去年 10 月底開始,美國(guó)多個(gè)州爆發(fā)大腸桿菌食物中毒事件,包括加利福尼亞州在內(nèi)的 15 個(gè)州均有病例報(bào)告,部分患者因腎衰竭癥狀住院治療。而導(dǎo)致食物中毒的罪魁禍?zhǔn)资恰淮竽c桿菌污染的羅馬生菜。 大腸桿菌最初由德國(guó)兒科醫(yī)生西奧多·埃舍里奇(Theodor Escherich)于 1885 年在健康幼兒的糞便里發(fā)現(xiàn),被命名為Escherichia coli,簡(jiǎn)稱E。 coli。它們生活在溫血?jiǎng)游锏拇竽c中,所以大腸桿菌污染就是人、牛、羊等溫血?jiǎng)游锏募S便污染了食物。
翻閱世界衛(wèi)生組織(WHO)及美國(guó)疾病預(yù)防和控制中心(CDC)網(wǎng)站,你會(huì)發(fā)現(xiàn)大腸桿菌是食物中毒事件中的???,經(jīng)常污染生菜、即食沙拉及牛肉制品。
本次作惡的 O157:H7 菌株僅僅是大腸桿菌家族中的一個(gè)“敗類”,絕大多數(shù)時(shí)候,大腸桿菌都在兢兢業(yè)業(yè)地為人類服務(wù)?!癊。 coli”的名字登上了三百萬(wàn)篇論文,多次助攻科學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng),一年創(chuàng)造幾千億美元的經(jīng)濟(jì)收益。
大部分的大腸桿菌菌株無(wú)害,它和其他兼性厭氧菌占據(jù)了腸道菌群的 0.9%,可以說(shuō)是個(gè)“小透明”。而引發(fā)食物中毒的主要是 O157:H7 及 O104:H4,它們會(huì)產(chǎn)生志賀毒素(Shiga toxin),破壞血管內(nèi)皮細(xì)胞,造成血狀腹瀉等腸道出血癥狀。少數(shù)患者并發(fā)溶血性尿毒癥,可能惡化為急性腎衰竭,甚至死亡。
但你知道嗎?這些小小的微型殺手同時(shí)也是個(gè)一年賺上幾千億美元,并且多次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的明星微生物。大腸桿菌皮實(shí)好養(yǎng)活,而且在實(shí)驗(yàn)室條件下大約 20 分鐘就能擴(kuò)增一倍,很快成為細(xì)菌中的“小白鼠”。在過(guò)去半個(gè)世紀(jì)中,全世界的科學(xué)家用它們做了無(wú)數(shù)的實(shí)驗(yàn),得到了不少驚人的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。在 Google Scholar 搜索“E。 coli”,能找到超過(guò)三百萬(wàn)篇論文。
E.coli
E.coli帶來(lái)的第一個(gè)驚喜就是它們的“性生活”。一直以來(lái),細(xì)菌的繁殖被認(rèn)為是無(wú)性的,通過(guò)細(xì)胞分裂一分為二,二分為四。但在上世紀(jì) 50 年代,愛德華·塔特姆(Edward Tatum)和約書亞·萊德伯格(Joshua Lederberg)發(fā)現(xiàn)了E.coli不為人知的小秘密,原來(lái)——細(xì)菌也有性生活(噓)。
塔特姆和萊德伯格使用化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)突變的E。 coliK12 菌株喪失了在腸道生存的能力,但能在實(shí)驗(yàn)室的條件下生長(zhǎng)。接下來(lái)他們觀察發(fā)現(xiàn),細(xì)菌竟然能將遺傳物質(zhì)從一個(gè)細(xì)菌傳到另一個(gè)細(xì)菌,而且還講究“禮尚往來(lái)”。帶有菌毛(pilus)的細(xì)菌同時(shí)也帶有一個(gè) DNA 質(zhì)粒(F plasmid),游離于基因組 DNA 之外。這樣的細(xì)菌會(huì)利用菌毛和不帶有質(zhì)粒的細(xì)菌連結(jié)形成融合通道,DNA 質(zhì)粒的其中一鏈經(jīng)由通道轉(zhuǎn)移至另一個(gè)細(xì)菌,然后在 DNA 復(fù)制酶的作用下合成互補(bǔ)鏈。最后,接受了 DNA 質(zhì)粒的細(xì)菌也長(zhǎng)出菌毛,成為新的質(zhì)粒供應(yīng)方。