Sacca通过Flickr.

霍乱时期的科学

虽然霍乱通常被认为是维多利亚时代的疾病,但在现代世界的许多领域仍然是一个重要问题。基因组学研究有助于让我们更接近了解我们如何消除一次和所有人。

什么是霍乱?

霍乱是一种传染性疾病小肠的一种细菌细菌霍乱霍乱。该病的典型症状包括广泛的急性腹泻,可持续数天,并因此导致严重脱水。如果不及时治疗,可能会导致死亡。在摄入被这种细菌污染的水两小时后,症状就会出现。这种短暂的“潜伏期”被认为是霍乱能够在人群中迅速传播的原因。

研究人员估计,每年有高达400万个霍乱病例,全世界高达140,000人死亡,所以显然它仍然是一个全球卫生问题。

约翰·斯诺和布罗德街的水泵

全世界每年有多达400万霍乱病例。

1831年报告了英格兰的第一个霍乱案例,同时,一个叫做约翰雪的18岁的男子在伦敦完成了他的医学研究(他应该在14岁时开始培训作为医生!)。在未来20年内,霍乱导致了一系列严重的流行病,仅在英格兰杀死了数万人。

当时,人们对传染病如何传播,甚至什么是传染病都知之甚少。当时,人们认为像霍乱和黑死病这样的疾病是由于吸入了腐烂物质产生的瘴气或“坏空气”而引起的。然而,约翰·斯诺的调查即将挑战这些观点。

一幅1852年的杂志插图,展示了伦敦贫民窟不卫生和拥挤的条件。
图像信用:通过惠康图像惠康图书馆

虽然他专门从事女性健康和怀孕,但约翰对许多医学领域感兴趣。他特别着迷于传播霍乱的传染病如何。自从开始他的医疗培训以来,他总是热衷于调查水作为传播传染病的载体。在1800年代中期,人们没有运行的水或清洁方法来处理或治疗污水。伦敦特别糟糕,污水通常被倾倒到敞篷坑中,甚至直接进入泰晤士河。除此之外,来自泰晤士河的水通常是装瓶,并送到酒吧和其他业务供消费!

John Snow认识到这一点,并且怀疑污水可能会污染供水和蔓延的霍乱,并且可能是全市各地的许多其他疾病。

1854年9月,特别严重的霍乱爆发袭击了伦敦的Soho地区。

1854年9月,霍乱特别严重的爆发袭击了伦敦的Soho地区,靠近约翰的生活。他借此机会找到爆发的来源,一次和所有人。他在时钟周围工作,通过检查医院和公共纪录来跟踪感染。

约翰在城市周围的地图(下图)构建了地图(下面),霍乱的死亡是聚集的。他向每个地址的死亡人数显示为一系列水平线,像街上的一堆尸体一样堆积起来。

John Snow的Soho霍乱地图。图像信用:通过惠康图像惠康图书馆

约翰报告说,该地图显然表明,爆发与“广阔的街道中常见的街头泵”相关联。那时,泵不仅为周围街道的许多家庭提供了水,而且还提供了该地区的许多业务。

尽管生活在泵附近,但该地区的一些人已经设法避免了霍乱,所以约翰调查了为什么这是为什么。他发现一群男子在宽敞的街道上工作,通过避免泵中的饮用水并坚持自己的啤酒来保持健康。虽然当时对他们不知不用,发酵过程杀死了霍乱细菌,所以喝啤酒和杜松子酒实际上比饮用水更安全!

John Snow的霍乱地图集中在广阔的街道水泵上。图像信用:通过惠康图像惠康图书馆

约翰说服镇里的官员把宽街水泵的把手取下来。

John Snow的霍乱地图是数据可视化的重要例子,并且代表了流行病学领域的诞生中的重要里程碑 - 药物分支调查疾病的发病,分布和控制。

1854年9月7日,约翰把他的发现告诉了镇上的官员,并说服他们把宽街水泵的把手取下来。虽然他们最初拒绝了他的请求,但在移开拉手后,霍乱的爆发几乎立即消失了。

德国医师Robert Koch确定了霍乱,细菌的原因霍乱霍乱

几十年后,德国医生罗伯特·科赫(Robert Koch)发现了霍乱的病因——霍乱弧菌。科赫证实了这种细菌确实是通过不干净的水或食物传播的,这为约翰·斯诺的理论提供了具体的支持。现在人们普遍认为约翰开创了流行病学领域。为了纪念他的这一发现,布罗德街的水泵被永久陈列在伦敦卫生和热带医学学院。

弧菌霍乱细菌的显微镜图像,霍乱的原因。

现代时代仍然是一种疾病

每年都有高达140,000人死亡,因为霍乱全世界。

许多人认为霍乱故事结束于那里,但这是一个非常重要的公共卫生问题。今天,霍乱导致数百万例腹泻和每年数十万人死亡。即使在英国,每年有大约12例霍乱报道,尽管这些通常与海外旅行到发展中国家。自19世纪80年代以来,英国这样的发达国家已经为清洁水的分配建立了坚实的基础设施,以及污水处理和治疗。这阻止了霍乱等水的疾病传播。但仍有许多资源贫困地区的卫生仍然是一个主要问题。

霍乱在世界领域仍然比较常见,没有干净的水和污水处理系统,例如非洲,亚洲和南美洲的部分地区。然而,霍乱的爆发仍然可以在世界其他地区发生。例如,2010年海地的霍乱爆发了。这是一个遭受灾难的毁灭性的地震,袭击了Hispaniola岛,这是由东部的多米尼加共和国和西部的海地组成。地震造成了超过160,000人,并对海地造成基础设施的丧失,导致政治和社会动荡。这种基础设施的损失导致了剧烈的霍乱爆发。

在苏丹东部农村,一个小男孩跪在一个泥泞的池塘边,准备饮用这个不安全的水源。图片来源:疾病控制和预防中心的特蕾莎·罗巴克

通过基因组学跟踪霍乱

在过去,科学家们用相当钝的工具来研究霍乱,但是DNA测序通过观察这种细菌,我们现在可以对它有更深入的了解基因组

自1816年以来发生了六次霍乱大流行。

有许多不同类型的霍乱,但只有少数能引起“大流行”疾病。这指的是在各国和各大洲迅速传播的霍乱类型。自1816年以来发生了六次霍乱大流行。目前的第七次大流行是由一种霍乱细菌引起的,这种细菌以最初发现它的村庄埃尔托尔(El Tor)命名。大流行类型的霍乱是DNA测序的主要兴趣,因为它们导致最广泛和破坏性的疾病。

一系列时间线,展示了历史历史上的七个霍乱大疱。
图像信用:Genome Research Limited

为了跟踪全球霍乱的传播,科学家可以将成千上万的霍乱细菌的基因组序列,从世界不同地区采取的霍乱细菌。这些被称为“隔离”。通过比较这些分离株的基因组,科学家们现在可以放心地说,来自不同国家的不同霍乱细菌彼此相关。它们还可以解决与相关的不同隔离有多密切,以及最近它们彼此分开。他们可以判断他们是否只有几天或几周前彼此分开,或者它们是否更终于与几年甚至数十年分开。

这是很有用的信息。如果发现两个人感染了密切相关的霍乱细菌,那么这可能表明他们最近都访问过同一个国家或社区,甚至可能饮用过相同的受污染水源。如果是这样,那么霍乱感染的源头就很清楚了,我们就可以集中精力消除这种疾病的源头。

确定爆发起源

基因组测序使我们能够找出DNA的确切顺序基地在一个基因组中。如果我们序列大量基因组,那么我们可以并排将它们与它们进行比较以找到相似之处和差异。这就是科学家用霍乱做的。主要是他们一直在寻找来自不同分离株的基因组的单一基本差异。在两个基因组之间的单个基础差异越少,这些隔离物越紧密地彼此。

通过以这种方式比较大量基因组,科学家可以绘制系统发育树。像一棵家谱一样,系统发育树显示不同的个体如何彼此相关。例如,比较来自霍乱的分离株的基因组使科学家能够建立这些隔离物的树木彼此相关的树。

一个系统的基于DNA序列的系统的例证。来自密切相关的个体的DNA序列比远远相关的人更相似。
图像信用:Genome Research Limited

科学家从1930年的霍乱分离物分析了DNA,直至今天。

科学家分析了这一点DNA从1930年从霍乱分离物到现在。从这里,它们为霍乱创造了一种系统发育树,显示出导致目前大流行的分离物之间的关系。通过分析树,他们确定了一个不断发展的人口霍乱霍乱这是所有霍乱的源头。世界上所有的霍乱疫情都可以直接追溯到这一源头人口,但每一次地方性的疫情最终都消失了,再也没有出现过。然而,当这些个别的疫情消失时,源头人群却持续存在并继续进化。那么这种源种群是在一个地方发现的还是在四处移动?

为了回答这个问题,在Wellcome Trust Sanger Institute的科学家看着每个孤立来自哪里。他们所看到的是,从南亚的霍乱案例都直接从主要来源人口分支。相比之下,世界其他地区的爆发与非洲和南美洲这样的爆发与这个源人口有关,但与其略微挺直。这表明南亚分离株与源人口更密切,指向源也在南亚的位置。进一步调查将此源地点确定为孟加拉湾,位于印度中部,孟加拉国和缅甸(缅甸)。这一点水可能是世界相当于由John Snow确定的广阔街头泵,世界上霍乱大疱的茎。

基于基因组序列信息的一张显示孟加拉湾霍乱三波传播的地图(数据来源:Mutreja et al. 2011;doi: 10.1038 / nature10392)。
图片来源:基因组研究有限公司

接下来是什么?

科学家现在知道他们需要将他们的努力集中在孟加拉湾的霍乱。

有了这些证据,科学家们现在知道他们需要把精力集中在对付孟加拉湾的霍乱上,从根本上说,把理论上的水泵的把手拿掉。通过这样做,他们有望防止霍乱向世界其他地区的进一步传播,并对当前的霍乱大流行有更深入的了解。

然而,这将需要资源、资金和大量的霍乱样本。完全了解霍乱是如何传播的以及涉及的水源的性质也需要时间。这将确保有效、高效地开展任何疫苗接种或药物接种运动,并对霍乱进行彻底打击。

在约翰·斯诺几十年前的研究基础上,我们现在有了一个非常强大的工具,利用基因组学制作出高分辨率的地图,来展示各种传染病是如何传播的。这些地图可用于了解不同地区、国家和大陆的疫情,也可用于了解特定地方社区和医院的疫情。希望它们能让科学家和医生在未来应对霍乱等传染病时占据上风。

此页面最近更新于2017-08-23

标签: