南非乡镇的实验室从呼吸空气中取样结核病

我是 Masiphumelele，一个非正式的锡棚，蹲砖建筑，以及开普敦以南的狭窄小巷，有23,000人上学，经营企业，睡觉，并且面颊四处交往。因此，传染病很普遍 - 尤其是结核病(TB)，它们在成年后会感染80%左右的居民。

本月在这里开设的一个新研究机构旨在通过研究如何在当地社区传播结核病来遏制结核病。价值100万卢比(70万美元)的生物生物学结核病研究设施将允许开普敦大学(UCT)的微生物学家研究从当地结核病患者呼出的空气中捕获的结核分枝杆菌。

它将使用本地开发的技术。在两层楼的一楼，结核病患者将进入一个大小与电话亭大小相当的“干净的盒子”，并在那里度过一段时间。箱内的空气 - 约300升 - 将被抽真空并通过无菌水运行，将任何颗粒物质(包括细菌)锁定在5毫升管中。然后科学家们会在样本中搜寻结核病虫子。

目前，识别结核感染并不是最简单或最便宜的方法。但随着时间的推移，科学家们希望将其扩展为高通量诊断工具，以帮助识别社区中所谓的“超级传播者”。他们还希望确定结核病传播的社区中的位置，这将有助于针对结核病预防服务。“我们希望找到大家谁是在附近发射，说：” 罗宾·伍德，UCT的德斯蒙德图图艾滋病中心主任，新网站背后的主脑之一。

发现超级吊具说起来容易做起来难。要做到这一点，该技术必须能够每天仅在Masiphumelele中筛选数十名患者，快速返回结果并且不会给患者带来不便。这将需要样品处理的高级自动化，而显微镜学家目前必须逐个检查数千个纳米孔以检测一个样品中的缺陷。还需要研究一个人散发的结核病量是否决定了他或她的感染程度，或者是否是特定的结核菌株会导致感染。

更远的地方，挑战将成倍增加。伍德说，开普敦市的结核病患者人数比美国，英国，德国和法国的人数要多，这种细菌感染的人数是开普敦人口的两倍，与100年前相比。儿童感染率特别高。到5岁时，Masiphumelele中20%的儿童感染了结核病，当他们达到高中时，这一比例上升到50%。

这里的感染率非常高，部分原因是艾滋病毒使数百万南非人易患结核病。但伍德认为艾滋病毒本身并不能解释像Masiphumelele这样的地方感染率升高的原因。相反，他认为有大量受感染的个体未能通过治疗计划达到，这些治疗计划专注于活动性疾病。“除非你阻止人们接受疾病，否则你永远不会阻止疾病，”他说。

这就是洁净室采样技术的用武之地。与要求患者咳嗽的结核病检测结果不同，清洁箱中的样本是被动的 - 如果需要，患者可能会咳嗽(并记录下来)，但不会提示他们。这将使科学家们能够确定咳嗽是否更好地传播结核病，而不仅仅是呼吸与受感染者相同的空气。

该技术仍处于起步阶段，未来几年，UCT的微生物学家计划完善清洁盒收集机制。来自UCT的传染病和分子医学研究所的Digby Warner领导了微生物学工作，他说从患者那里获得结核病的工作是令人振奋的。他说，研究实验室菌株“就像在动物园里看到狮子一样”。但是从自然感染的人身上研究结核病“就像在野外看到有机体一样”。

对于团队中的其他人来说，该中心的位置为他们研究的疾病提供了一种受欢迎的人际关系。将研究从样本中提取的结核分枝杆菌的基因组指纹的阿纳斯塔西娅科赫说，她知道世界上没有其他地方这样的高科技设备位于如此接近受影响的社区。“这改变了你对研究的看法，”她说。“当你进入'马西'时，你会想到传播是如何在社交上发生的。作为基础科学家，我们不做很多社会研究，我们不了解社会因素。但是当你把它们全部集中在一个地方时，它变得非常强大。“

微生物学小组的下一步是确保他们在样本中看到的实际上是结核分枝杆菌。要做到这一点，他们必须隔离单个细胞并研究它们 - 这是团队尚未做到的事情。“我们有很多间接证据表明我们在幻灯片中看到的是结核病。看起来像结核病，我们可以从中培养结核病，并且它像结核病一样染色，“华纳说。但他说，幻灯片中有很多“垃圾”，包括其他细菌，对于未来的自动化而言，结核病鉴定无可指责。“接下来几年的挑战是要达到这样的程度，即我们可以从幻灯片中捕获生物体，或者在培养物中培养它，或者获得脂质或蛋白质信号，以确认我们所看到的肯定是结核病。”

对于下一阶段，华纳和他的同事正在与麻省理工学院和伦敦帝国理工学院的同事合作。他们将使用麻省理工学院开发的一种新的荧光探针，看看它是否比开普敦团队目前使用的结核病突出探针(称为DMN-海藻糖)选择性地标记结核分枝杆菌更好，并致力于从中提取突出的细菌。样品进行进一步分析。

但伍德研究传播的方法并非没有批评者。哈佛大学医学院的爱德华纳德尔说，并非所有在呼出的空气中检测到的结核颗粒都能引起感染，因此计算空气中的微生物可能会高估患者的传染性。Nardell是自2005年以来一直在南非另一地区研究结核病传播的组织的一部分，该组织通过豚鼠笼从结核病房中排出空气，以发现有多少动物感染了这种疾病。“这可以测量实际的感染，感兴趣的事件，”他说。“有时老方法仍然是最好的。”

埃里克·鲁宾，在哈佛TH陈公共卫生学院的微生物学家说，木材是开展的工作是“不寻常的和困难的。”但他表示，自己在豚鼠传输工作已产生了有趣和临床翻译的结果，“罗宾的工作是不同，因为他对潜在的分子机制感兴趣。“

其他人则更加明确支持。牛津大学传染病微生物学专家德里克克鲁克说：“让这样一个专门的部门解决结核病是如何从受感染的人特别地传染给易感人群的，这是一个步骤变化。” “好处是，促进或阻止这种情况的因素现在可以被解开。在这样的传播发生的地方做这件事给研究人员提供了最好的机会来解决这个问题。“