醫學

追溯抗藥性菌株的源頭

結合全基因組定序與病患樣本地理資訊的新用途!

撰文/納維爾(Rachel Nuwer)
翻譯/林慧珍
2020-03

醫學

追溯抗藥性菌株的源頭

結合全基因組定序與病患樣本地理資訊的新用途!

撰文/納維爾(Rachel Nuwer)
翻譯/林慧珍
2020-03


2005~2006年,南非鄉下一家醫院的53名住院病患感染了「廣泛抗藥性結核菌」(XDR TB)。抗生素對這種細菌完全起不了作用,最後52名病患不幸死亡。


這場疫情發生在夸祖魯-納塔爾省(KwaZulu-Natal)的圖蓋拉費里(Tugela Ferry),是有史以來最嚴重的一次XDR TB大爆發,引發疫情的主要菌株也是目前該省80%這類感染的肇因。新近研究終於找到主要菌株的源頭:根據去年10月發表於《美國國家科學院學報》(PNAS)的論文,該抗藥性菌株是在第一起感染病例的10年前來自400公里外。研究人員表示他們找出該菌株起源的跨領域工具組,有助於在抗藥性病原體出現之際,及早發現並阻止擴散。


這篇論文的主要作者、美國哥倫比亞大學流行病學家馬斯瑪(Barun Mathema)說:「基本上這種菌株與許多病原體一樣,都需要一些時間才會引發疫情。如果多加留意,就可以掌握這些突變並採取行動。」


馬斯瑪及同事從夸祖魯-納塔爾省受感染的病患(主要是2011~2014年的病例)身上,取得300多個結核菌株的基因組進行定序,結果發現有78%樣本的遺傳組成與圖蓋拉費里菌株有親緣關係。科學家透過系譜關係重建(一種應用於推論演化史的統計方法),揭示了該菌株出現突變以及擴散的時間點,並建立其蛋白質結構的三維模型,找出該病原體借助每次突變產生抗藥性及適應性的過程。他們發現,該菌株總共出現三次不尋常的重要突變,第一次出現於1980年代初期,而最後一次則大約在1993年。


1990年代中期人類免疫不全病毒(HIV)在南非流行(造成一群人免疫系統受損),使得該菌株傳播。這群研究人員透過相關的全球定位系統(GPS)資料,檢視樣本的地理分佈,並使用人口遺傳學及地理空間模型,來找出基因突變的菌株如何傳播到其他地方。他們發現,該菌株的源頭與圖蓋拉費里有一段距離,是透過熱門的旅行路線傳播。馬斯瑪說:「所有這些因素集合起來,導致這次大規模的疫情爆發。」


抗藥性問題日趨嚴重,影響廣及全世界。馬斯瑪補充說,把即時全基因組定序技術應用於患者樣本,再結合類似於該研究的跨領域分析方法,在尚未衍生出緊急狀況前,能幫助研究人員檢測出有疑慮的突變。英國倫敦、美國紐約等地的公共衛生機構已做過小規模的全基因組定序,但因為資金、專業技術以及執行力不足,願景遲遲無法有所進展。


美國哈佛醫學院生物醫學資訊學研究員兼肺病及重症照護醫師法哈特(Maha Farhat)說:「在這個領域中,很多人都認為這是重要方向,然而這些工具需要公共衛生機構投資。」