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对一些细菌如何在抗生素下存活的新见解可能会导致新的治疗策略的发展。
图:单个大肠杆菌细胞显示出不同的抗生素积累。
根据今天发表在eLife上的一项研究，科学家已经证明了一些快速生长的细菌如何用抗生素进行再处理。
结果表明，细菌菌落中快速生长的个体表现出活性核糖体(细胞内合成蛋白质的颗粒)的显著高表达。这有助于细菌避免一种重要的抗生素大环内酯的积累，从而抵抗治疗。这些发现可以用来指导针对这种生存策略的改进抗生素化合物的开发。
细菌感染可引起食物中毒、肺炎、败血症等严重疾病。虽然它们可以用抗生素治疗，但近年来这些药物的过度使用意味着细菌对它们的耐药性越来越强，对全球健康构成重大威胁。
一种抗生素要想有效地对抗感染，需要达到足够浓度的细胞目标来抑制细菌的生长。
“抗生素耐药性继续威胁着目前治疗方法的可行性。我们需要了解菌落中的单个细菌是如何阻止抗生素进入它们的细胞的，这样我们就可以用新的疗法针对这一机制，”英国埃克塞特大学的PDRA Urszula说。“大多数关于细菌中药物渗透性的现有数据都是通过测量获得的，这些测量要么是从大量细菌中取平均值，要么是从少量细菌中获取平均值。这意味着我们对菌落中多个单细胞中药物积累的可变性知之甚少。”
为了解决这一差距，?apińska和团队开始假设细菌对药物反应的变化可能是由单个细胞之间不同的药物运输率驱动的。为了验证这一点，研究小组使用了多种分析方法，结合了微流体显微镜，对健康构成威胁的细菌——即大肠杆菌、铜绿假单胞菌、百胞菌和金黄色葡萄球菌，以及昆士兰大学的马克·布拉斯科维奇博士从抗生素中提取的荧光探针。这种方法允许研究小组在用药期间实时检查普通抗生素和许多活的单个细菌之间的相互作用。通过将这种方法与埃克塞特大学的Krasimira Tsaneva-Atanasova教授开发的数学建模技术相结合，研究小组获得了可以用于快速有效地识别耐抗生素细菌的数据。
他们的分析表明，在菌落中生长迅速的个体避免了大环内酯在其细胞内的积累——这一发现与当前的想法形成了鲜明对比，即细胞生长缓慢是没有基因变异的抗生素存活的主要原因。与个体生长缓慢的核糖体相比，药物治疗前的核糖体数量显著增加，从而使这种避免成为可能。核糖体能够进行必要的细胞过程，包括外排——将有毒物质(如抗菌化合物)泵出细胞的系统。
利用这一新知识，研究人员展示了通过化学方法控制细菌细胞的外膜，可以根除大环内酯积累量低的快速增长的变种，从而帮助我们对抗抗生素耐药性。
英国埃克塞特大学微流体学高级讲师Stefano Pagliara博士总结道:“这项工作揭示了一些细菌菌群成员迄今未被承认的生存策略。”“这些见解将直接受益于微生物学家和临床医生，他们正在开发更有效的抗生素疗法。从长远来看，我们希望在临床环境中使用我们的新方法将有助于改进药物的设计，并帮助我们对抗抗生素耐药性。”
原文标题：
Fast bacterial growth reduces antibiotic accumulation and efficacy
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