基因“减法”驱动进化：副溶血性弧菌适应性机制新探

在微生物进化研究的广袤领域中，病原菌的适应性进化机制始终是核心议题之一。2025年8月27日，上海交通大学公共卫生学院王慧教授课题组携手中科院上海药物所Daniel Falush及杨超团队、西班牙巴塞罗那自治大学Jaime Martinez - Urtaza教授团队，于《Nature Ecology & Evolution》期刊发表题为“Wave succession in the pandemic clone of Vibrio parahaemolyticus driven by gene loss”的研究论文。该研究以严谨的实证分析和系统的理论推导，揭示了引发我国食源性疾病的重要病原菌——副溶血性弧菌的适应性进化分子机制，为病原菌适应性进化研究开辟了全新视角。

副溶血性弧菌：食源性疾病的关键病原

副溶血性弧菌作为一种典型的嗜盐性海洋弧菌，在食源性疾病的发生与发展中扮演着关键角色。它是进食水产品后引发食源性疾病的首要病原菌，严重威胁着公众的饮食健康。同时，它也是多种水产品的重要病原菌，对水产养殖业的可持续发展构成潜在风险。

从生物学特性来看，副溶血性弧菌株存在致病菌与非致病菌的分化。1996年，印度首次报道了副溶血性弧菌致病克隆群，此后该克隆群迅速在全球范围内扩散，形成了最具代表性的流行群——大流行群（pandemic clone）。据相关统计数据表明，在我国，超过70%的副溶血弧菌感染案例均由该大流行群引起，这充分凸显了其公共卫生重要性。

大流行群的进化动态：亚群更迭与“第四波”主导

在漫长的进化历程中，大流行群并非处于静态，而是逐渐分化出4个亚群（waves）。这些亚群呈现出依次交替成为主要感染流行人群的特征，形成了独特的“进化浪潮”现象。其中，“第四波”（Wave - 4）在近十几年的进化过程中逐渐脱颖而出，取代其他亚群成为最主要的流行群。这一现象引发了科学界的广泛关注：Wave - 4究竟凭借何种进化优势得以最终胜出？

 图1 大流行群的精细种群结构及其时空与流行亚群动态（引自论文）

基因“减法”：Wave - 4的进化竞争优势解析

研究团队运用先进的全基因组测序技术和生物信息学分析方法，对大流行群wave1 - 4的全基因组变异位点进行了深入剖析。结果显示，与wave1 - 3相比，wave - 4流行群“丢失”了9个与腐胺（一种常见多胺）代谢通路相关的基因。这一基因缺失事件并非偶然，而是为wave - 4带来了显著的进化竞争优势。

从环境适应能力方面分析，wave - 4流行群形成生物被膜（biofilm）以抵抗不利环境的能力得到显著增强。生物被膜作为一种复杂的微生物群体结构，能够为细菌提供物理保护，帮助其在极端温度、低营养等不利环境中生存。此外，wave - 4在几丁质等界面上的定植与增殖能力也更强。几丁质是自然界中广泛存在的多糖，为细菌提供了重要的生态位。wave - 4在这类界面上的优势定植与增殖，使其能够在更多的生态环境中立足并扩散。

在宿主适应能力方面，wave - 4在动物及人类宿主肠道内的粘附、定植与增殖能力更为突出。肠道作为细菌与宿主相互作用的重要场所，细菌的粘附与定植能力直接影响其感染与传播效率。wave - 4的这一优势使其更容易借助人类的活动，如国际贸易、人口流动等，实现全球范围内的快速扩散。

然而，有趣的是，基因缺失虽然提升了wave - 4的生存与传播能力，但却降低了其菌株的致病性。临床观察数据显示，Wave - 4引起的腹痛、呕吐、发烧等症状明显低于wave1 - 3。这一现象可能反映了细菌在进化过程中的一种权衡策略，即在保证自身传播优势的同时，适当降低对宿主的致病性，以延长在宿主体内的存活时间，从而增加传播机会。

图2 Puu代谢途径的缺失对流行群表型的影响（引自论文）

基因缺失：细菌适应性进化的普遍机制

进一步的研究发现，基因缺失现象并非副溶血性弧菌所特有，在其他细菌中也普遍存在。例如，在霍乱弧菌（Vibrio cholerae）和大肠杆菌（Escherichia coli）中，基因缺失同样增强了生物膜形成与细胞粘附能力。这一系列证据表明，基因缺失可能是细菌中一种普遍存在但此前被低估的适应性进化机制。它为细菌提供了一种独特的适应环境变化的策略，通过减少不必要的基因负担，优化自身的生理功能，从而在激烈的生存竞争中占据优势。

研究意义：病原菌适应性进化研究的新里程碑

本研究首次从进化生物学的角度出发，综合运用生物信息学、组学及实验等多种研究方法，系统地解析了副溶血性弧菌通过基因丢失获得竞争优势的分子机制。这一研究成果不仅为深入理解副溶血性弧菌的进化历程和致病机制提供了关键线索，更为病原菌的适应性进化研究提供了一个全新的理论框架和研究范式。

在公共卫生领域，该研究成果具有重要的应用价值。基于对病原菌进化规律和适应性机制的理解，我们可以制定更加科学、精准的防控策略。例如，针对wave - 4的生物膜形成能力和宿主粘附能力，开发相应的抑制药物或防控措施，从而有效降低副溶血性弧菌的感染风险，保障公众的健康安全。

可以说，这项研究以其严谨的科学方法和创新的理论观点，为病原菌适应性进化研究做出了重要贡献。它让我们深刻认识到，在微生物的进化过程中，基因的“减法”操作同样可以成为一种强大的进化驱动力。随着研究的不断深入，我们有望更加全面地揭示病原菌的进化奥秘，为应对日益严峻的公共卫生挑战提供坚实的科学依据。

DOI: 10.1038/s41559-025-02827-z