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科技報導

病原真菌與“協同健康”



進入新世紀以來,一場兩棲動物世界爆發的危機引發了人們對真菌的擔憂。蛙壺菌,作為一個在1998年新發現的真菌物種,被認為是半個世紀以來導致兩棲動物數量急劇下降的主要兇手之一。感染了蛙壺菌的許多兩棲動物經歷了極其痛苦的死亡過程——表皮增生、大量蛻皮直至最後心跳停止死去。這場災難影響了兩棲動物王國將近500個物種,造成了90多個物種的滅絕。

然而,蛙壺菌還只是真菌“殺手”中的一分子,病原真菌和植物、動物以及人類之間尚有許多不得不說的“故事”。

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蛙壺菌感染致死的兩棲類

病原真菌與協同健康

長期以來,公眾對於病原真菌的危害一直知之甚少,人類對抗病原真菌的“戰爭”一直在隱秘而激烈地進行著。病原真菌的“侵略”嚴重威脅著植物王國、動物王國以及人類社會。相應的,我們對病原真菌的抗爭一直在圍繞三條“戰線”展開:植物健康、動物健康以及人類健康。一直以來,這三條“戰線”在“實戰”中相對獨立,但事實上,植物健康、動物健康以及人類健康“三位一體”,相互關聯。

病原真菌與植物健康:植物構成了生產者的主要部分,不僅是人類和絕大多數動物的美食,也是許多病原真菌的“美食”。植物的健康涉及食物供應、生態平衡以及氣候變化。超過70%的植物殺手為真菌,每年植物病原真菌給人類帶來巨大的糧食與財產損失。受植物病原真菌影響的作物包括小麥、水稻、玉米等飯桌上常見的糧食產品。其中,僅病原真菌導致的水稻稻瘟病即可造成全球水稻減產10%-30%,而這些水稻足夠養活6000萬人。然而這對於其餘的8000多種植物病原真菌來說還不過是冰山一角。植物病原真菌也嚴重地威脅著生態系統。栗疫病菌導致了數十億的美洲栗木的死亡,樹木的大量死亡會導致生態系統失衡,加劇溫室效應,進而導致許多高緯度地區的“大門”向其它動物和人類病原真菌敞開。

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受稻瘟病菌影響而枯萎的水稻

病原真菌與動物健康:幾乎沒有動物可以逃脫病原真菌的“魔爪”。動物病原真菌帶來的災難,不僅橫掃兩棲動物王國,也影響著從昆蟲到哺乳類的諸多動物。由真菌導致的蝙蝠白鼻病將北美的許多蝙蝠物種帶到了滅絕的邊緣,而許多蝙蝠扮演著植物的“傳粉使者”的角色。不難想像,在蝙蝠中發生的災難,很有可能也會影響到一些植物的生存和繁衍,造成生態系統失衡。許多動物病原真菌有著“豐盛的食譜”,在他們的“食譜”上,人和動物都是平等的。他們不但可以侵染動物,也可對人類健康造成巨大威脅。例如,在加拿大溫哥華島爆發的格特隱球菌病疫情就給許多人類、家畜和野生動物帶來了巨大災難。因此,動物病原真菌與植物、生態、人類健康也有著不可分割的聯繫。

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病原真菌感染對野生動物有著極高的致死率

病原真菌與人類健康:病原真菌在我們身上也欠下“累累血債”。全世界每年約有3億人罹患嚴重的真菌感染,其中超過160萬條生命被真菌感染吞噬,而且目前一線抗真菌藥物種類極度匱乏,導致真菌感染致死率居高不下。更讓人膽戰心驚的是,在長時間和我們“鬥智斗勇”的過程中,人類病原真菌正在不斷突破自己的“上限”。比如,一種名叫新生隱球菌的病原真菌一般被認為主要感染免疫缺陷患者,但是在我國,它發展出了“特殊愛好”,具有明顯感染免疫健全人群的傾向。另外,近年來多重耐藥的“超級真菌”在全球範圍內大流行,導致本來已經非常嚴峻的真菌防控形勢雪上加霜。不僅如此,很多真菌可以利用有性生殖過程進行高效的基因組“改造”,促成形形色色的“超級殺手”後代在自然界中的快速湧現。這意味著,要想在與真菌對抗中取得優勢,我們不能只是平穩推進,而是需要大幅提速。

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從左向右依次為曲霉菌、念珠菌以及隱球菌

協同健康-應對病原真菌的良策:病原真菌給人類造成的威脅通過植物、動物、生態環境等“多戰線”展開,任何“戰線”的失敗都會給人類造成不可估量的損失,上述的案例警示我們,保證我們周圍所處生態環境以及動植物的健康,是抵抗真菌侵襲的有效手段。正如2003年《華盛頓郵報》所引用的William Karesh博士的觀點:“不可分開談論人類、家禽以及野生動物的健康,世界需要協同健康(One Health),它的實現需要不同學科專家群策群力”。 “One Health”作為世界一體化健康理念,意指以多學科、多國家協同合作,為人類健康、動物健康、植物健康、生態環境健康構成的一個健康整體而努力。因此,“One health”是解決病原真菌威脅的一劑“良藥”。

One health 研討會——病原真菌研究的未來發展方向

為了應對病原真菌的威脅,更好地實現人類、動植物以及環境的“協同健康”,美國微生物學會於2017年10月在華盛頓召開了以“One health”為主題的第二屆真菌學研討會。會議聚集了來自於真菌學領域的二十多位國際知名專家學者,形成了一個跨學科的專家組,對如何應對人類、動物以及植物病原真菌展開了討論。研討會主席由來自於杜克大學的Joseph Heitman教授(杜克大學分子遺傳學與微生物學學院院長)擔任。會議以“One Health: Fungal Pathogens of Humans, Animals, and Plants(協同健康:人類、動物以及植物病原真菌)”為議題,聚焦病原真菌對人類造成的巨大影響,總結了幾類嚴重威脅人類生命健康與農業安全的病原真菌的種類,分析了真菌對農業,物種多樣性以及人類健康所帶來的嚴峻挑戰,並歸納了目前對真菌疾病的預防以及治療的相關策略。研討會專家一致認為,對抗病原真菌不應僅僅側重於人類健康,還需兼顧生態環境、動植物以及人類的“協同健康”。基於此,會議認為針對病原真菌未來研究,需要全球真菌學家跨國家,跨領域的合作。詳細內容見會議報告One Health: Fungal Pathogens of Humans, Animals, and Plants(http://www.asmscience.org/content/colloquia.56)。

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真菌學研討會紀要報告

New “baker’s dozen”——病原真菌界的新征程

研討會聚焦病原真菌對“協同健康”的影響,向未來病原真菌界的發展提出了13(baker's dozen)條建議,規劃了未來病原真菌界的新征程,對未來真菌學研究重點、真菌資源共享、真菌學人才培養以及發展方向的建議如下:

1、報告及跟踪導致人類、動物以及植物患病的真菌感染疾病

2、進行持續的全球真菌物種的普查

3、組織對人體微生物組中真菌類群的普查

4、支持和維護相關的真菌基因組數據庫

5、支持真菌菌種資源的持續調查與蒐集

6、研發新型真菌診療手段

7、調查真菌抗藥性分子機制

8、持續並加強真菌生理學、經典真菌學、遺傳學、基因組學以及病原學方面人才的培養

9、確定人、動物以及植物新發病原真菌以期預判與管控惡性真菌暴發性感染

10、完成更多的真菌物種的基因組測序

11、研發植物真菌疾病的新型預防策略

12、尋找保護蛙類、蠑螈類、蝙蝠以及其他動物免受真菌侵襲的有效方法

13、推動和支持不同研究方向的真菌學家進行討論、交流以促進多學科的協同發展

總結

面對病原真菌的威脅,病原真菌各研究領域顯然不能各自為戰。面對病原真菌帶來的全球性的“大健康問題”,全球病原真菌的研究亟需一個跨領域,跨地區的規劃和統籌。我國是受病原真菌危害的重災區,加強病原真菌的防控工作迫在眉睫。一方面,我們要積極倡導國際交流合作,借鑒國外的病原真菌防控體系;另一方面,我們也亟需加強科普宣傳工作,提高公眾對病原真菌及其危害的認識,開展和加強國內病原真菌領域的資源信息共享、創新研究、人才培養和平台建設,建立健全病原真菌重大病害預測預警、分子檢測和診斷治療為一體的綜合防治集成,從而最終讓人類遠離病原真菌的困擾。