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耐藥性金黃色葡萄球菌是全球醫院的禍害，經常使那些因其他疾病入院治療的患者患病甚至死亡。而直到現在，科學家們還無法密切追蹤單一菌株的傳播和突變模式。
一項新的專案，利用高通量全基因組測序，已經開始揭開耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA) 的神秘面紗，揭示了細菌如何在患者之間以及各大洲之間傳播的趨勢。該專案的研究結果於1月21日在《科學》雜誌上線上發表。
研究人員以一種名為 ST239 的常見菌株作為主要研究物件。英國劍橋大學醫學系的 Sharon Peacock 在 1 月 20 日與記者的電話會議中說：“我們知道這種菌株很普遍，但我們不知道它是如何傳播的。”鑑於在全球範圍內都發現了 MRSA，科學家們認為它能夠在各大洲之間傳播，但各種亞型傳播的方式和地點仍然因低解析度資料而模糊不清。
使用較舊的分析技術（如多位點序列分型 (MLST)），大多數 MRSA 菌株的分離株似乎具有相同的遺傳特徵。科學家通常會在整個 MRSA 基因組（包含大約 3,000 個基因）中對六個或七個基因的 DNA 序列進行取樣。新的研究背後的研究人員解釋說，在這種粗糙的解析度下，細微的遺傳變化通常會被忽略。然而，更快速的全基因組測序使研究人員能夠看到發生在單核苷酸變化水平上的“非常精確的差異”，劍橋惠康信託桑格研究所 (WTSI) 的 Stephen Bentley，也是該研究的資深作者，在電話會議中說道。例如，1982 年至 2003 年間從全球各地（亞洲、澳大利亞、歐洲以及北美和南美）收集的數十種 MRSA 分離株使用 MLST 方法看起來完全相同，但透過更新的全基因組分析，每一種都被證明在基因上是不同的。
當應用於 MRSA 時，更徹底的過程創造了“理解上的飛躍”，這使得研究人員能夠構建 MRSA 的 ST239 菌株的粗略的遺傳進化樹。“它可以讓我們估計其出現的時間，並追蹤它隨後如何在世界各地傳播，”WTSI 的 Simon Harris 在電話會議中說。這種特殊的菌株似乎在 20 世紀 60 年代的歐洲出現，當時抗生素的使用在該地區呈上升趨勢。
突變的移動
在比較從各大洲收集的細菌樣本的基因序列時，研究小組發現分離株往往在地理上高度聚集，在南美洲各地存在密切相關的形式，而其他形式在亞洲更常見。Harris 說，這一發現“表明洲際傳播是一種罕見的事件”。描述該專案的論文重點介紹了其中一些顯然不常見的感染，例如，描述了一個案例，其中巴西的 MRSA 譜系出現在葡萄牙的一家醫院，表明感染偶爾會在各大洲之間傳播。
所有這些結論都是透過新近詳細的細菌跨世代發生的遺傳變化圖實現的。研究人員推斷，這種基因突變過程以大約每六週一個核心鹼基對的速度發生。這聽起來可能很緩慢，但 Harris 說，這個速度“比之前認為的要快得多”。作者指出，這種細菌的取代速率大約是 估計的大腸桿菌速率的 1000 倍。
除了突變的速度之外，它們的積累似乎也增強了 MRSA 最成問題的一個方面——其抗生素耐藥性。Harris 解釋說，提供耐藥性的突變似乎在單一菌株的各個譜系中多次發生：“賦予耐藥性的突變正在世界各地發生。”特別是，耐藥性似乎專門針對常用的抗生素進行了調整，這對細菌施加了“巨大的選擇壓力”，Harris 說。事實上，大約 29% 的趨同突變“可以直接與目前正在使用的抗生素藥物的耐藥性進化相關，證實臨床實踐是病原體進化的主要驅動因素”，研究人員在研究中總結道。
透過研究 MRSA 的起源和傳播模式，研究人員希望能夠推薦更有效的方法來阻止這種侵襲性葡萄球菌的傳播——不僅是在醫院內，而且在醫院之間和其他環境中。Peacock 說，透過更高解析度的分析，“你可以看到菌株是從患者傳播到患者還是被帶入醫院的”。從泰國一家醫院僅七個月收集的高度多樣化的樣本表明“[有] 多次引入”，Harris 說。目前尚不清楚這些引入可能來自何處，無論是來自在其他醫療保健或社群環境中感染的工作人員、患者還是訪客，但很明顯，傳播圖已經擴充套件到病房和醫院牆壁之外。
Peacock 說：“我們把 MRSA 分為兩個不同的類別：醫院獲得性 MRSA 和社群獲得性 MRSA。” 這兩者的重疊越來越嚴重，Peacock 指出，社群獲得性似乎變得更加普遍。她說，儘管這項分析是對醫院病例進行的，但也可以對社群的 MRSA 進行化驗。
將高通量投入使用
更多地瞭解 MRSA 突變和傳播模式的主要目標之一是改進可能阻止（或至少減緩）這種致命感染傳播的政策。Peacock 說，這將使研究人員能夠找到預防鏈中的斷裂點，她補充說，“我們不會透過任何量的洗手來阻止[它]”。她指出，這種新的分析也不會阻止 MRSA 的蔓延，但“這種工具將提供額外的彈藥來識別 MRSA 的傳播途徑。”
該專案雖然為 MRSA 的動態提供了新的視角，但並非旨在提供感染的全面地圖或歷史。相反，“這是一個原理驗證，”Harris 解釋說。因此，研究人員表示，他們預計該領域很快會有更多進展。
Bentley 指出，曾經需要數年時間才能拼湊出細菌基因組，而現在可以在“幾周內”對完整的基因組進行測序。這些研究人員使用的技術使他們能夠一次處理 96 個樣本。十年前，對引起結核病的分枝桿菌的基因組進行測序需要三年時間，成本約為 80 萬美元。今天，對這些 MRSA 分離株進行測序需要 4 到 6 周的時間，每個樣本的成本約為 300 美元。儘管如此，300 美元的測試對於常規使用來說並不實用，正如 Bentley 指出的那樣，週轉時間“對於在醫療保健環境中使用的仍然不是一個實際的時間尺度”。然而，隨著成本和處理時間的降低，研究人員表示，他們預計該技術將變得更加廣泛地可用，並最終整合到基本醫院實驗室中進行快速現場測試。
與此同時，這種高通量測序技術已經被用來研究其他對人類健康構成威脅的微生物。“這項技術對任何生物體都可能有用，”Bentley 說。研究人員正在應用它來研究肺炎、腹瀉、結核病和腦膜炎中起作用的生物體。
但是，將這些新功能投入使用不僅僅是擴大過去或當前專案的規模的問題，Bentley 指出，並補充說：“這將需要科學家進行一些真正的創新性思考，以充分利用這項技術。”