使用先进的基因组测序揭示了80年代“可行的”炭疽菌株

一组国际研究人员发现，在第一次世界大战挫败袭击事件发生80年后，一种炭疽病菌被认为是可行的，实际上是一种更为年轻的标准实验室菌株。该团队推测混淆是由于普通的实验室污染造成的。

这项研究于本周发表在美国微生物学会开放获取期刊mBio上，重点介绍了基因组测序的进展，现在可以精确跟踪世界各地生物战和恐怖袭击中使用的细菌菌株。

“从历史上看，在研究过程中一直存在细菌菌株混淆现象，”弗拉格斯塔夫北亚利桑那大学病原体和微生物组研究所执行主任，当前研究的资深作者Paul Keim说。“但是现在我们拥有了分子工具，我们可以对菌株集合进行质量控制，以确切了解它们的含量。”

目前的研究有助于揭穿80年后含有炭疽孢子的第一次世界大战生物武器仍然可行的说法。1917年，德国间谍Baron Otto von Rosen在挪威被捕，其中藏有玻璃毛细管的糖块，玻璃毛细管中充满了炭疽杆菌孢子，炭疽杆菌是导致炭疽的细菌。他被怀疑计划将含有已知最古老的炭疽芽孢杆菌分离物的糖块喂给驯鹿，该驯鹿在盟军部队的冰冻北极苔原上运送弹药和食物。

直到1997年，这种含有毒物的糖仍留在挪威警察博物馆，当时它被送往英国Porton Down的现在被称为国防科学技术实验室。那里的研究人员使用DNA扩增来确定微小玻璃管内的药剂确实是炭疽杆菌。在一些广泛的实验室哄骗之后，他们接下来培养并分离了从管内液体生长的四个菌落。在1998年的一篇Nature论文中，他们宣称他们已经复活了作为孢子花费了80年的炭疽菌菌株(参考文献1)。

然而，此时整个生物体基因组的DNA测序尚处于起步阶段，因此从未确定该菌株的确切遗传特性。2001年，Keim被用来帮助调查美国各地恐怖分子邮寄的含炭疽信件。应FBI的要求，Keim团队对所有已知的炭疽病菌株进行了分类，其中包括Porton Down'糖'样品和来自世界各地的其他样品。

当时，Keim注意到Porton Down菌株与已成为实验和疫苗开发中使用的标准实验室参考菌株(称为Ames Ancestor菌株)之间非常接近的遗传相似性。在确定字母中使用了哪种应变的紧迫性 - 它原来是Ames应变 - 他忘记了奇怪的相似性。

“当我们越来越多地了解Ames菌株时，很明显它必须是污染物，”在Porton Down样品中，Keim说。然后，在2013年的一次会议上，他接触了德国生物防御研究人员，他们对他们认为是德国原始间谍的毒株进行了测序。他们也注意到它与Ames菌株的遗传相似性。

Keim的亚利桑那州团队以及慕尼黑联邦国防军微生物研究所的Herman Meyer和Markus Antwerpen一起工作，使用新一代测序(NGS)对菌株进行测序，这种技术使他们能够分析单个字母水平上的每个遗传差异。改变遗传密码。它还允许他们对菌株的整个基因组进行测序，而不仅仅是几次，如2001年使用的先前技术，但是已经过了100次。每种基因组测序新技术的成本也低约10,000倍。

两个实验室都证实，Porton Down'糖'菌株仅与Ames Ancestor菌株的两个遗传信件不同 - 几乎相同的匹配。研究人员推测，在1997年糖样品的强烈培养过程中，来自Ames Ancestor菌株的孢子(可能在Porton Down军事防御实验室设施中很多)落入培养基并且生长。

两位最初的Porton Down研究人员Martin Pearce和Caroline Redmond合作完成了这项新研究，以确认可能的污染事件确实导致了他们的结果。“这项工作多次被引用作为孢子可以在液体中存活80年的证据 - 现在显然不是真的，”Keim说，留下一个开放性的问题，即炭疽芽孢杆菌孢子可以存活多久并仍会导致疾病。

“但他们首次发现毛细管确实包括炭疽杆菌DNA是一个可靠的结果，”凯姆说。不幸的是，1917年的样本中没有一个仍然使用当今的技术完全排序。

但新研究的作者如何知道他们的工作也没有受到污染?“这是由两个不同的实验室独立验证，在两个不同的大陆上工作，”Keim说，这是一个反对污染的强有力论据。

这项工作还展示了NGS在世界各地细菌菌株库的质量控制监测中可以发挥的重要作用- 确保实验中使用的菌株确实是研究人员认为的菌株，并在发生时捕获菌株污染。

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