对于微生物而言，人体是广阔的环境，充满了资源和机会，危险与威胁。在细菌的世界中，它会蓬勃发展或无法生存。进化或灭绝。

威斯康星大学麦迪逊分校的医学，医学微生物学和免疫学教授Caitlin Pepperell希望了解更多有关微生物及其与人类环境的相互作用的信息，特别是随着越来越多的病原体对我们用来对抗它们的药物产生抵抗力时。

在最近发表在《公共科学图书馆·病态》(PLoS Pathogens)上的一项新研究中，西澳大学麦迪逊分校的Pepperell及其同事探测了引起结核的细菌，即结核分枝杆菌，以了解有关个体细菌细胞如何在人体中发生变化和适应的更多信息。

“如果您了解该虫子有什么进化技巧，那么您将更有能力应对耐药性的出现，”同时也是传染病医师的佩珀尔说。“当您治疗感染时，您想做的就是导致灭绝，而且您对细菌种群如何进化了解得越多，灭绝就越聪明。”

研究人员想知道：一个人体内存在的细菌细胞有多少种?在细菌遗传密码中，导致适应的变化最极端吗?

Pepperell说：“确实，我们着手寻找多样性的模式以及我们可以从中学习的东西。”

为此，他们需要长字母形式的数据，这些数据构成该疾病患者所携带的单个结核细菌细胞的遗传密码。结核菌主要感染肺部，但可以在身体的任何地方发现，包括大脑和肾脏。

研究人员从先前的三项研究中收集了来自五名患者的数据，这些患者均患有严重的疾病并且对至少一种常见的结核病药物产生抗药性。随着患者的接受治疗和疾病进展，随着时间的推移已经收集了可用的数据。最终有2人死于肺结核，这曾经是美国的主要死亡原因，但仍然经常致命，特别是在患有抗药性疾病的人群中。

描述：引起结核病的细菌结核分枝杆菌的外层细胞膜富含称为脂质的脂肪分子。这使细菌细胞具有不寻常的蜡质外观。这些脂质还可在赋予细菌抗药性中发挥作用。2014年，结核病使全世界超过900万人患病，并且有50万人感染了对普通药物具有抗药性的细菌以抵抗该病。图片来源：Sue Medaris

由于研究人员对每个患者体内细菌的进化感兴趣，因此他们比较了从每个患者体内收集的单个细菌细胞的遗传密码。他们研究了每个患者中一个细胞与另一个细胞之间代码中有多少个字母不同，并且研究了每个细菌细胞之间的总体差异。由此，他们得出了一种数值方法来描述随时间推移在每个患者中发现的细菌种群的多样性。

大多数研究通过将一名患者的结核病与另一名患者的结核病进行比较来描述结核病的多样性，因此50名患者可能代表50种不同类型的结核菌。Pepperell将其称为“天空视图”。

但是，佩珀尔说，他们在研究中“放大了”并研究了一个结核病患者所携带细菌的多样性模式。在患有严重疾病的个体患者中，他们发现了巨大的多样性，甚至比在高空研究的患者之间的多样性还多。研究结果表明，与患有疾病的人之间的结核病多样性相比，单个患有严重疾病的人的结核病多样性更多。

根据世界卫生组织的数据，2014年，有960万人患有结核病，其中包括100万儿童，近50万人患有多重耐药性疾病。全球人口的三分之一感染了结核病细菌，尽管其中只有十分之一的人会在一生中染上这种病。

研究人员还发现，由于结核菌面临的压力，它们在人的宿主内大量进化，并且许多遗传变化发生在涉及形成，调节和运输形成脂肪蜡质外壳的细胞化学物质的基因之间。细菌。

Pepperell说，其他研究从人类到小鼠的一切事物的科学家已经发现，这些基因与人类免疫系统相互作用并操纵人类免疫系统。研究人员推测，这些细胞包膜基因的变异性和冗余性为细菌提供了灵活性，使其迅速适应并具有耐药性。

这可能会为将来的新药或预防结核病感染的疫苗提出潜在的目标。

佩珀尔说，有了这些数据，他们还对药物治疗是否减少了个别患者中结核菌种群的多样性感到好奇。

佩珀尔说：“从直觉上，我们希望，如果您有大量多样的细菌，然后进行治疗，细菌的数量就会减少，多样性应该会减少。” “我们没有看到。”

但是，研究小组了解到，随着人的病情加重，细菌的多样性也会增加。Pepperell说：“导致某人死于结核病的是细菌种群完全失控。”

Pepperell说，新技术使该团队能够以这种方式进行研究，并且使其他研究人员能够在作为单个人体的广阔环境中调查整个细菌种群。

她说：“当您考虑它时，这样做是有道理的，因为人体是微生物在其中开展业务的地方。” 对每个人的细菌居民影响最大的是环境。

“如果您只看过这个人的一个细胞而另一个人的一个细胞，那么您将错过很多有关细菌所处的环境，它在做什么，对其做出的反应，它必须做什么的信息。应付。” Pepperell说。“我试图像分枝杆菌一样思考。我的生活会是什么样?”