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Science子刊 | 揭秘细菌耐药性传播之谜,破解多重耐药菌不是梦!

日期:2019-06-04 09:32:52 来源: 转化医学网 点击:

感染,曾是造成人类死亡的第一大疾病,是抗生素的发明,让这一曾经意味着死亡的疾病变成了几天就可治愈的"小病"。但正在人们为之欢呼之时,抗生素的耐药性问题不断凸显。在美国,每年至少有23,000人死于耐抗生素感染,作为抗生素滥用大国,中国的情况只会更严峻。今天,具有多重耐药基因的“超级细菌”兵临城下,为人类的抗生素滥用敲响了警钟。不仅如此,细菌耐药性的传播问题更是将我们推向了悬崖绝壁。尽管目前针对抗生素滥用问题国家已采取了诸多措施,但终究是治标不治本,究其根源,还是要弄清细菌如何快速产生耐药性以及这种耐药性是怎样传播的。

对于这一问题,里昂“分子微生物学和结构生物化学”实验室的研究人员克里斯蒂安·莱斯特林(Christian Lesterlin)和他的团队则交了一份近乎完美的答卷。在他们的研究中,他和他的团队实时拍摄了抗生素耐药性获取的过程,在细菌种群中发现了一个关键的、但意想不到的参与者。相关文章以“Role of AcrAB-TolC multidrug efflux pump in drug-resistance acquisition by plasmid transfer”为题在《Science》杂志上在线发表。

研究人员选择了大肠杆菌对四环素的耐药性为实验对象来展开研究。将对四环素敏感的细菌放在有耐药性的细菌之前进行实验,耐药的大肠杆菌会在细胞膜上形成一种“解毒泵(TetA蛋白)”,把有毒性的四环素从细胞内排出去,从而减少四环素对自身的杀伤,进而形成一定程度的耐药性。

实验开始后3个小时,有70%的细菌从对四环素敏感变成耐药细菌,这更加验证了之前所说的耐药性传播问题。这种敏感菌做耐药菌之间耐药性的传播即为接合转移,通过质粒介导,由耐药菌将耐药因子转移给敏感菌。接合转移不仅可在同种菌之间进行,而且也可在属间不同种细菌之间进行,通过接合方式,一次可完成对多种抗菌药耐药性的转移。

质粒接合转移

传播问题搞清楚了,那耐药性到底又是如何产生的呢?通过荧光标记,研究人员观察到耐药菌和敏感细菌之间的DNA传递。只需追踪荧光的进展情况,他们就能了解“泵”的DNA是如何从一种细菌迁移到另一种细菌的,以及它在受体菌中的表达情况。

研究小组对这些细胞为何能做到这一点进行了有根据的猜测:许多细菌膜内都有一个被称为AcrAB-TolC的多药外排泵,这种泵能够将多种抗生素从细胞中排出,科学家们推测,在细胞停止蛋白质合成和细胞生长之前,它已将四环素排出体外。为了验证这个想法,研究人员在编码组成泵的不同蛋白质的基因中,用一个突变基因改造了几个突变体。

他们发现,尽管接受了来自邻近细胞的带有TetA基因密码的质粒,但并不能合成TetA蛋白。如果没有功能性外排泵,突变株就不能将四环素从细胞中排出。随着抗生素在细胞内的大量积累,它们将不再能够翻译蛋白质。和预期的一样,在1-2小时内,外排泵的单链DNA片段被转化为双链DNA,然后快速翻译成蛋白质,从而使受体菌对四环素产生耐药性。

荧光标记下的耐药性传播

然而充满疑惑性的一幕出现了:研究人员看到一些新的受体细胞中出现了红色荧光,这些细胞中并没有TetA蛋白的存在:很明显,尽管接触了四环素,细菌仍然能够合成蛋白质,包括TetA蛋白。

虽然不如“四环素解毒泵”那么有效,AcrAB-TolC多药外排泵也能将少量的四环素排出细胞,当功能化时,AcrAB-TolC泵通过将抗生素浓度维持在足以让细胞合成质粒DNA中编码的耐药蛋白的水平来获取更多时间。在这种情况下,它可以产生TetA蛋白,然后将更多的四环素从细胞中分离出来。最终,细菌在受到抗生素影响的同时也会产生抗药性。

该研究的发现极大程度上缓解了目前细菌耐药的严峻态势,为多重耐药菌的治疗奠定了基础,当然,距离临床应用还有很久,但万事开头难,路漫漫其修远兮,让我们拭目以待。

参考文献

Sophie Nolivos, Julien Cayron, Annick Dedieu1Role of AcrAB-TolC multidrug efflux pump in drug-resistance acquisition by plasmid transfer



(责任编辑:xgh)

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