安静的细菌与抗生素耐药性

专注于生长而非“群体感应”通讯的细菌可以战胜抗生素耐药性

尽管细菌的威胁日益增加——每年大约有19,000名美国人死于耐药性金黄色葡萄球菌感染,比死于艾滋病的人还多——但这些微生物的聪明才智确实值得称赞。抗生素耐药菌株在60年前出现,从那时起,科学家们一直在努力开发第二代药物,这些药物并非攻击细菌本身(这会促进耐药性),而是攻击它们彼此之间的细胞间通讯。然而,进展缓慢,因为细菌再次被证明比预期的更复杂。但现在,来自社会进化生物学的见解可能最终为智胜微生物指明了方向——通过利用某些成员来破坏整个群体。

四十年前,科学家们发现一些细菌会向周围细胞发送和接收信息——以小分子的形式。这种被称为群体感应的通讯方式,使细菌能够监测其种群密度并相应地调节其行为。当周围有足够的细胞形成“群体”时,细菌开始产生称为毒力因子的蛋白质,这些蛋白质会使宿主生病。它们还可以聚集成称为生物膜的聚集体,这使得它们对抗生素的耐药性提高多达1,000倍。

群体感应现在被认为在细菌世界中广泛存在,许多研究人员希望开发出破坏它的方法。加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所的化学生物学家Kim Janda称这种策略为“隐形方法”。抗生素杀死细菌或阻止它们生长,使耐药突变体得以繁殖;另一方面,破坏群体感应的药物将保留微生物的生命,只是阻止它们引起疾病或形成生物膜。


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问题在于,好的群体感应抑制剂很难找到。细菌用于通讯的分子通常是物种特异性的,因此开发通用抑制剂很困难。此外,在动物身上效果良好的干扰剂已被证明对人类有毒。一些研究人员担心,这些药物只有在感染开始时、在达到群体感应之前才有效。由于这些挑战,很少有制药公司投资于与通讯相关的药物策略。“人们对此有点警惕,”威斯康星大学麦迪逊分校的化学家Helen Blackwell说。

然而,今年一月,爱丁堡大学进化生物学家Stuart West和他的同事宣布,他们基于已知的群体感应细微差别,提出了一个新想法:并非给定种群中的所有细菌都能正常通讯。所谓的信号盲突变体产生低水平信号,但不响应这些信号,而信号阴性突变体响应信号,但不产生信号。

这些“作弊者”仍然可以从群体感应中获益,因为它们的邻居会合作,但相对于同类,它们可以节省大量能量。因此,它们茁壮成长并快速复制——导致后代包含越来越多的“作弊者”。但是,一旦这些“作弊者”变得过于普遍,通讯就会变得非常稀少,以至于种群无法达到群体感应,其整体毒力也会下降。

韦斯特和他的同事最近用正常的铜绿假单胞菌(一种通常与医院感染相关的细菌)感染了一组小鼠,并用一半正常的假单胞菌和一半信号盲或信号阴性“作弊者”的混合物感染了另外两组小鼠。七天后,与感染正常菌株的小鼠相比,感染混合物的小鼠存活的可能性是其两倍。“这似乎很疯狂,但可以想象,如果你感染了,你可以放入一个突变的社会‘作弊者’,”韦斯特说,这可能有助于治愈你。

不过,韦斯特承认,这种疗法不会很快上市。首先,人们——更不用说监管机构——可能很难接受用更多细菌治疗感染的想法。尽管如此,他和他的同事已经为这个概念申请了专利,他们还在追求一个相关的“特洛伊木马”想法,即尝试使用突变体将特定基因引入种群。“假设你感染了,并且它对抗生素有耐药性,”韦斯特解释说。“你获得一个对抗生素敏感的‘作弊者’,然后让它传播,”很快,这个种群就可以用现有药物治疗了。

即使这些特定策略没有奏效,该领域的研究人员也相信,更传统的群体感应抑制剂将会奏效。Janda,例如,正在开发细菌“疫苗”,以帮助免疫系统识别和消除群体感应期间产生的分子。他和包括普林斯顿大学生物学家Bonnie Bassler在内的其他人,也在研究一种名为AI-2的分子,他们认为这种分子被多种细菌用作信号分子,因此可能是一种通用抑制剂。Blackwell发现了数百种小分子,它们与各种信号化学物质非常相似,但不完全相同;引入种群后,这些分子可能会破坏通讯。“前景广阔,”她说。“我们将毫不掩饰地向前迈进。”

这篇文章最初以“不要交谈,要繁殖”为标题发表

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