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人类不能再忽视真菌的威胁

  

  

  在21世纪之交,谷热在美国是一种鲜为人知的真菌疾病,每年报告的病例不到3000例,主要发生在加利福尼亚州和亚利桑那州。二十年后,谷热病例激增,到2019年增加了大约七倍。

  谷热并不是个例。真菌疾病一般都出现在以前从未见过的地方,以前无害或轻度有害的真菌对人类正变得越来越危险。科学家说,真菌状况恶化的一个可能原因是气候变化。在致病真菌滋生的地方,气温和降雨模式的变化正在扩大;气候引发的灾难可以帮助真菌扩散并感染更多的人;温度升高为真菌进化成更危险的疾病病原体创造了机会。

  长期以来,真菌一直是一类被忽视的病原体。到20世纪90年代末,研究人员已经警告说,气候变化将使细菌、病毒和寄生虫引起的传染病,如霍乱、登革热和疟疾更加普遍。约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院的微生物学家和免疫学家Arturo Casadevall说:“但是人们根本没有关注真菌。”这是因为,直到最近,真菌给人类带来的麻烦相对较少。

  我们的高体温有助于解释原因。许多真菌在12到30摄氏度(大约54到86华氏度)的环境下生长得最好。因此,尽管真菌很容易感染树木、农作物、两栖动物、鱼类、爬行动物和昆虫——这些生物体内温度不稳定——但它们通常不会在哺乳动物温暖的体内茁壮成长,Casadevall在《2022年免疫学年鉴》(2022 Annual Review of Immunology)上对侵袭性真菌疾病的免疫概述中写道。在少数感染人类的真菌中,一些危险的真菌,如隐球菌、青霉菌和曲霉,历史上在热带和亚热带地区的报道比在较冷的地区更多。这也表明气候可能会限制它们的活动范围。

  然而,今天,地球变暖的气候可能会帮助一些真菌病原体传播到新的地区。以谷热为例。这种疾病会在吸入球虫真菌的微小孢子的人身上引起类似流感的症状。根据新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的地球系统科学家摩根·戈里斯2019年的一项研究,今天美国12个州的217个县可能出现谷热的气候条件。

  但是,当Gorris模拟真菌未来可能生活的地方时,结果令人警醒。到2100年,在温室气体排放持续不减的情况下,不断上升的气温将使球孢子虫向北扩散到17个州的476个县。Gorris说,由于气候变化,曾经被认为主要局限于美国西南部的疾病可能会扩展到美国-加拿大边境。她补充说,这是一个真正的“惊喜时刻”,因为这将使数百万人处于危险之中。

  人类的其他一些真菌疾病也在传播,如组织胞浆菌病和芽生菌病。这两种疾病,就像谷热一样,越来越多地出现在人们认为是它们的历史范围之外。

  这种范围扩展也出现在其他物种的真菌病原体中。例如,导致数百种两栖动物数量减少的壶菌,在17至25摄氏度(63至77华氏度)的环境温度下生长良好。但在高海拔和高纬度地区,这种真菌正成为一个日益严重的问题,部分原因可能是气温上升使以前寒冷的地区更欢迎壶菌。同样,白松水疱锈病,一种真菌,摧毁了欧洲和北美的一些白松物种,正在向以前条件不利的高海拔地区扩张。这使得更多的松树林处于危险之中。不断变化的气候条件也促使作物的真菌病原体,如感染香蕉和小麦的真菌病原体,向新的地区传播。

  气候变暖还会改变干旱和强降雨的周期,这可能会增加人类患真菌疾病的风险。一项针对2000年至2020年加州8.1万多例谷热病例的研究发现,在长期干旱后的两年内,感染往往会激增。科学家们还没有完全理解为什么会发生这种情况。但有一种假说认为,球孢子菌在长期干旱期间比它的竞争对手微生物存活得更好,然后在雨季恢复时迅速生长,并在土壤再次开始干燥时将孢子释放到空气中。“因此,气候不仅会影响它的位置,还会影响我们每年有多少病例,”戈里斯说。

  通过引发更强烈、更频繁的风暴和火灾,气候变化还可以帮助真菌孢子传播到更远的地方。研究人员发现,在200英里外的大火发生后,加州医院的谷热感染病例激增。科学家们在其他物种身上也看到了这种现象:起源于非洲的沙尘暴可能有助于将一种杀死珊瑚的土壤真菌转移到加勒比地区。

  研究人员现在正在对沙尘暴和野火中的空气进行采样,看看这些事件是否真的能将可致病的真菌长距离携带,并将它们带到人类身上,导致感染。达特茅斯学院的真菌生态学家巴拉·乔杜里(Bala Chaudhary)说,了解这种扩散是弄清楚疾病如何传播的关键。乔杜里在《2022年生态、进化和系统学年度回顾》(Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics)上与人合著了一篇真菌扩散概述。但前面还有很长的路要走:科学家们仍然没有几个基本问题的答案,比如各种致病真菌生活在环境中的什么地方,或者是什么确切的触发因素将真菌孢子从土壤中释放出来,并将它们长途运输到新的地方。

  帮助现有的真菌疾病传播到新的地方并不是气候变化的唯一影响。变暖的温度也可以帮助以前无害的真菌进化出耐热性。研究人员早就知道真菌有这种能力。例如,在2009年,研究人员表明,一种真菌——在这种情况下,是一种感染昆虫的病原体——可以在短短四个月后进化到接近37摄氏度的温度下生长,比之前的温度上限高出约5度。最近,研究人员在实验室中分别在37摄氏度(与人体温度相似)和30摄氏度培养了一种危险的人类病原体——隐球菌。与较低的温度相比,较高的温度触发了真菌DNA中某种类型突变的五倍增加。研究人员推测,全球气温上升可能会帮助一些真菌迅速适应,增加它们感染人类的能力。

  现实世界中也有这样的例子。在2000年之前,破坏小麦作物的条锈菌更喜欢在世界上凉爽潮湿的地区生长。但自2000年以来,一些菌种已经更好地适应了更高的温度。这些更强壮的菌株已经取代了旧的菌株并传播到新的地区。

  Casadevall说,这是令人担忧的,特别是随着天气越来越热,热浪变得越来越频繁和强烈。“微生物真的有两个选择:适应或死亡,”他说。“他们中的大多数都有一定的适应能力。”随着气候变化增加炎热天气的数量,进化可能会更强烈地选择耐热真菌。

  随着环境中的真菌适应高温,一些真菌甚至有能力突破人体的温度屏障。

  这可能已经发生了。2009年,日本医生从一名70岁妇女的耳液中分离出一种未知的真菌。这种被命名为耳念珠菌的新型药物真菌很快传播到世界各地的医院,导致已经患病的病人严重的血液感染。世界卫生组织现在将念珠菌列为最危险的真菌病原体,部分原因是这种真菌对普通抗真菌药物的耐药性越来越强。

  印度昌迪加尔医学教育与研究研究生院的医学真菌学家Arunaloke Chakrabarti说:“在印度,这真的是一场噩梦。”Chakrabarti说,当十多年前在印度首次报道金黄色葡萄球菌时,它在威胁患者的念珠菌物种列表中排名较低,但现在,它是念珠菌感染的主要原因。在美国,临床病例从2013年至2016年的63例急剧增加到2022年的2300多例。

  C. auris从何而来?这种真菌同时出现在三个不同的大陆。每个大陆上的这种真菌在基因上是不同的,这表明它是独立出现在每个大陆上的。Casadevall说:“这不像有人坐飞机带着它们。”“这些分离物没有关联。”

  由于所有大陆都受到气候变化的影响,Casadevall和他的同事认为,人类引起的全球变暖可能起了一定作用。金黄色念珠菌可能一直存在于环境中的某个地方——可能在湿地中,研究人员已经在那里发现了其他致病性念珠菌。他们在2019年认为,气候变化可能使真菌一次又一次地暴露在更热的条件下,使一些菌株变得足够耐热,从而感染人类——尽管研究人员警告说,许多其他因素也可能在起作用。

  随后,来自印度和加拿大的科学家在孟加拉湾安达曼群岛的自然界中发现了金黄色葡萄球菌。这种“野生”版本的金黄色葡萄球菌在人体体温下的生长速度比医院版本慢得多。Casadevall说:“对我来说,这表明这种物质在环境中无处不在,一些分离株比其他分离株适应得更快。”

  Chakrabarti说,就像对auris起源的其他解释一样,Casadevall的解释只是一个假设,仍然需要证明。

  Casadevall说,建立气候变化联系的一种方法是检查旧的土壤样本,看看它们是否含有金黄色葡萄球菌。如果旧版本的真菌在高温下不能很好地生长,但随着时间的推移,它们开始适应,这将是它们适应高温的有力证据。

  casadevall说,无论如何,温度升高给人类带来新的真菌病原体的可能性需要认真对待,特别是如果目前感染昆虫和植物物种的耐药真菌能够在人的体温下生长。“然后我们发现自己遇到了以前从不知道的生物,比如念珠菌。”

  医生们已经在人类身上遇到了新的真菌感染,比如在四大洲的hiv感染患者身上出现了多种新药物的Emergomyces,以及印度的一位植物真菌学家感染了一种感染玫瑰科植物的真菌Chondrostereum purpureum的第一个记录。尽管这些新出现的疾病与气候变化没有直接联系,但它们强调了真菌疾病可能造成的威胁。对于Casadevall来说,信息很明确:是时候给予更多关注了。

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