細菌或擁有秘密武器對付抗生素

日期：2014-09-26 08:50:49

致病細菌能夠進化出抗生素耐藥性的能力在世界范圍內對人類健康造成越來越多的威脅。科學家們現已發現我們的微觀敵人也許比我們預計的還要狡猾，它們在壓力環境中通過隱藏的基因變化促進迅速進化，并通過比我們預想的還要多的方式發展出對抗生素的耐藥性。9月9日，一篇發表在美國物理聯合會出版的《生物微流體》雜志上的新文章報道了該研究結果。

文章中，來自新澤西州普林斯頓大學的研究人員報道了他們所發現的兩類相似的大腸桿菌菌株，如何通過截然不同的基因突變迅速發展出相似水平的抗生素耐藥性。能夠使用不同的方法解決相同的問題，說明細菌能夠發展出多種多樣的基因武器對抗抗生素，從而使它們具有更強的應變能力從而更不易被消滅。

加速進化

該科研團隊的領頭人、普林斯頓大學生物物理學家Robert Austin和他的同事專門致力于開發一些獨特的、充滿液體的微結構來檢測細菌進化的理論。Austin強調，他們不使用試管和皮氏培養皿，因為這些均勻的環境只存在于“象牙塔”里，他們所要建造的是那些在他們看來更好的模擬自然生態微環境的儀器。

研究團隊使用了一種定制的微流體儀器，它包含大約1000個相連的可供細菌種群生長的微生境。該儀器可產生類似于與在細菌自然生存環境，如消化道和人體其他內部結構中所發現的復雜的食物梯度和抗生素。

“在復雜環境中，細菌抗藥性的產生要遠比在試管實驗中來的迅速和復雜。”Austin說。

在以往使用微結構儀器的實驗中，研究人員已經了解到一些普通的野生型大腸桿菌菌株能夠很快地進化出抗藥性。另有一種叫GASP的突變菌株，它們在有限的營養物中比野生菌株繁殖得更快，研究人員想知道該突變菌株在接觸相同的抗生素時是否會產生出和野生菌株相同類型的抗藥性。

秘密武器揭曉

通過對接觸過抗生素環丙沙星（Cipro）的野生型和GASP突變型菌群的基因組排序，研究人員發現不同的基因變異可以導致相似水平的抗藥性。比如，在GASP中有兩種不同的突變菌株出現：一種抗藥的GASP菌株，它的進化方式是通過從感染細菌的病毒中“借用”DNA殘片，從而成為了不需要生物膜就可以在外界壓力中存活的菌株。另外一種抗藥GASP菌株沒有通過“嫁接”這一途徑，而是通過其他幾種方式最終也產生了抗藥性。

病毒通常會把他們的DNA注射到細菌中去，這些DNA有時不再具有病毒復制的功能。通常情況下，這些DNA殘片對細菌既無助力也無阻力，但在壓力環境下，細菌可以利用新的DNA迅速地進化出抗藥性變異。

研究人員的結果證實了細菌對抗壓力環境的方法的多樣性和其狡猾之處。“細菌們很聰明，他們有很多隱藏的方式對抗壓力，包括重塑它們的基因組。”Austin說。

意識到細菌是會多么有效地對抗藥物是令人深思的，Austin說：“這教導我們在抗生素的使用方面一定要比現在更加謹慎小心。”

Austin想進一步了解我們現用的殺滅細菌的有效方法，比如用酒精消毒物體表面，是否也有其脆弱性，他的研究團隊計劃測試細菌能否在他們的儀器中進化出對酒精的抗藥性。