研究人员发现，结核病菌依赖一组基因来帮助它们在从一个人的肺部通过咳嗽、打喷嚏或说话传播到另一个人的过程中存活。这项研究结果为结核病疗法提供了新的靶点，这些疗法不仅可以治疗感染，还可以防止细菌传播。
直到现在，关于这一传播过程知之甚少——当携带细菌的飞沫被排入空气中时，它们必须承受温度、氧气水平、湿度和化学成分的变化。3月7日发表在《美国国家科学院院刊》上的这项研究首次揭示，结核病菌并不是被动地忍受这些转变，而是积极地激活数百个基因以适应并生存下来。
许多已鉴定的基因以前被认为不重要，因为它们似乎在感染过程中不起作用。相反，新研究表明，这些基因对于人与人之间的成功传播至关重要。
“如果一种药物能够针对这些相同的基因，它不仅能够有效治疗个体，甚至在该个体治愈之前，还能阻止感染传播给他人。”共同资深作者、威尔康奈尔医学院微生物学和免疫学系主任、R.A. Rees Pritchett微生物学教授卡尔·内森博士说。
迄今为止，关于结核病的大部分研究集中在其病理生理学上——细菌用于感染宿主的机制，以及诊断和治疗方法。“我们在空气传播方面存在一个盲点，即病原体如何在空气中循环时存活于这些突然变化中，”共同资深作者、麻省理工学院流体动力学疾病传播实验室负责人、土木与环境工程及机械工程系教授、医学工程与科学研究所教授莉迪亚·布罗伊巴博士说。“现在，通过这些基因，我们对结核病用来保护自己的工具有了初步了解。”
为了更准确地理解细菌的传播，内森博士（结核病和细菌生命周期所需基因领域的领军人物）与布罗伊巴博士（生物物理学专家，研究液滴如何传播颗粒和病原体）合作。
揭开生存机制
结核分枝杆菌引起一种每年导致全球超过一百万人死亡的呼吸系统疾病。这种细菌极具传染性，通过感染者释放到空气中的微滴传播。这些微滴可以被附近的个体吸入。
大多数关于结核病的实验工作都是基于在实验室溶液中培养的细菌。但研究团队发现，这种液体在化学组成上与实际从结核病患者体内排出的微滴有很大不同。他们还排除了痰液，这是一种粘稠的液体，通常用于诊断测试，因为它太厚且粘性太大，无法分解成可吸入的微滴。
研究人员根据对感染肺组织的分析，开发了一种更接近实际的液体。这种液体在成分、粘度、表面张力和液滴大小上都类似于患者呼出的气体。
接下来，他们使用这种液体将不同的混合物沉积在板上形成微小的单个液滴，并详细测量了它们的蒸发情况。为了模拟飞行中的液滴，这些板被放置在一个极干燥的腔室中以加速蒸发。每个液滴包含一种特定基因敲除的细菌株，以观察哪些基因影响细菌在液滴蒸发过程中的存活。
在测试的4000个基因中，他们发现了一个家族的几百个基因，这些基因似乎只在结核病菌面临空气传播条件时才变得重要。这些基因帮助它们适应真实的液体、从肺深部进入空气的大气变化以及蒸发的压力。
基因提供修复线索
研究人员发现，许多细菌赖以生存的基因涉及修复氧化蛋白质（如暴露在空气中的蛋白质）的损伤，或销毁无法修复的受损蛋白质。另一组基因则帮助细菌抵抗干燥，在微滴中保持水分。
“我们发现了一份很长的候选名单，”内森博士说。“有数百个基因，其中一些比其他基因更为突出，可能在帮助结核病菌度过传播阶段中起着关键作用。”
研究人员指出，这些实验并不是细菌空气传播的完整模型。未来，研究人员设计并开始了允许他们在液滴飞行过程中研究蒸发的新实验。这个更准确的平台将有助于确认新发现的基因是否在传播过程中保护结核分枝杆菌，从而为阻断这些防御机制的治疗方法铺平道路。
“等待识别结核病患者，然后进行治疗和治愈，是一种非常低效的阻止大流行的方法，”内森博士说。“大多数呼出结核病菌的人还没有得到诊断。因此，我们必须中断其传播。如果我们不了解这一过程本身，该如何做到这一点？我们现在有一些想法了。”
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