酵母菌在人类生产生活可以说是必不可少,从食品到生物原料生产都充斥着这种微生物的身影。但是同样,酵母菌在一些情况下,也会让人类患上疾病。其中Candida krusei 就是五大致病酵母之一。在美国,每年有46000例酵母感染病例,且致死率达30%。但如果现在告诉你平时用来酿酒,做面包的酵母菌隐姓埋名,而真身却是致病菌,你会感到害怕吗?
在美国,每年有4.6万人感染一类致病性酵母菌——假丝酵母(Candida,又称念珠菌)。由于对抗生素具有抗性,一旦感染,患者的死亡率高达30%。而包括克鲁斯假丝酵母(Candida krusei )在内的五种最常见致病菌种,占酵母感染性疾病的98%。C.krusei 引发感染的几率虽不算高,但对免疫力低下的人群格外危险:根据一项对2002~2015年间病例的统计研究,C.krusei 引发的念珠菌血症,能将部分患者的死亡率提升20%以上。
与此同时,众多对人体无害的真菌也在食品工业中被广泛应用。库德里阿兹氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)就是其中一种。这类酵母菌在自然界中广泛分布,美国食药管理局将其定义为安全。在数个世纪中,该酵母被运用到了多种食物的加工中,包括非洲的木薯以及可可发酵、中国西藏和苏丹地区的牛奶发酵、中国的面包发酵和小麦发酵生产醋,以及一些泡菜、精酿啤酒的生产过程中。此外,P。 kudriavzevii 在生物科技里的应用也日趋渐多,包括生产琥珀酸等重要化学原料。显微镜下的Candida krusei 菌株
这两种看似不相关的酵母间,有着怎样的联系?早在1980年,就有分类学家怀疑两者是同一种酵母:研究者对C.krusei 和P。 kudriavzevii 进行了比对研究。通过脱氧核糖核酸联系分析、增殖测试等手段,他们认为前者就是后者的不完整版本。但由于缺乏更多证据,当时绝大多数科学家都未曾怀疑,食品生产中的常客P。 kudriavzevii,竟然就是致病性的C.krusei。
针对这些问题,来自都柏林大学学院的Kenneth H。 Wolfe教授选取了一共32株酵母菌进行了基因组的测序分析,其中20株来自临床分离的C.krusei,12株来自环境分离的P。 kudriavzevii 。研究中通过对两种酵母菌的基因组DNA分别进行了测序,并且对内含子区域和核糖体蛋白编码基因进行了对比分析。结果显示,二者的基因组呈现高度的线性关系,也就是基因信息高度吻合:基因组DNA序列有99.6%是相同的。因此,这两者实则是同一种酵母菌。
内含子和核糖体基因组在两种酵母菌显示高度吻合
此外,系统生物学分析也证实,C.krusei 和P.kudriavzevii在演化树上也属于同一分支。演化树上两种酵母菌其实属于同一分支氟康唑(Fluconazole) 是一种抗霉菌类抗生素,通常用于真菌所造成的感染。此前人们已经发现,临床分离的Candida krusei 对该抗生素具有极高的抵抗力。而现在,研究人员在P。 kudriavzevii 身上同样看到抗性:敏感性菌株在药物浓度为1mg/L的情况下就会死亡,而P。 kudriavzevii 在8mg/L的药物浓度下,依然活得非常旺盛。更加危险的是,对于治疗假丝酵母的抗生素药物氟胞嘧啶(Flucytosine),P。 kudriavzevii 显现出更强的药物抗性。
被测试的还包括两性霉素、米卡芬等多种临床上常用来针对真菌感染治疗的药物,实验结果也很明显,除了极个别临床分离的菌株出现了药物敏感,绝大部分菌株对于这些药物都没有明显的反应。也就是说,这两种酵母菌对于抗生素的抵抗力几乎一样高。这篇论文发表于近期的PLOS pathogens期刊。
工业化道路的取舍
临床分离的菌株通常与环境分离菌株高度相似,研究团队认为,其主要原因是环境中的菌群通过某些方式造成人类感染。这提醒我们,P.kudriavzevii 在生物工业中的应用,给生产工人甚至消费者都带来了潜在的患病风险。
“如果我说我要用这个抗药性致病菌来做食物,人们会立马进行抵制,”文章通讯作者Wolfe教授表示,“但是当人们在食品工业改头换面用了个新名字时,似乎就没人在意这件事了”。