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細菌會通過自我犧牲來保護同伴不受抗生素傷害

發布時間:2020-09-25 15:16:48 | 來源:【中國生物技術發展中心 2020年9月18日】
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實驗室中的細菌。圖片來源:德克薩斯大學奧斯汀分校

 

近日,美國德克薩斯大學奧斯汀分校的研究團隊發現了細菌群中的一些細胞如何通過犧牲自己,以保全菌群中的其他細胞有更好的機會在抗生素的沖擊下存活下來。這一發現對于解決如今抗生素耐藥性問題至關重要。

當一個細菌群中的細菌細胞死亡時,它們會釋放出化學信號,科學家們將其稱為“壞死信號”。這些信號就像一種預警系統,可以使存活的細菌細胞準備應對抗生素。這篇概述“亡靈信號”處理過程的研究近日已發表在《自然通訊》上。

當數以十億計的特定類型細菌(如大腸桿菌)聚集在一起并利用其鞭狀鞭毛在固態表面上整體移動時,就會形成一個細菌群。科學家們過去觀察到,這些菌群對抗生素的抗性更強,而且,死亡的細菌會為菌群中仍然存活的細菌提供營養。然而,這是研究人員首次觀察到一種由死亡細菌主動發出的信號。

研究通訊作者、微生物學教授Rasika Harshey和她的團隊在大約10年前觀察到,當細菌群移入到被抗生素治療的區域時,細菌群中有大約25%的細胞會死亡。他們想知道,這種大規模的細胞死亡是否真的有助于整個菌群的生存。

這項結果表明,這是真的。這些細胞在死亡時會釋放出一種蛋白質,該蛋白質會與仍然存活的細菌細胞的表面結合。這就像一個信號一樣,讓菌群中的幸存者知道應該開始利用名為外排泵的特殊分子機器將抗生素排出細胞。

Harshey說:“雖然這種耐藥性是生理性的,但它使細菌有時間獲得最終導致遺傳耐藥性的突變。”

如今,抗生素耐藥性是醫學上的一個嚴重問題,因為一旦某種細菌對幾種抗生素藥物產生耐藥性,治療人類和動物的感染就變得異常困難。

通過了解這些難以殺死的菌群在接觸抗生素時能存活下來的一種機制,科學家也許能夠使用治療藥物來靶向該過程。

Harshey說:“干擾‘壞死信號’能夠增強抗生素的作用,并降低耐藥性菌株出現的機率。”

Harshey和她的團隊通過研究發現,在細菌群內部,一種細胞亞群似乎對抗生素更敏感,它們像是這個菌群的炮灰。通過發育出不同類型的細胞,菌群能夠比單個細菌細胞具有更好的存活機會。

Harshey說:“許多臨床上重要的細菌都會在宿主外的惡劣環境中經歷感染周期的各個階段,在這些環境中,成群的細菌通過壞死信號增加了獲得抗生素耐藥性的機會。如果能更好地理解這一過程,我們就能夠阻止它。”

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