鼠疫耶尔森菌可感染人体虱的Pawlowsky腺并通过虱叮咬传播

Yersinia pestis can infect the Pawlowsky glands of human body lice and be transmitted by louse bite

作者信息David M Bland, Dan Long, Rebecca Rosenke, B Joseph Hinnebusch
PMID38771885
期刊PLoS Biol
发布时间2024-05-21
DOI10.1371/journal.pbio.3002625

实验完整度

包含体外感染模型、荧光显微观察、免疫组化、传播实验及多种细菌菌株比较,验证了PG感染与传播增强的因果关系。

主要模型

旧金山株人体虱(Pediculus humanus humanus) 膜饲养感染模型

重点核对

感染剂量:菌血症水平≥1.2×10^7 CFU/ml时出现PG感染,≥1.2×10^5 CFU/ml时慢性感染 虱种:使用旧金山株体虱,区别于兔适应株奥兰多株 感染后处理:直接转移或延迟转移(21°C, 18小时无血)模拟不同传播场景 检测时间:感染后7天内每日监测传播、粪便排菌、细菌载量和死亡

摘要

鼠疫耶尔森菌(Yersinia pestis)是鼠疫的病原体,是一种高度致命的媒介传播病原体,在中世纪黑死病期间导致欧洲大量人口死亡。在自然界中,鼠疫耶尔森菌在跳蚤和啮齿动物之间循环,偶尔通过被感染的跳蚤叮咬传播给人类。因此,跳蚤和携带跳蚤的老鼠被认为是以往鼠疫大流行的主要流行病学驱动因素。人类外寄生物,如体虱(Pediculus humanus humanus),由于其作为鼠疫杆菌低效媒介的声誉而在很大程度上被忽视。使用适应膜饲养的体虱株,我们表明一些体虱的消化道在菌血症低至1 × 10^5 CFU/ml时即可慢性感染鼠疫耶尔森菌,并且这些虱经常排便排出鼠疫耶尔森菌。在较高的菌血症(≥1 × 10^7 CFU/ml)下,一部分虱在Pawlowsky腺(PGs)内发生感染,PGs是虱头部的一对推测的副唾液腺。发生PG感染的虱比仅消化道感染的虱更稳定地传播鼠疫耶尔森菌。这些腺体被认为分泌润滑剂到口器上,我们假设当感染时,它们的分泌物在喂食前污染口器,导致基于叮咬的鼠疫耶尔森菌传播。体虱对革兰氏阴性菌感染的高度易感性和它们通过多种机制传播鼠疫杆菌的潜力,支持了它们可能在以前的人类鼠疫大流行和局部暴发中发挥作用的假说。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
人体虱能否作为鼠疫耶尔森菌的传播媒介,其感染和传播机制是什么?
核心机制
鼠疫耶尔森菌可感染体虱的Pawlowsky腺,腺体分泌物污染口器,通过叮咬将细菌传播给宿主。
主要证据
荧光显微和免疫组化证实PG感染;PG感染的虱在短时(3小时)喂食中更频繁传播细菌,而仅中肠感染的虱不传播。
研究意义
体虱可能在不同环境条件下作为鼠疫传播的辅助媒介,支持其在历史大流行中的作用。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

模拟自然感染场景

比较直接转移和延迟转移两种感染场景下体虱的感染和传播效率

将体虱饲喂含高浓度鼠疫耶尔森菌的血液,分别进行直接转移或延迟转移处理,随后监测一周内的感染率、死亡率、细菌载量和传播情况。

2

确定PG感染的病理学证据

验证鼠疫耶尔森菌在体虱头部的感染结构是否为Pawlowsky腺

通过荧光显微镜筛选头部有感染灶的虱,进行组织切片和免疫组化染色,检测Y. pestis在PG中的定位。

3

评估PG感染对传播效率的影响

比较PG感染与仅中肠感染的虱在传播效率上的差异

将诊断为PG感染或仅中肠感染的虱分组,进行20小时和3小时的传播实验,定量血液中的细菌CFU。

4

测定感染阈值和菌种特异性

确定引起慢性感染和PG感染的最低菌血症水平,并测试不同细菌菌株是否都能感染和传播

使用不同浓度的鼠疫耶尔森菌(10^4–10^8 CFU/ml)感染虱,测量感染率、粪便排菌和PG感染;进一步用不同细菌菌株(包括Y. pestis突变株、Y. pseudotuberculosis和E. coli)感染,观察PG感染和传播情况。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
验证免疫效应
验证机制链路

产品清单

实验环节名称品牌货号
柠檬酸化人血Innovative Research--
脑心浸液肉汤----
血琼脂平板(5%绵羊血)----
氯化血红素----
三氯生----
ImmPRESS-VR马抗兔IgG聚合物Vector Laboratories--
Discovery紫色试剂盒Roche Tissue Diagnostics--
Ventana Discovery ULTRA染色平台Roche/Ventana--
VIP-6 Tissue Tek组织处理器Sakura Finetek USA--
尼康Eclipse E800显微镜Nikon--
奥林巴斯DP72相机Olympus--
cellSens软件Olympus--
裂解基质Z珠MP Biomedicals--
50毫升锥形管Celltreat Scientific Products--
Parafilm M封口膜----
CIMAREC i磁力搅拌器Thermo Scientific--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
体虱感染
感染剂量(CFU/ml)、虱株(San Francisco株)、感染后转移方案(直接或延迟)、感染后培养温度和时间
阅读提示:Methods部分 'Body louse infection' 和 'Body louse colony maintenance and feeding'
传播实验
检测时间点(20小时和3小时喂食)、每组虱数量、细菌计数方法
阅读提示:Methods部分 'Monitoring Y. pestis infection and transmission kinetics in lice'
PG感染评估
荧光筛选标准、免疫组化抗体的稀释度、组织切片厚度
阅读提示:Methods部分 'Evaluation of Pawlowsky gland infection status on louse-bite transmission efficiency' 和 'Immunohistochemistry of infected lice'
菌株比较实验
细菌菌株、感染剂量、观察时间点(第3、5、7天)
阅读提示:Methods部分 'Body louse infection' 和 S2 Fig
感染阈值实验
不同菌血症水平(10^4–10^8 CFU/ml)、感染率、粪便排菌、PG感染和传播的检测
阅读提示:Results部分 'The incidence of Pawlowsky gland infection correlates with infectious dose' 和 Table 1