测序发现结核杆菌在潜伏期同样突变频繁

　　

结核病也就是过去常说的痨病，是由结核杆菌感染引起的慢性传染病。结核菌可能侵入人体全身各种器官，但主要侵犯肺脏，称为肺结核病。潜伏期4～8周。其中80％发生在肺部，其他部位（颈淋巴、脑膜、腹膜、肠、皮肤、骨骼）也可继发感染。

潜伏性结核感染是指宿主感染结核杆菌后，尚未发病的一种特殊状态。活动性结核一般用不同的抗生素组合来治疗。而潜伏性感染通常被认为不那么容易突变，因此常用一种称为异烟肼（INH）的抗生素来治疗。美国儿科学会认为，儿童和青少年的潜伏期肺结核应该实施每天使用异烟肼共9个月的治疗计划。

然而，近期发表在《Nature Genetics》上的一篇文章提示，耐药性可能源于潜伏阶段的结核杆菌。哈佛大学领导的研究小组对三十多个结核分枝杆菌分离株的基因组进行了测序。研究人员使用SNP数据来测定不同感染阶段的突变率，他们发现，每个条件下的突变水平相当。此结果表明，即使结核感染并非处于活动阶段，耐药性也可能发生。

一些流行病学研究报道称，在用这种预防性单一疗法治疗的病例中，对INH的耐药性增高。于是，研究人员怀疑潜伏期的突变要比预计的更为常见。他们遂开展全基因组测序研究。

利用Illumina的Genome Analyzer测序仪，研究人员对来自短尾猿的三十几个结核杆菌分离株进行了单读和末端配对测序，这些短尾猿处于开放性结核感染、潜伏性感染或在潜伏期后再激活的感染。测序产生的序列覆盖了每个基因组的93%，平均深度达117倍。

研究人员追踪了基因组中的变异体，并用定向Sanger测序进行了验证。他们并不是在开放性结核感染中找到更多突变，而是发现三个感染阶段有着相当的突变率。

研究人员在文章写道，我们的数据表明，在患有开放性、潜伏性和再激活疾病的短尾猿中，细菌群体以相同的速率获得突变，而与已经发生的细菌复制次数无关。

文章的通讯作者，哈佛公共卫生学院免疫学与传染病系的Sarah Fortune谈到：“我们的研究表明，结核杆菌在疾病潜伏期继续获得突变，这也解释了为什么异烟肼单一疗法是异烟肼耐药性发生的危险因素。”

不仅如此，随后的实验还显示，这些突变率与实验室环境下所发现的结核杆菌突变率相似。

这些结果表明，耐药性不仅仅是开放性结核感染才要对付的问题，在潜伏感染以及再激活的早期阶段，细菌同样会突变。

研究强调，今后还需要更多工作，以便了解人群中的结核杆菌突变模式是否与猿猴相同。不过，研究人员还是强调了监控耐药性相关突变的必要性，特别是当预防性INH治疗普通用于某些群体的潜伏性结核的治疗时，包括那些感染HIV的个体。

作者们认为，这些发现强调了耐药性检测以及认真监测治疗效果的重要性。（生物通 薄荷）

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原文摘要：

Use of whole genome sequencing to estimate the mutation rate of Mycobacterium tuberculosis during latent infection

Nature Genetics (2011) doi:10.1038/ng.811

摘要：
Tuberculosis poses a global health emergency, which has been compounded by the emergence of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis (Mtb) strains. We used whole-genome sequencing to compare the accumulation of mutations in Mtb isolated from cynomolgus macaques with active, latent or reactivated disease. We sequenced 33 Mtb isolates from nine macaques with an average genome coverage of 93% and an average read depth of 117×. Based on the distribution of SNPs observed, we calculated the mutation rates for these disease states. We found a similar mutation rate during latency as during active disease or in a logarithmically growing culture over the same period of time. The pattern of polymorphisms suggests that the mutational burden in vivo is because of oxidative DNA damage. We show that Mtb continues to acquire mutations during disease latency, which may explain why isoniazid monotherapy for latent tuberculosis is a risk factor for the emergence of isoniazid resistance1, 2.