本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
尽管细菌是单细胞生物,它们也能够在被称为生物膜的大型细菌菌落中协同工作。在生物膜内,细菌会分化以执行不同的任务,所有这些都被包裹在一种粘性物质中,这种物质将细胞连接在一起。我之前写过关于生物膜的文章;关于它们如何形成以及它们如何在太空中工作!
生物膜形成于细菌聚集的表面,包括身体表面和医疗设备。它们非常难以清除。抗生素无法渗透到生物膜的较低层,达到足以杀死细菌的高浓度,而且低浓度抗生素的存在会鼓励抗生素耐药性的发展。因此,人们对生物膜进行了大量的研究,特别是针对那些可以破坏生物膜或阻止生物膜形成的治疗方法。
最近在《公共科学图书馆·病原体》杂志上发表的一篇文章探讨了通过敲除小信号分子来去除生物膜的可能性。这些信号分子调节许多参与生物膜形成的基因,并且在进化上高度保守,这意味着它们存在于多种细菌中。这意味着基于靶向它们的治疗方法可能对多种革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌都有效。
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他们研究的肽被标记为 1018,发现在低浓度下可以阻止生物膜的形成并杀死已形成的生物膜,而这种浓度对浮游的自由生活细菌没有影响。低浓度的肽会导致生物膜破裂和分散,而较高浓度的肽会导致生物膜内细胞死亡。
上图显示了结果:以图形方式显示在上方,以图像方式显示在下方。左侧是在正常条件下,0、3 和 23 小时后的活细胞计数。随着生物膜的形成,细胞计数正在增加。图像显示了正在形成的生物膜的蘑菇形状。中间是在低浓度 1018 (0.8 µg/ml) 存在下细胞生长的结果。细胞正在生长,但生物膜已被分裂和分散,只留下自由生活的浮游细胞。右侧是在高浓度 1018 (10 µg/ml) 存在下细胞生长的结果。在这种情况下,细胞被杀死,没有生物膜生长。
令人兴奋的是,这个结果在不同的细菌种类中重复出现,显示出广谱活性。对 1018 的进一步研究表明,它能够与小信号分子结合。它如何与信号分子结合,以及结合后会发生什么,仍然不确定。小信号分子在生物膜形成中的确切作用也是如此。虽然这在医学上很有趣,但仍有许多未解决的生化问题!
已经表明的是,1018 有三个主要作用。首先,当添加到自由生活的细胞中时,它可以防止生物膜的形成。其次,它可以以低浓度分解生物膜,第三,它可以分解和分散甚至两天大的生物膜。即使仅以低浓度使用,它也将是一种非常有用的医学分子,可以分解生物膜,使细菌细胞更容易受到抗生素和其他抗微生物剂的影响。
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参考文献:de la Fuente-Núñez C, Reffuveille F, Haney EF, Straus SK, Hancock REW (2014) Broad-Spectrum Anti-biofilm Peptide That Targets a Cellular Stress Response. PLoS Pathog 10(5): e1004152.