根据一项新的研究，对于某些类型的结核病 (TB)，暴露个体的感染风险可能取决于他们是否来自与细菌相同的地理区域，特别是在多元化人群共存的国际都市中。
这项研究由哈佛医学院的科学家进行，并于8月1日发表在自然微生物学上，为长期怀疑的病原体特征、地理位置和人类宿主之间的关系提供了首个有力证据，强调这些因素如何相互作用并影响感染的可能性。
研究者们表示，该研究支持了一种已确立的理论，表明特定细菌菌株及其人类宿主可能经过多年共同进化。
这些发现可能导致改进结核病预防和治疗的方法，针对这一狡猾病原体的复杂性。根据世界卫生组织的数据，结核病使超过1000万人患病，每年在全球导致超过一百万人死亡。
这项分析似乎是对不同地理背景人群中 TB 菌株感染性进行的首次系统比较。研究团队通过合并来自纽约市、阿姆斯特丹和汉堡的患者病例文件，创建了一个研究组，为其模型提供了一个实质性的数据集。
结果表明，与感染特定地理菌株的人同住的个体，感染风险降低 14%，而发展为活动性结核病的可能性降低 45%，与接触更广泛菌株的人相比。
此外，局限于特定地区的菌株被发现更有可能感染与该地区有祖先联系的个体，而不是来自其他地方的人。
研究强调，当某人接触来自未知地区的局部病原体时，感染风险降低 38%，而不是来自他们的家乡地区。这种模式在住在该地区或与该地区有祖先联系的个体中仍然有效。
病原体与宿主之间的这种联系表明了一种共同的进化历史，在这种历史中，某些生物特征使这两者更为兼容，从而增加感染风险，研究者表示。
“这种影响的幅度相当引人注目，”哈佛医学院生物医学信息学副教授Maha Farhat表示。“这表明其对公共卫生的影响是显著的。”
变异的重要性
随着基因测序的普及，研究者们发现并非所有流行的结核病菌株都是相同的。虽然有些谱系在全球范围内广泛传播，但其他谱系则局限于特定地区。由于在高发地区结核病传播的复杂性，个人往往接触不同的菌株，因此在一致条件下分析这些菌株面临挑战，导致研究者们只能猜测其差异的原因。
多种因素可能会增加与密切接触者感染结核病的可能性。其中一个最强的指标是细菌负荷，通过痰涂片显微镜检查评估，确定个体呼吸系统中存在的细菌数量。
然而，这项新研究显示，对于地理限制的菌株，与这种菌株常见的地区有祖先联系，成为感染风险的更强预测指标，超越了细菌负荷。在被检查的案例中，这种共同祖先风险超过了与糖尿病和其他慢性疾病相关的更高感染易感性风险。
这些发现有助于对不同结核病谱系之间显著差异的理解，以及它们如何与各种宿主人群相互作用。
先前的研究已确定某些结核病基因组更容易发展耐药性，而疫苗的有效性可能因地区而异。此外，证据表明，特定的治疗方案可能更适合某些菌株。
“这些结果强调了理解不同结核病菌株之间差异的必要性，以及为什么某些菌株与特定人群密切相关，”研究的主要作者、哈佛医学院生物医学信息学研究员Matthias Groeschel表示。
研究团队还考察了不同的结核病菌株如何感染人类巨噬细胞，这是一种细菌利用来引发疾病的免疫细胞。他们从不同背景的供体处培养细胞，再次发现与特定菌株地理起源有祖先联系的个体的细胞更容易感染，而这些个体则没有这种联系，与流行病学发现相呼应。
迄今为止，大多数关于人类免疫细胞如何与结核病相互作用的研究并没有在不同人群之间进行比较。研究者强调进一步基础研究的必要性，以揭示支配细菌与宿主细胞之间相互作用的基因组和结构差异。
“认识到人类和结核病基因组内的巨大多样性可以显著影响两者对治疗和疫苗的反应，”Farhat表示。“这种理解必须指导我们对该疾病的应对。”
“我们才刚刚开始理解这种多样性的意义，”Groeschel补充道。“关于其对药物和疫苗有效性及疾病在不同菌株中的发展潜在影响，仍有很多待发现。”
基因测序的进展带来了新的挑战
结核病的不同基因组最初是使用传统的基因分型方法识别的。然而，公共卫生机构对全基因组测序的全球推广使卫生专业人员能够更好地表征结核病细菌，并监测疫情和耐药性。
认识到高度局限的菌株在其他地区传播不良，促使研究者提出这些受限菌株可能比它们的广泛同类传染性更低。这引发了推测，局部细菌种群可能与其人类宿主共同进化，使某些群体更容易感染特定类型的结核病。此外，这可能意味着根据特定菌株特性，对不同治疗和疫苗的易感性也有所不同。
此前，由于影响不同社区感染率的可变文化和环境因素，检验这些假说几乎是不可能的。受限菌株迁移的稀少性也使得数据收集在评估菌株差异方面变得不切实际。
合作科学揭示答案
为应对这些挑战，研究团队与美国、荷兰和德国的公共卫生机构及研究团队合作，编制了一个全面的结核病病例报告、病原体基因数据和关于密切接触者感染率的公共卫生记录数据库。分析还包括感染个体的社会网络的具体人口统计信息，以研究不同结核病基因组如何在不同人群中传播，从而总共分析了5256例结核病病例和28889例密切接触者。
“这项研究展示了跨不同研究领域促进合作的价值，”Groeschel表示。“通过合并三大城市的公共卫生数据并采用先进的计算生物学工具，我们解决了一个具有重大公共卫生、进化生物学、疫苗开发和药物研究影响的复杂问题。”
