神奇的微生物:它們使神聖雕像“流血”——而且也可能是致命的

一種與天主教奇蹟和“血染”玉米粥有關的可怕細菌也會殺死珊瑚、昆蟲,甚至在你的隱形眼鏡盒中也為非作歹

“殺手細菌名人堂”無疑收錄了常見的嫌疑犯:鼠疫耶爾森菌鼠疫的罪魁禍首;梅毒螺旋體,梅毒的螺旋形罪魁禍首;以及霍亂弧菌,引起霍亂的游泳健將。但你可能從未聽說過其中一位入選者。

粘質沙雷氏菌是一種被遺忘但無處不在的細菌,它可以產生一種叫做靈菌紅素的紅色色素,並且喜歡以粉紅色的薄膜形式存在於不太乾淨的家庭的淋浴縫隙和馬桶中。這種色素非常持久,以至於以粘質沙雷氏菌為食的巨型變形蟲(稱為粘液黴菌)會變成紅色,就像吃蝦的火烈鳥會變成粉紅色一樣。然而,關於這種默默無聞的生物的圖景正變得越來越可怕。

這些細菌最早在近代早期引起了科學界的關注,當時人們發現它從潮溼的義大利雕像、聖餐餅和玉米粥中滲出,極力模仿“血液”。它確實被認為是血液——通常是奇蹟般地——直到一位名叫巴託洛梅奧·比齊奧的藥劑師開始試圖弄清楚農民們宣稱的1819年爆發的被詛咒的玉米粥的真相。


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比齊奧認為微生物是罪魁禍首。在試驗室中,他發現這種細菌快樂地啃食玉米粥,同時產生紅色色素。他認為這是一種真菌,因此以義大利物理學家塞拉菲諾·塞拉蒂的名字命名為沙雷氏菌,並以marcescens命名,因為這種色素容易褪色或腐爛。

快進到20世紀中期。在1950年代初期,美國政府認為使用粘質沙雷氏菌進行一項名為“海浪行動”的生物武器擴散實驗是一個好主意。他們在舊金山灣上空炸裂了裝滿沙雷氏菌的氣球。之所以選擇它,是因為紅色色素使其易於追蹤,這種據稱無害的細菌被慷慨地灑在海灣上,隨後與幾起呼吸道感染和至少一例死亡有關。

從那時起,人們廣泛發現這種細菌是一種機會性人類病原體,它利用其在形成緊密結合的表面群落(稱為生物膜)方面的能力,在任何可能的地方安家落戶。它透過導管感染尿道,透過呼吸機感染肺部,並透過醫院護理人員感染早產兒。匹茲堡大學醫學院眼科副教授羅伯特·尚克斯說,事實證明,粘質沙雷氏菌是所有醫院獲得性呼吸道、新生兒和外科感染的十大原因之一,他研究粘質沙雷氏菌。

人們還發現,對於那些沒有足夠勤奮地(或根本沒有)清潔隱形眼鏡盒的佩戴者,它會刺激或感染角膜。“我認為粘質沙雷氏菌最奇怪的地方在於,很多人在他們的隱形眼鏡盒中都有它,”匹茲堡大學醫學中心的眼科微生物學家雷吉斯·科瓦爾斯基說。儘管它經常無害地生活在那裡,但粘質沙雷氏菌是眼角膜炎(一種通常由清潔不當的鏡盒引起的角膜感染)的第三大常見原因。

令人不安的是,這種細菌似乎也在肥皂和其他強力清潔劑中茁壯成長。“在你的洗手液中,你可能含有沙雷氏菌,”尚克斯說。“我們實際上有一瓶Triton X-100被它汙染了。這真是令人難以置信,因為它是一種強力洗滌劑。”他補充說,幾乎所有醫院爆發的沙雷氏菌疫情都可追溯到受汙染的清潔溶液。

然而,粘質沙雷氏菌也有良性的一面。某些菌株是哺乳動物腸道、水和土壤的正常、無害成分,並且可能對那些正確清潔隱形眼鏡盒的普通健康人幾乎沒有風險。

但是,在過去的幾年中,沙雷氏菌的威脅增加了一倍。就在今年,阿拉巴馬州有9名患者因被粘質沙雷氏菌汙染的餵食管和袋子而死亡,另有10人患病。你可能還記得2004年發生的災難,當時Chiron Corp.由於不明原因的汙染,不得不在流感季節開始時深埋約4800萬劑流感疫苗——佔當年一半的劑量。汙染物是什麼?粘質沙雷氏菌

最近,猖獗的沙雷氏菌出現在一些更出乎意料的地方。2002年,科學家發現加勒比海地區吞噬鹿角珊瑚的“白瘟”病原體不是別的,正是粘質沙雷氏菌。羅林斯學院生物學副教授凱瑟琳·薩瑟蘭德說,雖然沙雷氏菌是海灘、運河和一些海岸棲息動物的常見居民,但通常在海水中找不到它,因此在那裡發現它是令人驚訝的,她在佛羅里達州溫特帕克揭開了這種病原體的面紗。

在對幾乎所有可能的來源的沙雷氏菌菌株進行廣泛測試後,薩瑟蘭德和她的同事得出結論,殺死珊瑚的菌株與人類排洩物中發現的許多菌株之一完全匹配。在8月份發表於PloS ONE的一篇論文中,他們表明,這種細菌菌株在實驗室中對感染的鹿角珊瑚進行了實驗性白瘟病(儘管其他因素,如另一種病原體、汙染和水溫升高也可能導致該疾病,她指出)。

從不適合佛羅里達群島當地地質的洩漏化糞池系統中釋放出來的細菌,偶然地既能在鹽水中生存,又能以鹿角珊瑚為食,這對我們和它來說都是不幸的意外,因為在過去的15年中,這些水域中約90%的物種已經消失。“我稱它們為鹿角珊瑚墓地,”她談到幽靈般的已逝珊瑚場時說。

故事並沒有就此結束。2010年,科學家報告說,來自沙雷氏菌屬的一種細菌與來自秀麗隱杆線蟲屬(秀麗隱杆線蟲所屬的屬,一種深受喜愛的實驗物件)的微小線蟲合作,消滅昆蟲。最近的研究已經表明,秀麗隱杆線蟲可能並非科學家長期以來認為他們培養的那種溫順的自由生活土壤居民。相反,該屬的線蟲以搭乘昆蟲的便車在食物來源之間旅行,或寄生在昆蟲身上耐心等待它們死亡以便它們可以饕餮屍體為生。

但是一次偶然的相遇揭示了一個更黑暗的故事。科學家在南非的一個用蠟蛾幼蟲誘餌的線蟲陷阱中意外發現了一種新的線蟲物種,稱為布氏隱杆線蟲,它與一種沙雷氏菌物種合作。在這些型別的關係中,其他線蟲屬中也存在這種情況,共生細菌被攜帶在線蟲的消化道內,有時在專門為此目的而設的囊袋中。

載有細菌的線蟲透過昆蟲自身的消化開口或角質層孔入侵昆蟲體內。一旦進入內部,線蟲就會釋放細菌,細菌開始釋放毒素。“細菌負責殺死並將整個東西變成化糞池,”伊麗莎白城州立大學的生物學家埃尤阿勒姆·阿貝貝說,他是發現沙雷氏菌-秀麗隱杆線蟲夥伴關係的研究的主要作者。反過來,線蟲以細菌為食,這種安排可以被視為一種扭曲的農業計劃。有趣的是,研究人員還發現,透過向其他五種非昆蟲感染性秀麗隱杆線蟲物種(包括備受推崇的秀麗隱杆線蟲)新增必需的沙雷氏菌菌株,他們能夠將所有這些寄生蟲變成殺手。

沙雷氏菌如何在如此多的不同環境中生存,並機會性地感染如此多不相關的宿主?尚克斯認為這是因為沙雷氏菌是一種典型的細菌通才。它擁有龐大的基因組,其中包含足夠的基因來消耗幾乎任何碳(食物)來源並抵抗幾乎任何抗生素——這些特性是透過無數代細菌土壤戰爭中的選擇獲得的。“它有如此多的酶,它可以吃掉幾乎任何東西,”他說。

這就引出了最後一個問題:沙雷氏菌有時分泌的紅色色素到底是什麼?它為什麼要分泌這種色素?直到最近,很少有人費心去調查這個問題。奧本大學蒙哥馬利分校生物學副教授普萊斯·哈迪克斯的研究表明,這種細菌可能正在利用這種色素來減緩以ATP(三磷酸腺苷)形式產生的能量,並限制ATP合成過程中氧氣存在引起的自由基損傷,因為它正在為休息或休眠做準備,他說。

但為什麼是紅色?血紅色調是否具有生理目的,還是細菌的可怕外觀僅僅是化學上的巧合?“這是一個極好的問題,”他說。“我真的不知道。”

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