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作者:HAMSTER

本文叙述了加拿大一次结核爆发事件的流行病学研究成果。除了传统的流行病研究方法——社会网络调查之外,研究者还利用了分子流行病学的技术——基因组测序方法,找出此次爆发结核杆菌的流行病学特点:很可能是精制可卡因的使用增多触发了两个现存的结核分枝杆菌谱系的同时扩展,而高危社交网络的关键成员则起了维持作用。流行病学与基因组学的结合也预示着未来“分子流行病学”的发展趋势。

结核是当今世界危害最大的“国际犯罪团伙”之一,即使在发达国家,这一犯罪团伙依然在百折不饶地兴风作浪,更有愈演愈烈之势。为了严厉打击这一古老顽固的犯罪团伙,警方——伟大的医务工作者们制定了一系列强硬的作战计划。首先是“游击战术”——对于每一位结核患者予以早期、联用、适量、规律、全程的规范治疗方法,遏止每一位患者的结核病情,战术精华概括为八个字:“兵来将挡,水来土掩”。其次是“防御战术”——接种卡介苗,使人体产生对结核菌的强大免疫力,阻止结核军队的入侵,所谓“高筑墙、广积粮”。最后是“反攻战术”——潜心研究他们的传播网络,从俘虏身上了解团伙特点,试图找到“罪魁祸首”,以长驱直入,进攻老巢,也就是传说中的“知己知彼,百战不殆”。本期的NEJM的《一次结核爆发案例的全基因组测序和社会网络分析》一文就以2006-2008年期间加拿大不列颠哥伦比亚省的一次结核爆发为案例,带大家了解这一“结核反击战”的具体作战策略和最终结局。

这次战役的主角是2006年5月至2008年12月31日期间与该团伙进行过正面交锋的“勇士”——41名结核患者。工欲善事,必先利器,战场武器包括两种:一为流行病学调查;二为基因组测序。

先说流行病学调查,除了传统的接触-追踪方法外,研究者还使用了社会网络问卷(social-network questionnaire,SNQ)对患者进行社会学调查,通过结构化、开放的访问方式,详细调查患者药物、毒品和酒精使用情况,居住史和旅行史,接触人群情况等等(调查问卷具体内容见原文附录)。那么,这两种方法孰好孰坏呢?原文的图2中就对比了传统接触追踪方法与SNQ的结果,发现使用传统方法病不能完全确定“根源病例”——那个最先携带结核杆菌的“始作俑者”。但是,通过SNQ,警方很快锁定了一位“犯罪嫌疑人”,编号MT0001的成年肺结核患者,并且调查出了他的数个“犯罪地点”即传播地点,其中就包括一系列的毒品窝点。这也部分解释了为什么61%的SNQ被调查者都表示曾经服用过可卡因。从原文图1的数据来看,警方提供的可卡因相关事件的数目与结核的爆发例数的变化趋势似乎一致。并且发现的毒品窝点数目在结核爆发的高峰期也有所增长。因此,可卡因和结核这两大犯罪团伙很有可能沆瀣一气,互相勾结。宿主免疫的损害、缺乏医疗保健途径、差而拥挤的卫生环境可能是这两大集团犯上作乱的联系纽带。这两种方法的差异也提示我们SNQ等社会网络分析的应用可能能更好地帮助我们“顺藤摸瓜”,及时遏制犯罪源头。

除了用这一传统的方法追踪敌人踪迹外,警方还利用基因组测序技术搜寻敌军的真实面目。这一技术包括传统的IS6 110 限制性内切酶片段长度多肽性(restriction fragment length polym- orphism, RFLP)测序方法,以及结核分枝杆菌多位点的数目可变串联重复序列(mycobacterial interspersed repetitive unit-variable number of tandem repeat, MIRU-VNTR)方法。MIRU-VNTR是近年发展起来的以 PCR为基础的DNA指纹识别技术之一,它的鉴别能力比RFLP更强。以MIRU-VNTR 为基础的分型方法依靠与位点侧翼区互补的寡核苷酸引物对不同位点进行PCR扩增,由扩增产物的长度来决定插入重复单位的拷贝数。生物中的不同个体表现为侧翼区序列具有高度保守性,而串联重复单位的数目不同。结核分支杆菌的 VNTR 的重复次数在不同家族、种型、属水平上存在差异,对某一结核分支杆菌 VNTR 重复次数的绘制和分析就可判断该菌株与标准株存在的遗传进化关系。

测序结果见原文图3。通过对单核苷酸多态性(SNP)的研究,警方意外发现这次的犯罪事件是由两个不同的犯罪团伙导致的,姑且将其称为A队和B队。这两队的基因并不相同,但是他们所犯的罪行却是一样的:双方的受害者在临床表现、结局、危险因素等方面并没有显著差异(见原文表1)。并且,他们并非完全独立,大部分的受害者与二者都有过接触。警方随即搜寻了这两队的“犯罪记录”,发现他们都是当地“惯犯”,在2006年之前的结核菌种中能找到与A、B极其类似的菌种,并且他们可能都是由2001年的某位祖先进化而来的。因此,很有可能是06年之前的某个社会环境因素如上文提到的可卡因使用导致了结核爆发,而并非单独的基因突变所致。另外,使用MIRU-VNTR技术,警方更加确定了MT0001的嫌疑:有13个传播事件与其相关,并且引起了A组6个病例的发生(见原文图4A)。除此之外,警方还发现了B组的两个源头病例——MT0010和MT0011。这三位嫌疑人的结核菌涂片均为阳性结果,并且在治疗开始的几个月前就已经出现了症状。可见在分析源头方面,基因测序方法比前面提到的社会网络分析还要准确。

总结这场结核反击战,流行病学的武器相当于“坦克大炮”,可以通过火力强攻,大面积杀伤,找到犯罪同盟(如本文所说的可卡因),得到粗略的爆发研究结果;而基因学武器则是把“黄金手枪”,能够更加精细地找出敌人的差异及特点,个个击破。也许全基因组测序并不能在当今成为结核爆发事件的常规调查手段,但是它却能提供最准确灵通的结核杆菌基因突变的信息,同时也促进了高分辨率基因分型方法的发展。相信在未来,随着这一技术的普及,“坦克大炮加黄金手枪”的组合必然会在结核反击战中大放异彩,所向披靡!

参考资料

[1]Whole-Genome Sequencing and Social-Network Analysis of a Tuberculosis Outbreak,Jennifer L. Gardy, Ph.D.等人, N Engl J Med 2011; 364:730-739,February 24, 2011

[2]多位点数目可变串联重复序列在结核分枝杆菌分子流行病学中的应用进展,米利古等人,现代生物医学进展,2009 Vol9 No8

关于本文

本文转载自八爪

题图出处:http://www.bazhua.org/2011/02/tuberculosis-out-break.html

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7 Responses to “结核反击战:流行病学与基因组学的共同战役”

  1. 布衣不绕说道:

    这篇文章的语言有点过于医学了,看着好不舒服。。。

  2. ZHX说道:

    这用词夸张,读起来混乱得很。。。

  3. 星光说道:

    作为结核防控从业人员,我认为第二段的上中下策之说相当不当,有误导读者之嫌。文中所谓下策,即治疗患者,目前仍是全球公认的结核防控最主要的策略,其基本思想是“控制传染源是最好的预防”,并不仅只是为了在患者发病后保护其免于不良预后,更是为了早期发现并治疗降低其传染性,从而控制传播。
    文中所指中策,即卡介苗预防,目前只能对12岁以下儿童有保护效果,且不同研究表明的保护效果在0%-80%之间,其防控作用有限。
    文中所谓上策,即通过流行病学调查和基因溯源的方式,识别首发病例的传播网络,从而可主动发现继发病例,目前在欧美一些发病率极低的国家是主要患者发现手段,在高发病率国家多用于聚集性疫情暴发调查时使用。但其后续处理仍然是通过治疗这些发现的患者或对感染者做预防性治疗,以降低其传染性或缩短传播期,即此种调查仍是文中所谓下策的一项前期工作而已。
    建议作者不要使用上、中、下策这种评判性的词语。

    • 游识猷说道:

      谢谢指出。关于上中下策的语句已经做了修改。

    • 黑色南极洲说道:

      请问,在献血,或者学校体检验血的时候,会检测结核病原吗?
      另外,有过骨结核的人会传染给别人吗?包括后代。
      百度过,各种说法都有,无头绪。

  4. tt说道:

    美軍來了我開路

  5. Mine说道:

    同感,大概的“比喻”看得觉得反而适得其反

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