http://phys.org/news/2014-04-scientists-harmless-bacteria-flesh-eating-monsters.html
by Declan Perry
April 14, 2014
細菌性疾病每年導致幾百萬人死於非命。這些細菌絕大多數都始於它們演化過往的某一點，而且我們不一定都能知道是什麼將它們轉變成致病病原體。在一項新研究裡，研究者追蹤一種食肉細菌何時發生這種轉變。他們認為這種知識也許能幫助預測未來的疫情。
問題中的食肉凶手稱為 GAS（或 Group A β-hemolytic streptococcus，A群β-溶血性鏈球菌），一種具高度傳染性的細菌。除了導致「食肉病」之外 GAS 也造成一系列較無害的感染。它每年影響超過 6 億人，並導致約 50 萬人死亡。
這些細菌似乎從 1980 年代就開始影響人類。科學家認為 GAS 必定從一種較無害的鏈球菌品種演化而來。這項新研究，發表在 PNAS 上，重建了它的演化史。
美國衛理公會醫院研究所（Methodist Hospital Research Institute）的 James Musser 是這項研究的領導研究者，他表示："這次我們第一次能夠拉開布幕來揭露讓這種致命性病原體興起的神秘過程。"
遺傳體操（Genetic gymnastics）
Musser 的研究需要分析這種細菌的遺傳資料，那來自世界各地 -- 總共蒐集到總量約 3,600 種的鏈球菌品種，而且它們的基因組被記錄下來。那（些資料）揭露一系列截然不同的遺傳事件將這種細菌轉變成這種流氓細菌。
首先，外來 DNA 透過水平基因移轉（horizontal gene transfer，水平基因轉移）進入原本無害的鏈球菌 -- 這種現象在細菌中很常見。這種 DNA 通常由噬菌體（bacteriophages，專門以細菌為目標的病毒）所提供。吸收外來基因之所以有用是因為那能增進細菌的存活。
在此例中，被併入宿主基因組的外來 DNA 讓鏈球菌產生二種有害的毒素。這些毒素基因的其中之一更進一步突變，使得它更加致命。
Musser 表示，另一次水平基因移轉事件使一個好的致病病原體變成非常好的。這額外的一組基因，讓它能夠產生一些蛋白質，抑制免疫系統對於這些感染產生反應，使感染變得更糟。
萊斯特大學（University of Leicester）的 Marco Oggioni 表示："因為這項研究使用整個基因組的資料，故所有的遺傳變化均能被觀察到。當你獲得完整圖像時，將使得「造就毒性之分子事件」的確認成為可能。"
Musser 藉由統計模型的使用，他也能夠準確確定 GAS 基因改變的時刻，彷彿他將演化時鐘倒轉。他們表示最近這一次基因變化使得 GAS 變成一種高度致命的細菌，而且必定發生在 1983 年。
大陸漂移（Continental drift）
時機非常有意義。"我們所推導的日期洽逢文獻中大量提到鏈球菌流行的時候，" Musser 說。自 1983 年以來，全世界已爆發過數次鏈球菌疫情。例如 UK，在 1983 到 1985 年間鏈球菌感染數量增加且惡化。
同樣的故事發生在其他許多國家，瑞典、挪威、加拿大與澳洲成了現在所謂的洲際流行病（inter-contintetnal epidemic）的受害者。病徵從咽喉炎到食肉病、壞死性筋膜炎（necrotizing fasciitis）。
"短期內，這個發現將幫助我們測定某個細菌內的遺傳變化模式，也許能幫助我們訂定出疫苗更新的週期為何，" Musser 表示。"長期來看，這個技術也許具有重要的預測應用 -- 我們甚至能夠在疫情開始之前防微杜漸。"
Musser 建議，如果有足夠的細菌基因組能定期記錄與監控，那麼就能夠率先找到突變或基因轉移的變化，正如同 GAS 所經歷過的。
不過 Oggioni 則持懷疑態度。"雖然做出這樣的預測也許不可能，不過這項研究將有其他應用，" 他說。"知道哪個遺傳變化發生，屆時在某些方向上將有助於量身訂作藥物的研究。"
Oggioni 補充表示，Musser 利用 GAS 進行的研究只是一種模型。利用 Musser 的方法來記錄其他病原體的演化史，對於對付當前甚至是未來的疾病可能很有用。
※ 相關報導：
＊ Evolutionary pathway to increased virulence and epidemic group A Streptococcus disease derived from 3,615 genome sequences
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1403138111
Waleed Nasser, Stephen B. Beres, Randall J. Olsen,＊ 科學家離萬用流感疫苗更進一步
Melissa A. Dean, Kelsey A. Rice, S. Wesley Long,
Karl G. Kristinsson, Magnus Gottfredsson, Jaana Vuopio,
Kati Raisanen, Dominique A. Caugant, Martin Steinbakk,
Donald E. Low, Allison McGeer, Jessica Darenberg,
Birgitta Henriques-Normark, Chris A. Van Beneden,
Steen Hoffmann, and James M. Musser.
PNAS April 14, 2014
doi: 10.1073/pnas.1403138111
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