抗生素耐药性正在迅速蔓延世界各地的。 当传染性细菌以某种方式突变然后繁殖时,它们甚至可以对最强大的药物产生耐药性。
但研究揭示了抗生素耐药性传播的另一种令人担忧的方式:有机体将其耐药性传递给其他活细菌。
2012 年 6 月,一名来自圣保罗的 35 岁男子发现自己因多种问题住院。 除了皮肤诊断外,他被告知他患有潜在致命的细菌感染。 医生让他接受了化疗和抗生素治疗,杀菌治疗似乎起了作用。 但一个月之内,微生物驱动的回来了。
该患者感染了众所周知的超级细菌MRSA(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)金黄色葡萄球菌)。 因此,医疗团队转向了“最后一道防线”抗生素之一——强效复方万古霉素。 这种MRSA菌株原本对万古霉素没有天然防御能力,但到当年8月它已经产生了耐药性,导致治疗无效。
科学家们会后来发现MRSA 不是通过简单的突变获得耐药性,而是被赋予了一大块新的 DNA。 在这串捐赠的遗传密码中包含蛋白质的指令,这些蛋白质可以保护细菌免受抗生素的破坏性作用。
MRSA 已经赢得了胜利,但这种 DNA 是从哪里来的呢?
进入粪肠球菌。 这种细菌通常被描述为一种共生细菌(我们的“好细菌”之一),它在我们的肠道中快乐地生活,不会造成任何伤害。 我们的消化道是微生物活动的蜂巢,容纳着数万亿的单细胞生物。 所谓的微生物组对于维持健康的人体肠道,而且还有助于抑制粪便等细菌的险恶一面。
当免疫系统较弱的患者接受抗生素治疗时,这种不良的一面可能会加剧。 当我们服用抗生素时,它们会不加区别地清除所有没有天然防御能力的细菌,有时甚至清除肠道微生物组中许多友好的居民。
但粪肠球菌是内在装备DNA 内具有一系列天然抵抗机制,通常使其能够生存。
由于周围没有压迫性的邻居,也没有强大的免疫系统来控制它们,粪肠球菌和它的抵抗力同类会增殖和繁衍,愉快地分裂,进入新的肠道区域。 不久之后,它们就会与有抵抗力且可能致病的邻居密切接触。
交换信息
当人类聚集在一起时,我们经常通过语言交换想法。 但当细菌聚集在一起时,它们可以通过 DNA 编码指令交换信息。 这被称为水平基因转移,DNA 副本从一个细胞移动到另一个细胞。
很遗憾,粪肠球菌及其超级细菌同胞拥有所有最好的信息可以分享,这些信息使他们能够抗生素生存。
但粪肠菌在其进化历程中又向前迈进了一步,成为抗生素耐药性的最终传播者之一。 细菌用来防御不需要的遗传密码的一种防御机制是 CRISPR-cas9 系统,科学家们现在也将其用作一种方法编辑DNA。
该系统最初是细菌在病毒 DNA 和其他潜在危险的遗传密码造成伤害之前将其切成碎片的一种手段。
粪肠球菌曾经拥有重要的 CRISPR-cas9 系统,但令人惊讶的是,它牺牲了防御机制,以便各种 DNA 可以进入并保留在细胞壁内。 这是一个冒险的策略,但最终证明是值得的,为粪菌提供了获取并随后传递大量遗传知识的方法。 正是通过这种获取和交换的设计,粪菌赋予了MRSA 对万古霉素耐药。
抗生素在现代医学中发挥着至关重要的作用。 它们常规用于治疗传染病,在手术后预先施用,并有助于将全球平均预期寿命提高 20 年。
这使得解决抗生素耐药性成为问题之一最紧迫的问题我们这个物种今天所面临的。 然而,在粪肠球菌等细菌中,科学家发现微生物相互勾结,加剧了进化的抗生素耐药性带来的危险。
这使得理解粪肠球菌至关重要。 然而,微生物的许多天然的、内在的抵抗力仍然笼罩在神秘之中。
令人沮丧的是,当面对抗生素的挑战时,粪肠球菌往往有一张王牌。 例如,如果我们删除一段完整的 DNA,我们经常会发现粪肠菌有另一段 DNA 可以发挥相同的作用,无论如何都会提供抗生素耐药性。
然而,我们尚未完全了解哪些 DNA 片段有遗传备份计划,哪些没有。
一段没有任何备份的 DNA 可以成为理想的药物靶点。 幸运的是,我们能够在实验室中通过逐步删除 DNA 片段来识别这些重要片段。 每一次删除都将使我们更接近于识别对人类至关重要的遗传密码的关键部分。粪肠球菌生存。 这让我们相信,我们很快就能以对我们有利的方式对抗这种节俭的机会主义病原体,并最终将庄家从游戏中移除。
跳跃莫里斯, 博士生,巴斯大学和詹姆斯·霍顿, 博士生,巴斯大学。