那麼，環境中如此多的病原菌，如何進行高通量快速檢測？環境病原菌風險預警對特殊人群如野外工作人員、驢友、玩耍泥巴和污水的兒童、垃圾站工作人員等有重要意義。

環境中病原菌對人類的感染，一方面跟病原菌的致病能力有關，如不少條件致病菌主要攻擊免疫力低下的嬰幼兒和老人；另一方面跟暴露量有關，如志賀桿菌病通常需要10-200個致病菌細胞來誘發。所以，環境病原菌檢測種類和丰度都很重要。

用於傳染病病原鑒定的臨床經典方法主要是微生物培養和易感性測試，通常需要兩天以上，如沙門氏菌和軍團桿菌的檢驗需要四五天。部分研究已經開發了基於全基因組組裝的策略，縮短了檢測時間，這種策略對於病原高度富集的感染組織比較有效。

實驗室內細菌病原菌的分離培養

實驗室內細菌病原菌的分離培養

但是對於環境樣品，經典方法和基因組組裝方法都束手無策。一方面，環境樣品微生物種類繁多，自然土壤的微生物細胞數量估計在一億每克土壤以上；另一方面，環境中的致病菌多數情況不會有較高丰度，很難進行純培養或基因組組裝。

所以，通過經典方法檢測某個環境中某一類致病菌的存在遠不能滿足風險預警需求。

全球環境下的致病菌分布如何？

環境致病菌的高通量檢測依賴基於下一代測序的宏基因組技術。已有研究基於16S分子標記檢測了污水中常見細菌致病菌的丰度。那麼，其他環境中細菌病原菌的丰度和種類如何？全球尺度上哪些環境中致病菌丰度較高？

中科院農業資源研究中心李小方研究員最近的研究，則發展了基於鳥槍測序宏基因組的致病因子檢測技術。基於該方法對全球69個環境基因組進行了篩查。

該研究發現，目前已知的致病毒素主要來自三個菌屬Proteobacteria，Nitrospirae和Firmicutes，這三個菌門對於細菌致病菌分布的影響尚有待研究。分布最廣的毒素是成孔毒素，孔毒素是眾多致病菌的致病必需因子。基於環境-毒素關聯分析，發現致病因子丰度最高的是污染湖水和糞便。

糞便含致病菌是常識，但是其致病菌對於其他生境的相對丰度在此研究中第一次給予了半定量。自然土壤和水體的致病菌含量範圍較廣。有一類生境的致病因子相對較低，就是沙漠和尾礦環境。目前還不清楚這類受脅迫的環境是否抑制了病原菌的存活。

總的來講，接觸污染水體和糞便污染的環境要特別小心，而乾燥的沙子、自然乾淨的水體則沒有太大細菌感染風險。

來源：中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心

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