一、傳染病暴發(fā)的時代

致死性大腸桿菌傳染病在歐洲暴發(fā)，至本報道發(fā)表前，已導(dǎo)致27人死亡，2800人染病。在拿到明斯特大學(xué)醫(yī)院衛(wèi)生研究所的研究人員分離的致病株后，Guenther所在的Life Technologie公司德國實驗室利用Ion PGM僅用了3天時間就完成了該致病型大腸桿菌菌株的全基因組測序和序列的組裝，為快速研究該致病菌株的致病機(jī)理創(chuàng)造了條件。與此同時華大基因與德國漢堡-Eppendorf醫(yī)療中心合作，也宣布完成了對致病菌株的測序工作。

Guenther說：“在有限的時間里完成了對微生物的全基因組測序，極大的方便了研究者從一個整體的水平上去研究微生物，進(jìn)而揭示在這些目標(biāo)微生物的基因組究竟發(fā)生了哪些改變。”事實上也的確如此，科學(xué)家根據(jù)從基因組測序的數(shù)據(jù)所獲得的證據(jù)，將本次的致病型大腸桿菌鑒定為致病型大腸桿菌的一個新雜交品種，并且攜帶了一些抗性基因。“從宏觀的基因組水平上來研究這類細(xì)菌，將在很大程度上革新我們對傳染病暴發(fā)的認(rèn)識，3-4天內(nèi)完成對某種微生物的全基因組測序及基因標(biāo)注，將會開啟一個新的研究領(lǐng)域。”
   
在新奧爾良召開的美國微生物學(xué)會年度會議上，一些研究者指出，分子鑒定的方法正被用來打造基因組傳染病學(xué)這一領(lǐng)域，基因組傳染病學(xué)致力于重構(gòu)傳染病暴發(fā)的過程，以求在將來能夠?qū)魅静∧苓M(jìn)行實時有效的監(jiān)控和快速反應(yīng)。

二、一個新的領(lǐng)域

伯明翰大學(xué)的研究者M(jìn)ark Pallens說：“在過去的18個月，也許就是基因組遺傳病學(xué)學(xué)科誕生的時期。這段時間里在該領(lǐng)域發(fā)表的文獻(xiàn)至少有十幾篇。”zui近伴隨著基因組測序技術(shù)的進(jìn)步，研究傳染病的起源和病原微生物的動態(tài)演變將變得極為方便，傳統(tǒng)的方法要求將目標(biāo)序列導(dǎo)入到大腸桿菌中進(jìn)行分子克隆?，F(xiàn)在只要你有序列模板將會有很多種方法獲得序列數(shù)據(jù)”在將來，單分子測序技術(shù)將會有更大的突破，基因組遺傳病學(xué)也可能會跟著興盛起來。Pallen指出在2001年美國司法部開始調(diào)查“炭疽桿菌信件”事件—— 一些政客和媒體收到到含有炭疽桿菌的信——這開啟了基因組傳染病學(xué)研究的先河。在2002年美國聯(lián)邦調(diào)查局與美國基因組研究所合作，將信件中的炭疽桿菌與野生的進(jìn)行了比對。

三、高分辨率的病原菌鑒定與追蹤

在新一代測序測序技術(shù)開始前，許多研究者使用傳統(tǒng)的分子分型的方法來研究致病菌種種群的結(jié)構(gòu)及種群的結(jié)構(gòu)的進(jìn)化。1998年，倫敦帝國理工學(xué)院的Brian Spratt與其同事發(fā)明了一種叫MLST（多位點序列分型）的方法，Spratt說“這是一項重要的技術(shù)發(fā)明，我們可以利用該方法來鑒定與人類健康相關(guān)的一些微生物，特別是一些傳染病源，并探究細(xì)菌種群在特定生物地理環(huán)境下的演化。”

盡管如此，MLST往往不能區(qū)分在同一菌種內(nèi)關(guān)系密切的兩個菌株之間的差異。Spratt說“其實很多時候我們不能依靠MLST來解決問題，對許多菌種MLST難以奏效。在這個時候我們需要使用全基因組測序來*解決問題，即對分離菌株進(jìn)行全基因組測序。”Sanger研究所的Julian Parkhill 發(fā)現(xiàn)對于一種金黃色葡萄球菌分離株，用MLST和一些標(biāo)準(zhǔn)的分子分型方法沒有檢出顯著差異。ASE的Parkhill說：“金黃色葡萄球菌，具有復(fù)雜的致病機(jī)理，它們擁有一個龐大的族群和豐富的種群多樣性，致病性同MLST型很難對應(yīng)上，二者之間的是微妙的。”

zui近Parkhill對金黃色葡萄球菌ST239的63個分離株進(jìn)行了全基因組測序，其中20個菌分離自近7個月（來自同一家醫(yī)院），其它43株菌來自*各地（1982—2003的保存菌），在這些菌中一共鑒定出6700個SNPs其中有4500個位于金黃色葡萄球菌的核心序列區(qū)，值得注意的是這些菌用傳統(tǒng)的分型方法不能區(qū)分。由此，看出許多表面上相似的菌株，仍然存在著較大的遺傳上的差異。通過對這些菌在基因組上的差異進(jìn)行比較，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，Parkhill小組即可追蹤ST239（2002年倫敦大范圍傳染病的病原菌）在人與人之間，大陸與大陸之間的傳播。這一研究結(jié)果于2010年1月份發(fā)表在《科學(xué)》期刊上，文中清楚的闡述了倫敦傳染病的病原菌來自于東南亞。Parkhill說：“通過全基因組測序我們可以鑒定出許多潛在的差異位點，進(jìn)而我們可以追蹤病原菌的傳播，并將它與人類種群相。”

四、檢測與應(yīng)對

美國食品與藥物管理局對沙門氏桿菌的發(fā)病率進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)在美國每年有200-400萬人因該菌致病，沙門氏桿菌的發(fā)病率正逐步攀升。據(jù)FDA相關(guān)人員Cao透露，在美國有11%的食物性疾病由該菌引起。為了檢測該類傳染病，Cao及其同事對各類沙門氏桿菌致病菌株進(jìn)行了全基因組測序，以求從中找到新的SNPs類靶向位點。

zui近Cao及其研究組在《新英格蘭》醫(yī)學(xué)雜志上報道，他們測序的35株腸道型沙門桿氏菌屬.蒙得維的亞血清型，該菌在2009年引發(fā)傳染病，zui先是存在于肉類食品生產(chǎn)流程里作為食品添加劑使用的紅椒與黑椒中。對研究使用的35株菌：一部分分離自個體生產(chǎn)戶生產(chǎn)的食品添加劑，一些分離自食用了該添加劑的感染者，還有一些是取自一定歷史時期地理環(huán)境中（以此作為背景）。Cao說：“測序技術(shù)幫助研究者很快的找到了與病原菌暴發(fā)相關(guān)的帶菌源——一個國內(nèi)的溫室。而應(yīng)用該技術(shù)可以揭示基因型上的微小差異，這對在追蹤致病菌在食品上的出現(xiàn)至關(guān)重要”。Cao說在將來，F(xiàn)DA打算用全基因組測序的方法做更多的關(guān)于傳染病的研究，而在2011年他們將對400株沙門桿氏菌進(jìn)行測序。

五、方法上的選擇

據(jù)伯明翰大學(xué)的Pallen說：“許多研究者都習(xí)慣于采用19世紀(jì)的技術(shù)來應(yīng)對來自于21世紀(jì)微生物診斷方面問題的挑戰(zhàn)。我們的許多工作都有賴于巴斯德時期就發(fā)明的顯微鏡技術(shù)和純培養(yǎng)技術(shù)，現(xiàn)在是時候采用新一代的高通量技術(shù)來診斷病原微生物了！”

因為基因組遺傳病學(xué)研究將基因組測序數(shù)據(jù)做為首要的數(shù)據(jù)源，研究者可以繞開復(fù)雜的表型研究與檢測，僅僅關(guān)注于基因組即可。這是一方法讓人難以置信的，但是如果我們回過頭來審視過去的三年，也許我們就不會感覺那么詫異了。

倫敦的Spratt對基因組流行病學(xué)的發(fā)展前景持樂觀態(tài)度，他說：“對微生物菌株進(jìn)行全基因組測序，獲取基因組序列數(shù)據(jù)，將變成一種習(xí)以為常的事情，測序的價格也將趨于合理。它將成為規(guī)則的改變者！”