【科學講堂】霍亂弧菌抵抗「天敵」 竟會「波及」人類？
霍亂由霍亂弧菌引致，是一種會令人腹瀉的嚴重傳染病。霍亂在香港並不算嚴重，但對清潔水源供應不穩定的地區來說，霍亂仍是一種肆虐的疾病。從1961年持續至今，我們其實仍處於第七次霍亂大流行之中。霍亂弧菌自然也有它們的「天敵」，今次就和大家分享霍亂弧菌與「天敵」的互動如何塑造了它們的演化。
霍亂弧菌的「天敵」主要是一種名為ICP1的噬菌體。噬菌體是一種專門攻擊細菌的病毒，它們會侵入細菌內部並利用細菌的資源進行複製，最終導致細菌裂解死亡。霍亂弧菌為求生存，演化出多種抵禦噬菌體的機制；與此同時，ICP1也會不斷演化以突破細菌的防禦。
今次分享的研究收集了不同地區的霍亂弧菌，再進行基因分析並加以比對。研究人員發現，與鄰近的印度相比，孟加拉的霍亂弧菌演化得出奇地快，其中受改變的基因有不少都與抗衡ICP1噬菌體有關，反映病毒為霍亂弧菌帶來不少生存壓力，驅使它們不斷改變。
由於水源是霍亂弧菌傳播的主要渠道，以往我們傾向留意河流、水塘等水體來了解霍亂的散播。然而，儘管恒河從印度流入孟加拉，帶來大量水源交換，這個研究卻發現孟加拉的霍亂弧菌很少在鄰近的印度流行，彷彿國界也是霍亂傳播的一個屏障。孟加拉和印度的霍亂弧菌，過去二十年來基本上是各自分別演化的。這項觀察暗示，人類的流動，而非僅是河流的流動，可能才是該地區霍亂散播的一個重要因素。
卸除防衛換取傳播能力
另一個有趣的發現是，在全球較為流行的霍亂弧菌，大多是缺少了噬菌體防衛基因的品種——缺乏防衛機制反而讓這些細菌更易在全球流通。
生物學家推論，維持防衛噬菌體的機制需要消耗不少資源；當環境中噬菌體數量不多時，高昂的防衛成本可能反過來阻礙霍亂弧菌的發展。換句話說，這類細菌可能以「卸除部分防護」為代價，換取更快速的繁殖和傳播能力。
不過，擁有防衛噬菌體的機制，仍會使霍亂弧菌佔據明顯優勢。2022年3月至4月，孟加拉曾爆發一次較大規模的霍亂，位於首都達卡的一個疾病研究中心為超過四萬名病人提供治療。值得注意的是，研究人員發現這次疫情與霍亂弧菌新獲得的防衛基因PLE11出現的時間高度脗合。
PLE11能夠製造出一種名為Rta的蛋白質。這種蛋白質的作用是阻礙ICP1噬菌體組裝其尾部結構（需要尾部結構的完整才能有效感染新的細菌），因而阻止病毒擴散。正是這項機制讓攜帶PLE11的霍亂弧菌在爆發期間得以大規模傳播。
ICP1噬菌體並非毫無還手之力。隨着PLE11在霍亂弧菌中逐漸普及，部分ICP1品系也演化出相應的對策。這些ICP1藉由改變自身尾部蛋白質的結構，不再受Rta蛋白的干擾，重新獲得感染能力。
此外，某些ICP1更發展出針對性的基因破壞機制，能夠直接使細菌的PLE11防衛基因失活。
小結
儘管PLE11的出現與2022年霍亂大爆發在時間上脗合，兩者之間是否存在直接的因果關係，仍有待更深入的分析。此外，為什麼霍亂弧菌在國境兩側（孟加拉和印度）的演化路徑會如此不同？這些都是科學家們持續探索的課題。希望今次以霍亂為背景的故事，能夠讓大家認識到細菌、噬菌體和人類在大自然中複雜的互動與演化。
●杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
