DNA技术正在法庭上用来帮助检举人证实强奸犯或杀人犯所犯下的罪行;同样,它也在医学上用于协助病因监测人员指证微生物界的凶犯。
在过去的几年中,各种强有力的新式“分子医学”工具已进入流行病学领域,对科学家探查、跟踪和阻止疾病的突然蔓延给予了极大的帮助。如同它们在刑事司法中所起到的作用一样,这些技术也给病因调研人员提供了种种全新的方法来证实所涉嫌的微生物是罪魁祸首还是清白无辜,辛辛那提大学医院的流行病学家小卡尔文 · 林内曼(Calvin C. Linnemann Jr.)说:“DNA技术使我们注意到了以前未曾注意的问题。我想,它将会使传染病的控制得到彻底改观
新式侦查手段的关键是“DNA指纹”,这是一项依据各种细胞、细菌和病毒所含遗传信息——DNA——的微细差异来鉴别其特性及分类地位的技术。据此,生物学家可以区分出同种微生物的不同“菌株”。这一技术的精确性,不仅有助于流行病学家追踪各种传染病的蔓延,而且在某种情况下还能使他们基本弄清楚谁是疾病的传播者。
同样重要的是,“分子流行病学”也在为科学家提供鉴定微生物新种的方法。
按照惯例,生物学家须先在实验室内对细菌或病毒进行培养之后才能着手确定其各种重要性质,主要是凭经验来鉴定其在显微镜下的形态特征、添加某些营养物时的生长能力、对特定抗生素的敏感性以及对各种类型细胞的影响力。
但是,现在有了可供选择的办法,它叫“聚合酶链反应”(PCR)。利用这种实验室技术,生物学家可以复制出单个细胞的DNA片断,然后使其重复数百万倍。这些完全相同的片段一旦大量获得,就可用作DNA指纹或其它研究。特别是生物学家能将新细菌或新病毒的DNA特性与已知微生物的DNA特性进行比较,这样,就可以鉴定出它在分类上应归于或最接近于哪一属哪一种。
综合运用PCR和DNA指纹这两项技术,科学家们对那些由于各种原因在实验室中不易或根本不能生长的微生物可作出鉴定。生物学家认为,不论什么微生物,即使搞不清它有何作用,大概也能确定它属于哪一类。
汉江病毒的发现
最近,美国疾病控制与防疫中心(CDC)的科学家宣布,今年春夏,他们在西南部“四角地”区域查明了一次致命性肺炎爆发的起因。这项工作再好不过地说明了分子流行病学的非凡威力。CDC病毒学家斯图尔特 · T · 尼科尔(Stuait T. Nichol)及其同事本月初在《科学》杂志上撰文,对这一鉴定工作作了描述。此次肺炎的流行是由一种叫做“汉江病毒(hantavirus)”的微生物新种所引起。到目前为止,已发现42名患者与此病毒有联系,其中26人恐怕难以回生。
汉江病毒在70年代就被分离过,而且被证明是远东所发现的几种“出血热”的病因。(因首批患者中有一些是在韩国汉江流域发现的,故该病毒由此得名。)该病毒通常由多种啮齿动物所携带,人哪怕是接触到一点点此类动物的粪便都有可能被感染。以前在北美的鼠类中尽管也发现过汉江病毒,但在此地还从未有过人类发病的病例。
这次在“四角地”病区对传染病因的调查开始是采用标准的流行病学方法。实地调查人员对幸存者进行访问并查验其所接触物;与此同时,实验室研究人员参照已知的传染病病因对受害者的血样进行化验。如果在“抗原一抗体”检验中患者血液与某种细菌或病毒的化学提取物发生了反应(表示受害人的机体已经受到感染并对侵入物产生了化学抗性),那么指证所检验的微生物为病因就有了可靠的依据。实际化验结果,受害者血样显现出与汉江病毒具有某种反应。汉江病毒在实验室的培养却非常之难,那么,科学家们又怎么能迅速验证他们手中所掌握的这种微生物呢?
CDC的病毒学家把目光转向了PCR,其发明者获得本年度诺贝尔化学奖。
这些科学家把流行性肺炎患者的组织提取物与已知汉江病毒的DNA片断混合在一起,期望这些称作“引物”的DNA片断能从患者组织的生化提取物中搜寻出相关的DNA顺序。这项测试无异于大海捞针,但PCR对此却特别擅长。结果发现,提取物中DNA长链约有70%与引物完全相同,他们还用这一技术将其进行了“放大”。这项测试工作也使生物学家们又获得了该微生物新种的大量DNA,他们说,毫无疑问,它就是汉江病毒。此外*通过测定该新菌株中成块的DNA的顺序,他们还能确切地说明它与已知的汉江病毒具有怎样的密切相关性以及它在生物系统树中处于什么样的地位。
医疗部门的应用
尽管解决“四角地”之谜也许是分子流行病学迄今最引人注目的成就,但这方面最重要的应用还可能是在各医疗单位中那些工作性质比较单调的传染病控制部门。
对各种带'有危险性的微生物来说,医院最适合它们繁殖泛滥,那些病弱者均是它们易于侵袭的对像。而每家医院也确实有一位“传染病监管员”专门负责监测危险性流行病爆发。
在9月份的《美国医学协会杂志》上,辛辛那提大学医院的林内曼对他们单位托儿所在1990年和1991年发生的两次葡萄球菌感染爆发作了报道。
根据传统的实验室技术和福尔摩斯式的演绎法,第一次感染爆发起因于一名保育员。可是,到第二次感染爆发时,那位保育员已退了休。一位患有轻微面部感染的医生涉嫌为第二次爆发的起因。然而,当研究人员回*来用DNA技术对导致婴儿病变的葡萄球菌菌株作出鉴定时,发现两次感染爆发均起因于同一种菌株。此菌株与那位保育员所携带的不同,但与那位医生所携带的则完全一样。仔细一想,问题看来就很清楚了,那位医生才是这两次感染爆发的起因,尽管在第一次感染爆发时根本就没人怀疑到她。
林内曼最近说:“我们的临床流行病学研究还是相当不错的,虽然有人曾错误地受到牵连,但分子流行病学却能给予澄清。”
[The Washington Post,1993年11月15日]