人们发现细菌通过改变形状来避免使用抗生素
接触抗生素(底部)与未接触抗生素时新月柄杆菌生长情况的比较。 (希拉蒂亚·班纳吉)
如果你是一个细菌,只是想在充满抗生素的世界中生存,那么你需要一些技巧。 你可以被另一种细菌戳了获得一些令人兴奋的新遗传物质,或者你可以通过几代人进行基因突变,并希望你找到阻止毒害的秘密武器。
科学家们早就知道这些策略,但现在一组研究人员观察到细菌通过改变形状来避免人体内抗生素的一种简单得令人担忧的新方法。
“我们发现新月柄杆菌细胞可以恢复刺激前的生长速度并经历细胞形状的巨大变化,”该团队在他们的新论文中写道。
“去除抗生素后,细胞会在多代后恢复其原始形态。”
2019年,另一组研究人员发现了类似的东西——细菌正在改变形状(变成更多的东西)以避免成为人体内抗生素的目标。
但在这种情况下,细菌会脱落整个细胞壁以扭曲远离药物,而在这项研究中,科学家发现细胞壁保持完整,但显着拉伸形成新的 C 形。
为了弄清楚这一点,来自卡内基梅隆大学、伦敦大学学院和芝加哥大学的一个团队采集了细菌C、生长——通常在淡水湖泊和溪流中发现的细菌 - 添加少量广谱抗生素氯霉素,然后观察细菌的生长和分裂。
抗生素的用量不足以杀死大多数细菌,但确实减缓了它们的生长速度。
经过大约 10 代人的低抗生素暴露后,C、生长身体开始发生变化——膨胀并弯曲成C形。 这足以使细菌生长速度上升到几乎氯霉素之前的水平。
不同抗生素暴露浓度下的细菌生长率(?)。 (巴纳吉等人,《自然物理学》,2021)
“利用单细胞实验和理论模型,我们证明细胞形状的变化可以作为一种反馈策略,使细菌更能适应存活的抗生素,”第一作者、卡内基梅隆大学生物物理学家 Shiladitya Banerjee 说。
“这些形状变化使细菌能够克服抗生素的压力并恢复快速生长。”
接触抗生素之前(上)和之后(下)细菌的形状。 (希拉蒂亚·班纳吉)
当抗生素被去除后,细菌在几代后恢复到原来的长直形状。
研究人员认为,细胞宽度(以及体积)的增加有助于稀释细菌内部抗生素的量,而曲线和细胞宽度都可以降低表面与体积的比率,让更少的抗生素通过细胞表面。
“这一结果表明细菌可能利用一种新的适应机制来对抗抗生素,并为未来研究细胞形状在抗生素反应中的作用的分子研究打开了大门。”该团队写道。
随着许多物种出现抗生素耐药性和“超级细菌”,人类到海豚,了解细菌如何获得对抗生素的耐药性是非常重要。
即使了解像细胞形状如何影响暴露这样简单的事情也有助于避免无数可预防的死亡。
该研究发表于自然物理学。