感染的生态学和进化

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1、51634 字 P.1091 (Science 4th Aug 2000 p.723)感染的生态学和进化编译者的话SARS 爆发以来，在网上看到科幻作家写了一些文章，因为 SARS 是一个新出现的病毒 传染病， 大家不了解为什么在过去的几十年我们不断地发现了许多新出现的传染病， 于是感 兴趣，想要了解。这些科幻作家引用了湖南科技出版社出版，易凡和禹宽平翻译的“我们为 什么会生病？达尔文医学的新问题” 里面提到的一些假说； 又受到一些科学家的批评。 科普 和科幻之间似乎产生了不可调和的矛盾和对立。 人类在进化， 许多与病原体无关的疾病是与 进化过程中间的失误，或者其实并非失误而造成的后果。另外许

2、多与病原体有关的传染病， 则是因为我们人类在这个地球大家庭是与周围的环境共处的， 这个环境中有着大量各种各样 的微生物，他们中间有一部分与我们人类，哺乳动物，各种脊椎动物和无脊椎动物，或者还 包括植物有关系。这种关系，可以是互利的共生，和平的共处，或者是伤害我们的致病。硬 盘中保存的前年译出来的科学杂志上关于“感染的生态学和进化”的系列文章，也许可 以供科普和科幻作家参考。重新校核一遍之后，寄来在网上发表。校核的时候，我随手把参 考文献括弧删掉了。也许认真的科普和科幻作家都会需要看参考文献，我将重新补上。易凡 2003/5/29引言 性，世系，和发病机制 p.1089 卡洛林 阿矢，与勒斯李

3、罗伯特 CAROLINE ASH AND LESLIE ROBERTS 就微生物学而言， 历史上没有比现在更好的时候了； 我们正在尽情享受， 甚至是过分丰 富的资料。 我们看到越来越多的基因组， 有更多的机会对它们进行比较分析。 指导我们开发 新药物和疫苗的线索不会短缺， 也不缺少有待阐明的可疑的毒力决定簇。 但是收获这些研究 的全部效益，我们有必要考虑全面的问题：人们不是只受一种微生物的感染我们是 许多种微生物组成的社会 的宿主， 其中多数微生物是对我们只有很有限的、 很小的害处。 我们必须弄请微生物和宿主之间的动态变化，并且要了解什么时候可能出现危害。在这一组文章中， 关注当前微生物学的复

4、兴中具有比较广泛的意义的问题。 奥克曼和摩 兰( Ochman & Meran )论证说对病原微生物的基因组测序，给我们一个细菌多样性的似乎 是扭曲了的观点，因为病原微生物是现代的、不寻常的细菌物种中的一小部分 。虽然对 一个病原微生物而言，迅速变化是一种优势，许多微生物感染的标志，是克隆世系的建立。 李德和泰勒( Read & Taylor, 1.099 )观察到，就是在同一个被感染的、受害的个体中，各世 系微生物之间的竞争， 也将对疾病的严重程度和传播产生影响。 这些因素在临床上经常 地是被忽视了。巴伦洛斯基( Baranowski )等指出，病毒基因组中很小的变化，可以带来病毒在宿主体

5、内分布的显著变化； 这对于疫苗的使用和异体移植的风险有着重大影响。 虽然某些逆转录病 毒，例如 HIV ，因为它们的顺序变异发生率非常之高，而被认为特别有害；然而，欧维巴和 班罕( Overbaugh & Baugham )解释说，能够迅速适应的病毒，倾向于发展成为生态学中的全面手。而乌尔浩斯(Woolhous)等的讨论中则说，这里面包括了公共卫生方面日益关 注的许多人畜共患病。虽然哺乳动物的消化道中充满了微生物，炎症反应却是比较罕见的。李文和安替亚( Levin & Antia )检查了针对感染的免疫反应，将其与捕食者被捕食者进行动态比 较，并指出对感染作出全部炎性免疫反应的风险。何珀和戈登

6、(Hooper & Gordon )扩展到肠道共栖菌与宿主之间的交流，还有罗素菜李奇利克( Russell & Rychlik )描述了反刍动物 体内肠道共栖菌与宿主之间的的特异性共生关系，和这种关系怎样被饲养方式所影响。卡尔齐默( Carl Zimmer )描述了对生活中的病原体的遗传分析，怎样能使研究者重建 疾病起源和进化过程，齐默还详细地谈到一个异乎寻常的小丑：Wolbachia 也许是地球上最常见的一种感染性细菌以及它怎样调理它的宿主的性生活来保证它自身的生存。大量的新资料， 应当有助于关于感染的早已存在的问题的解答， 明确独特的对药物易感 的代谢机制， 和关键的接受疫苗攻击的表面分子

7、， 更重要的是它们将揭示感染的生态学和进 化方面的内容。见 feature / data / disease / index.shtnGenetic Trees Reveal Disease Origin遗传树揭示疾病的来源 p.1090Can Genes Solve the Syphilis Mystery?基因能够解答梅毒之谜吗？ p.1091到底是哥仑布把梅毒带去新大陆一一还是带回旧大陆？是一个至少已经在过去500年里争论不休的题目。在过去的 50 年里，考古学家已经在骨骼上找到一些线索。然而，这些骨骼 讲的还仍然是一个模棱两可的故事。有的似乎明确指向哥仑布，或者至少涉及他们的船员。 接

8、触前的土著美洲人的骨骼有着符合梅毒的痂， 而欧洲第一例梅毒的记录说明， 那是在哥仑 布从新大陆回来之后不久。但是 2000 年 6 月，一个新的报告挑战上述观念：英国布拉德福大学的研究人员，他们从 Hull 镇的一个英格兰修道院发掘出来的骨骼，据称有符合梅毒的征象。英国电视台对这 些骨骼的年代进行委托研究，并在去年夏天宣告，根据C14 同位素测定的结果，它们大约是在13001450年间的。如果这些修道士确实患有梅毒，他们就不可能是从哥仑布的航行 中带回来的， 因为那还是多年之后的事情。 但是也不一定就能够肯定说， 他们的感染不可能 是来自新大陆；也许是海盗们带回来的。在这个报告之后，故事就更加

9、晦涩难解了。按照主持发掘的科学家安西亚波依斯顿( Anthea Boylstone )的说法，同位素初步判断的年代还有待进一步认证；因为Hull 镇的居民吃很多鱼， 而这可以扭曲放射性碳的分析结果。 还有些批评者认为， Hull 镇的居民可能根 本就不是患有梅毒。布鲁斯 罗斯切德( Bruce Rothschild )，芦茨镇北俄亥俄大学医学院的主张新大陆起源者， 质疑修道院骨骼的诊断： 只有一小部分梅毒患者会发生骨骼具有典型特征的梅毒性病损和变 形。然而修道院里 30%的骨骼显示“梅毒”的证据，这就意味着全部修道士和村民都患有 该病。罗斯彻德提出他的看法，埋葬在 Hull 的人，可能是患的雅

10、司病，这是一种与梅毒密 切相关的皮肤病， 典型地在更多的患者的骨骼中留下痕迹。 他还提出证据说明， 梅毒在哥仑 布抵达的时候，不仅原来只在新大陆存在，而且只限于在他登陆的那个地方。2000年 10月的一期临床传染病中，罗斯彻德描述了在多米尼加共和国发现的1200 和 500年前的骨梅毒的体征。 “这就是烟幕枪， ”他说。某些解答可能来自荷斯顿的 Baylor 医学院的乔治魏因斯托克和他的同事们。 1998 年他 们对引起梅毒的螺旋体 Tremema pallidum pallidum 测序， 从那时开始他们又将其基因组的一 部分与T. p. perfenue进行比较，这是与雅司病有关的螺旋体。

11、“它们十分明显的相似”，魏因斯托克说， “我们只发现四个区域有值得注意的差别” ，魏因斯托克希望分析梅毒和雅司细菌 株的这几个区域， 然而构建一个种系发生树。 另一个可能， 就是利用它们去分离罗斯彻德和 其他人已经研究过的骨骼中的细菌 DNA ，去判断它们是哪一种类型。 “我们应当能够扫描大 量从丗界各地收集的梅毒分离株，这肯定是我们应当要做的事情之一”。End.p.1090-NewsGenetic Trees Reveal Dsease Origins遗传树揭示疾病的起源卡尔-齐莫C arl Zimmer用分析遗传变异， 和构建感染微生物的进化树， 研究者们正在把关于某些疾病起源时间问题的传

12、统智慧进行精细的调节文迪-吉布森(Wendy Gibson)是一个与化石无缘的古生物学家，作为英国布里斯托尔 大学的微生物学家， 吉布森研究锥体虫 trepanosomes 引起睡眠病和相关疾病的一种单细 胞寄生虫。 虽然锥体虫感染上百万人和无数的哺乳动物， 它们的消失与它们之常见一样。 不 存在锥体虫的化石， 吉布森指出， “我们无法使历史重视。 ”然而， 她和她的同事终于能够重 新构建过去 100 百万年中锥体虫的进化史：在这个时期里，大陆板块裂开、分离，它们的宿 主也得以进化成新的形式，其中包括了人类。直到 1980 年代，研究疾病起源的唯一途径，是探索已经过去时代的古老线索。历史学 家

13、在古代经典著作中的分析是一个诱人的线索，例如圣经或者古战争史。考古学家考察了骨骼上疾病留下来的损伤和其他征象。 从那时开始， 研究者已经设想如何分离古代的病原 体；最近，他们从埃及的木乃伊和 1918 年西班牙流感的牺牲者的尸体中追踪病原体，这不 过是两个例子。去年 11 月，法国研究者报告他们已经找到了鼠疫耶氏菌的 DNA ，这是 14 世纪引起黑死病的细菌，潜伏在两个死于那次流行的人的牙齿里面。但是古代的病原菌的 DNA 是太罕见了，只能提供极为有限的信息，从活着的病原体的 基因中发掘， 则是一个更加丰富的矿藏， 吉布森和另一些人说只要你知道怎样运用和如 何诠释这些资料。 用新的工具武装起

14、来之后， 研究者正在构建致病微生物的进化树， 同时在 这一过程中， 进一步精细地调整传统研究所揭示的关于疾病起源的知识。 这些种系发生史使 他们可以判断， 一个病原体的那一个株的进化是更加古老的， 还是新近出现的。 更多的线索 来自每一个株的地理分布， 这可以显示那里是它们发源地， 随后又是怎样播散开来的。 加上 从动物宿主中发现的密切相关的病原体， 研究者可以对它们在什么时候首次跳进与人的竞赛 中来加以分析。 这种遗传分析只是在最近十年里才有可能实现， 吉布森解释说， 这时研究者 才能够从多种多样的病原体收集较长段的 DNA 顺序，并用强有力的计算机运算分析它们： “这是一种在没有别的证据时

15、，得到问题的答案的一种新方法。 ”对疾病遗传史的研究还处于婴儿期。 研究者常常会发现， 他们的资料会产生两个甚至更 多的进化树， 而且似乎都是正确的。 即令如此， 这种方法还是为各种寄生虫的起源显示出它 们的轮廓来，从扁虫到细菌的病毒都是这样。 “1990 年，人们还没有想到通过进化的眼光观 察病毒的顺序” ，牛津大学的爱德华荷姆斯( Edward Holmes )指出，“现在，联想到进化关 系已经是经常的事情。 ”Gondwana 冈得瓦纳的睡病有了手中的工具， 研究者可以从几百万年以前开始， 追踪人类疾病的进化过程。 这时还 远在我们人类这个物种出现之前。 以锥体虫为例， 布鲁斯锥虫 Tr

16、epanosoma brucei 引起睡病， 估计每年在非洲有 300，000 人因此丧命； 而在南美洲有着密切关系的克鲁斯锥虫( T. cruzi)引起Chaga s心肌病，每年受累者达 20百万人。在2001年的寄生虫学进展(2001 Advances in Parasitology )中，吉布森和她的布里斯托尔的同事报告，通过分析 Trypauosoma 锥虫属 中 62 个不同种的 DNA 的顺序，她们找到了布鲁斯和克鲁斯锥虫 100 百万年前有共同的祖 先的证据。那时，非洲、南美洲和澳大利亚还结合在一起，称为冈得瓦纳超大陆。非洲首先 分裂开， 痕迹反映在锥体虫的进化史中： 布鲁斯和几乎所有的非洲锥虫属于一个分支。 相反， 感染澳洲大袋鼠的某些锥体虫与南美洲的锥虫与克鲁斯锥虫有表亲关系。非洲锥虫也许是与人