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是芥末上校在圖書館用鉛管幹的嗎？還是孔雀夫人用燭臺在宴會廳乾的？都不是，而是2011年6月，在美國國立衛生研究院（NIH）臨床中心，一名43歲婦女身上的致命耐藥性肺炎克雷伯菌感染擴散到其他17名患者身上，導致其中6人死亡，另外5人生病。
在經典棋盤遊戲“妙探尋兇”的生物技術版本中，來自美國國家人類基因組研究所（NHGRI）的研究人員利用基因組測序來解開感染如何傳播的醫學謎團。這個故事今天在《科學轉化醫學》上進行了報道，它是經典流行病學偵探工作和病原體基因組測序的絕佳結合。與此同時，這個故事也瞥見了微進化的過程。
肺炎克雷伯菌是一種非常討厭的微生物。它會導致一半的感染者死亡。它能抵抗許多抗生素，尤其是在醫院這種藥物天堂，它能在醫院工作人員的手上存活，並在一些不知自己已感染的人的腸道中快樂地生活，甚至在他們不知不覺地傳播感染時也是如此。
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這些細菌在基因上非常相似，以至於標準的分類方法都失效了。然而，它們的 DNA 序列確實會發生變化，即使在調查人員探測指標病例身體各個角落以採集細菌基因組的短短 4 周內也是如此。他們在 600 萬鹼基對的基因組中的 41 個位點發現了明顯的單基因變異（SNV，與 SNP 相同）。一些變異可能幾乎沒有或沒有影響，這是一種 DNA 複製錯誤的後果。這種情況時有發生。但有些可能反映出細菌正在突變，以產生另一種耐藥性。這就是進化的本質：隨著時間推移發生的基因變化會影響表型，從而為自然選擇提供素材。
為了推斷出是誰把細菌傳染給誰的，研究人員藉助一種演算法來篩選可能性，比較了細菌序列。“我們認為，我們可以利用基因組測序來判斷第一位患者的肺炎克雷伯菌是否與感染第二位患者的菌株相同，”領導該團隊的朱莉·塞格雷說。
17 名患者分為 2 組和一個單人組。其中一組與來自指標患者（已康復）肺部和腹股溝的細菌共享變異，另一組與來自她喉嚨的細菌共享變異。那個單人組患者是透過受汙染的呼吸機感染的。為了重構這些事件，因為它們不像“妙探尋兇”遊戲中的嫌疑人那樣直接聯絡，研究人員對當時醫院所有 1115 名患者的基因組進行了測序，發現了 5 個“傷寒瑪麗”來填補空白。
因此，就像棋盤遊戲中豪宅 9 個房間中使用的 6 種武器一樣，將基因組測序與流行病學調查的誰-什麼-哪裡-何時-如何相結合，可以告訴傳染病專家將注意力集中在哪裡。
根據疾病控制與預防中心的資料，美國每年約有 170 萬人在醫院感染，導致 99000 人死亡。“透過調動即時測序細菌基因組以準確追蹤細菌的能力，我們的研究人員成功地闡明瞭發生了什麼，這反過來又教會了我們一些重要的經驗教訓。這項研究讓我們瞥見了基因組技術在未來將如何改變我們應對微生物流行病的方法，”NHGRI 主任埃裡克·格林說。
塞格雷補充說，“基因組測序和分析是我們預測和超越傳染性病原體致病進化的最佳希望。雖然我們的基因組學實踐沒有改變患者在這次疫情爆發中的治療方式，但它確實改變了醫院的感染控制方式。”
並提供了一個引人注目的進化正在發生的例子。
參考
埃文·S·斯尼特金、阿德里安·M·澤拉茲尼、帕梅拉·J·托馬斯、弗裡達·斯托克、NISC 比較測序專案、大衛·K·亨德森、塔拉·N·帕爾莫和朱莉婭·A·塞格雷，《利用全基因組測序追蹤耐碳青黴烯類肺炎克雷伯菌的醫院爆發》。Sci Transl Med 2012 年 8 月 22 日：第 4 卷，第 148 期，第 148ra116 頁 Sci. Transl. Med. DOI：10.1126/scitranslmed.3004129