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Nature子刊：清华大学刘锦涛团队揭示细菌群体耐受抗生素新机制

2024-08-20 07:36

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

抗生素让我们有了战胜致病菌的有力武器，挽救了无数生命。然而，抗生素的广泛应用也带来了一个巨大的危机——抗生素耐药性（AMR），据世界卫生组织（WHO）统计，2019年全球约有120万人死于抗生素耐药性（AMR）所加剧的细菌感染，这已经高于艾滋病导致的死亡人数。更重要的是，照此发展，到2050年，抗生素耐药性将可能导致超过1000万人死亡，这将超过癌症导致的死亡人数。

了解细菌对抗生素的响应对理解耐药的产生至关重要。许多病原细菌在感染过程中以群体形式存在。细菌群体常表现出空间异质性，群体中不同空间区域的细菌处于出不同的生理状态，这使得抗生素的疗效具有很强的空间依赖性。此外，空间异质性能够促进细菌产生跨区域的相互作用，导致群体抗性。

2024年8月13日，清华大学基础医学院刘锦涛课题组（张玉针、蔡钰敏为论文共同第一作者）在 Nature 子刊 Nature Chemical Biology 上发表了题为：Persistent glucose consumption under antibiotic treatment protects bacterial community 的研究论文【1】，揭示了细菌群体耐受抗生素新机制。

研究团队研究了抗生素在大肠杆菌生物被膜群体中的空间分布，发现以四环素为代表的多种抗生素富集在细菌群体的外围区域，然而在内部区域的富集程度较低。这种空间差异性的富集取决于支持群体生长的碳源葡萄糖的空间分布。揭示细菌群体耐受抗生素新机制（图1）。

图1：细菌群体能够更好得适应抗生素，并通过持续性的葡萄糖消耗维持群体的空间异质性，确保了群体在抗生素撤除后能够更好得恢复生长

有趣的是，大肠杆菌群体外围区域可以在抗生素的作用下维持正常的葡萄糖消耗。这种消耗阻止了葡萄糖扩散到群体的内部区域，导致内部维持在葡萄糖匮乏的状态，从而避免了抗生素在群体内部的聚积、保护了群体的内部区域。研究团队发现，群体外围区域之所以能够维持葡萄糖消耗，是因为其具有较低的膜电势。低膜电势导致抗生素积累缓慢，为细菌适应抗生素提供了时间窗口。通过多组学分析，研究团队进一步发现细菌的主要适应性反应是脂质合成的上调，其对群体外围区域维持葡萄糖消耗起了主要贡献，而抑制脂质合成能够显著降低细菌群体对抗生素的耐受性。

总的来说，该工作揭示了细菌对抗生素产生群体抗性的新机制，为开发针对细菌群体的抗生素治疗策略提供了新方向。

Nature Chemical Biology 期刊同期还发表了来自 Felix Wong（Broad研究所、Integrated公司）的题为：Eating a way out of antibiotics 的News & Views文章【2】，对该研究进行了详细点评，文章指出，了解抗生素对细菌细胞的生理作用对于指导抗生素的使用具有重要意义。在微流控装置中使用抗生素治疗的细菌群落维持群落外围区域的葡萄糖消耗，保护了内部细菌免受抗生素的影响。