弧菌病的發(fā)病機制及影響因子
發(fā)布時間:2016-08-15
弧菌是整個海洋環(huán)境當中最常見的菌群之一。在我們養(yǎng)殖環(huán)境中，它更是豐度非常高的弧菌群，而且由于我們現(xiàn)代的這種航運、洋流，還有水產(chǎn)品的國際貿(mào)易，導致弧菌的地域株之間的交換非常頻繁。
弧菌有哪些特點？
1、它的宿主范圍非常廣，從魚、蝦、貝，甚至到人類都會感染，在美國FDA標定，有13種弧菌可以引起人類的腸胃炎、傷口感染和敗血癥等一系列的癥狀。
2、它的分布具有全球性。可以說，目前，隨著全球變暖，弧菌病的分布向冷水區(qū)域開始發(fā)展。2012年，英國的一個研究小組在北部一些國家由于弧菌的感染導致了腸胃炎，還有傷口感染和敗血癥有所增加。而且他們研究發(fā)現(xiàn)，溫度每上升1℃，弧菌的數(shù)量提高200倍。對于這樣一個豐度非常高，在我們整個生態(tài)系統(tǒng)當中又非常常見，不管是魚、蝦、貝都會感染的一種菌群。
弧菌病的發(fā)病機制是什么？
細菌與我們的機體是相互依存的
從生物進化的角度來說，細菌并不是我們的敵人，而是我們的朋友，也是我們的祖先。那么，細菌和病毒的出現(xiàn)是在38-25億年以前，叫前寒武紀的太古宙時代，而魚類的出現(xiàn)是在奧陶紀中期，也就是大約5億年以前，哺乳類的出現(xiàn)僅僅有6400萬年的歷史。也就是說，在魚類還有哺乳類包括我們?nèi)祟惓霈F(xiàn)之前，細菌或者病毒已經(jīng)在這地球上存活了幾十億年，而現(xiàn)在我們卻要把它殺滅，把它清除。
我們想一想，這可能嗎？舉一個例子，就拿細菌來說，我們自然界當中大約有1013個原核生物，它們與環(huán)境、與我們的宿主都是在共同進化的;再舉個例子，就說我們?nèi)?，人的消化管當中?/span>1012個細胞，但是，卻有1014個微生物。但是，我們必須認識到這樣一個事實:雖然有這么多微生物，多數(shù)是因為它們是不致病的，這是一個事實，它們不致病是為什么呢？是因為它們與宿主是一個相互適應、相互依存、相互斗爭的過程，我們平時說的病毒實際上僅僅關(guān)注了它們相互斗爭的一面。我們經(jīng)常說這樣一句話:細菌與肝臟、腎臟等一樣，是我們身體的一部分。
另外，在微生物和機體相互作用的理論當中流傳的一句話:腸道菌群是個體擁有細胞數(shù)量最多的、獨特的“功能器官”。你們可能覺得這個有些太夸張，事實上，在微生物和機體相互作用的理論剛剛提出來時，一些科學家就預測到菌群也和我們的肝臟、腎臟一樣有生物鐘，遵循人體的生物規(guī)律，在24小時之內(nèi)，它都有所變化。這個預測在去年2014由以色列的專家得到了論證，也就是說經(jīng)常出差、做一些國際旅行的、經(jīng)常倒時差的人，他的腸道菌群會失調(diào)，從而異致肥胖。從近十年以來，在《自然》、《科學》、《細胞》這種等高水平期刊上發(fā)表的有關(guān)腸道菌群與疾病和健康關(guān)系的論文已經(jīng)達上百篇，其他的論文也有上千篇。
現(xiàn)在，包括肥胖、糖尿病、癌癥、自閉癥等超過50多種疾病都證明其和菌群失調(diào)有關(guān)，所以說，細菌與我們的機體是相互依存的。我曾經(jīng)看到這樣一個報道:假設(shè)證明這個小的人是我們?nèi)说募毎?，那么外圍就是細菌的細?/span>;假設(shè)證明這個大的人是ATCG組成的DNA，那么外圍這個大圈就是體內(nèi)細菌的DNA。也就是說，我們看到的我們是一個活生生的人，實際上確切地說我們“十分之一的人”都不到。
病害——細菌和宿主相互斗爭的的結(jié)果
然而，細菌總有和宿主相互斗爭的一面，這就是病害，我們要關(guān)注。但是，我們要考慮這么一個微小的細菌，它是如何攻克宿主？相對于宿主來說，細菌是非常微小的，可以說像螞蟻和大像的這種比例差不多，然而我們知道，螞蟻也可以絆倒大象，這種就是靠群眾的力量。在細菌的群體感應系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)者最初做的實驗是用海洋中的發(fā)光弧菌——費氏弧菌。他們發(fā)現(xiàn)，單個培養(yǎng)或低濃度培養(yǎng)的費氏弧菌是不發(fā)光的，而高濃度培養(yǎng)的費氏弧菌就會突然集中地發(fā)生熒光。所以，可能存在一種觸發(fā)機制，這種觸發(fā)機制使得細菌在進入機體時暫時不攻擊宿主。我們可以想一想，假設(shè)一個細菌或者少量細菌去攻擊宿主時，它的下場只有被我們的免疫系統(tǒng)所清除，所以它所能做的就是繁殖，繁殖，再繁殖。當繁殖到一定數(shù)量之后，所有的細菌同時攻擊宿主，這時就會產(chǎn)生疾病。
細菌通過種內(nèi)信號和種間信號的相互作用感應其密度
那么，問題就來了！細菌是怎樣感知這個“一定數(shù)量”的呢？現(xiàn)在，對于細菌的群體感應已經(jīng)研究得相對比較透徹，發(fā)現(xiàn)費氏弧菌和哈氏弧菌有兩種活性。簡單地說，細菌會發(fā)出一種信號分子，這種信號分子就在細菌的周圍。就像我們的荷爾蒙激素一樣，當周圍有它的鄰菌時，它的鄰菌也會釋放這樣的信息，因此，細菌就會感受到這個分子。
相當于說，我們?nèi)伺c人之間的交流是通過語言、動作，而細菌之間的交流是通過這樣一種化學信號，當它感知到周圍有足夠的鄰菌，有足夠的化學信號時，就會觸發(fā)這個機制而發(fā)光。它的整個機制就是指，由一個細胞產(chǎn)生蛋白，從而產(chǎn)生小的化學分子，這個化學分子再和信號接受蛋白相結(jié)合來誘導觸發(fā)疾病的發(fā)生。這樣，問題又來了！我們的水環(huán)境是非常復雜的，而水環(huán)境中的菌群又是非常豐富的，不僅僅是同類的細菌，還有其它的細菌，而且細菌與細菌之間是相互作用的。
細菌之間存在兩個信號:一個是種內(nèi)信號，另外一個是種間信號。通過種內(nèi)信號和種間信號的相互作用，使細菌對其密度有所感應。美國一所大學把這個種內(nèi)信號和種間信號都已經(jīng)鑒定出來，發(fā)現(xiàn)不同細菌的種內(nèi)感應分子有所差異，但差異比較小，而種間的感應分子幾乎是一致的。那么現(xiàn)在他們正在研究什么呢？
人類合成這樣一類的種間和種內(nèi)的感應分子，和這些細菌所發(fā)出的信息分子進行競爭，從而研發(fā)出新型的抗生素。這種新型的抗生藥物可以阻斷細菌之間的交流。他的原話就是說:我可以讓這個細菌變?nèi)堋⒆儼W，讓它無法交流。這是國際上從微觀的角度來研究細菌致病的機制。從宏觀角度上，尤其從我們養(yǎng)殖方面可以知道弧菌病的發(fā)生是由哪些因素影響呢？這是我要講的第二個問題。
弧菌之間毒力基因的交流非常頻繁
有一系列的研究，對來自廣東、廣西、福建、海南的127種溶藻弧菌進行了多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)來自不同地區(qū)的溶藻弧菌具有一定的同源性。它雖然可以在系統(tǒng)數(shù)當中具有很多不同的類別，但每一個類別中既有廣東的，又有廣西的，也有海南的，根本分不清。這說明了在我們南海海域，溶藻弧菌之間的交流是非常頻繁的，它的生物多樣性已經(jīng)非常低。在哈氏弧菌當中也得到了同樣的結(jié)果:用RAPD和BOX-PCR對來自廣東、廣西、海南的101株哈氏弧菌進行分析，發(fā)現(xiàn)它們之間也是幾乎沒有差異。另外，我們對弧菌常見的7種毒力基因的檢測也表明，這種毒力基因的檢測率只有量的差別，而沒有質(zhì)的差別。也就是說，在廣東、廣西、海南這些菌株當中要么全部檢測到，要么全部檢測不到，它們是完全一致的。這說明了在我們南海海域，弧菌之間的尤其是毒力基因之間的交流非常頻繁。這是一個非?？膳碌慕Y(jié)果！
因為我們研究的是它們的毒力基因，研究的是它的破壞性。我們會進一步想，耐藥性呢？耐藥性是不是也廣泛傳播？還有高致病基因的突變呢？我一直在懷疑，引起對蝦的急性干性壞死的高致病性的溶藻和復出水活劑是怎么來的，是不是由于這些細菌之菌的毒力交換所產(chǎn)生的呢？大家想一想，如果在廣東一個養(yǎng)殖庫，它的養(yǎng)殖池塘里發(fā)病了，用了藥產(chǎn)生了耐藥菌，然后它的水沒有經(jīng)過處理就排入了江河湖泊，隨著洋流、水產(chǎn)品的交易，可能整個世界產(chǎn)的抗藥性都會得到傳播。這不是聳人聽聞，超級細菌就是這樣產(chǎn)生的，尤其是對于弧菌這樣一種占有全世界范圍內(nèi)幾乎沒有隔離的細菌，洋流非常普遍，航運的這種壓艙水里面含有大量的細菌，我們養(yǎng)殖的水還有包括在一些自然的臺風、蒸發(fā)等都會造成菌群的交換。
弧菌病的發(fā)生主要取決于致病菌數(shù)和異養(yǎng)菌總數(shù)的比值
我們先使通過連續(xù)五年的監(jiān)測，對粵西主要是麻鞋、特呈、南山島這幾個養(yǎng)殖區(qū)域的一些環(huán)境因子和菌群的波動進行了長期的觀測。我們都知道，做流行病疾是費力不討好的事情，必須要長期跟蹤，還不一定得出有規(guī)律性的東西。我們監(jiān)測了水溫、鹽度、pH值、亞硝酸鹽、氨氮、溶解氧、、無機磷、COD還有葉綠素α、異養(yǎng)菌總數(shù)、弧菌總數(shù)的變化，并進行了相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)弧菌的數(shù)量和水溫是呈正相關(guān)的。水溫提升1℃，弧菌的數(shù)量可能提高200倍。另外，它和pH值也是呈正相關(guān)的，和COD、葉綠素α、氨氮、、亞硝酸鹽都是呈正相關(guān)的。也就是說，養(yǎng)魚池、養(yǎng)蝦池里面的這些因素會影響弧菌的數(shù)量。
但是，影響弧菌的數(shù)量會不會影響弧菌病的發(fā)生呢？
這是另外一個問題。我們對這種經(jīng)過五年觀測的實測的弧菌病的發(fā)病率與環(huán)境因子之間的相關(guān)系數(shù)構(gòu)造了預測模型。在這個公式y＝0.67M+0.000027V+0.065C–0.231中，y是我們預測的發(fā)病率;M是弧菌總數(shù)與異養(yǎng)菌總數(shù)的比值;V是弧菌的數(shù)量;C是COD值，是指化學需氧量，也就是水體化學污染的一個標值;0.231是一個修正因子。通過這個公式，我們可以發(fā)現(xiàn)弧菌病的發(fā)生主要取決于致病菌數(shù)和異養(yǎng)菌總數(shù)的比值，這個在很多流行病學研究中都有同樣的發(fā)現(xiàn)。
由這個公式，我們也可以發(fā)現(xiàn)，弧菌病的發(fā)生可能有三個方面的原因。
1、致病菌的數(shù)量增加，即弧菌的數(shù)量增加;
2、異養(yǎng)菌總數(shù)的減少。也就是分母減少或分子增加，或者是分子增加的同時分母減小了;
3、就是水體污染加重。
在這方面，我們也通過了一個大數(shù)據(jù)的分析來得到了驗證:我們比較了一個發(fā)病池塘的水體和底泥與正常池塘的水體和底泥的菌群的變化。我們這些只有做些大數(shù)據(jù)的分析，是沒辦法去發(fā)表論文的，因為發(fā)表論文必須在嚴格的、可控的環(huán)境內(nèi)做這種可控的實驗。
做這樣一個患病池塘的水體，我們無法判定這個池塘里發(fā)生了幾種病，正常池塘的水體到底有沒有潛在的疾病也無法判斷，所以我們只是做一個大數(shù)據(jù)的分析。我們測一口池塘說明不了什么問題，十口池塘說明不了問題，但是當我們測一百口池塘的時候，這種大數(shù)據(jù)的分析就會發(fā)現(xiàn)非常明顯的結(jié)論。我們在這個大數(shù)據(jù)中分析發(fā)現(xiàn)發(fā)病池塘的致病菌異常升高，像這個標紅色的氣單胞菌，它的升高大約是10倍;像這個黃桿菌類，它的升高在水體種底泥分別升高了40倍到60倍;而假單胞菌在水體和底泥當中分別升高了100倍。但是，我想告訴大家，更明顯的變化是正常菌群的降低，像德沃斯氏菌，它在發(fā)病池塘的水體和底泥當中降低了10000多倍，這種標綠色的就是正常菌群的降低。
所以，我們得出這樣一個結(jié)論：疾病的發(fā)生不單是因為致病菌群的增加，還因為池塘菌群總體的變化。由此，我們認為弧菌病的防治可以通過向水體添加活菌機劑來進行預防，即增加異養(yǎng)菌的總數(shù)？活性機劑不是一般的微生物機劑?，F(xiàn)在國際上對于異養(yǎng)菌的定義太廣泛，包括死菌，活菌、死菌的代謝物都屬于異生菌，但是在養(yǎng)殖池塘里想要防病的話，必須用活菌機劑?？赡軙腥藛枺股匦胁恍?？如果用抗生素的話，抗生素的殺滅多數(shù)是不具備選擇性的，它可以同時對弧菌或異養(yǎng)菌進行殺滅作用，即它的防病作用是非常有限的，而且抗生素會引起一系列的環(huán)境問題。
