為了對付抗生素，細菌竟上演“變形記”！

*，抗生素是具有抑菌或殺菌作用的藥物，但主要針對的是已知的細菌策略（機制）。

對于細菌來(lái)說(shuō)，想要在充滿(mǎn)抗生素的世界里活下去，就必須要具備一些能有效應對壓力的技能：要么與另一種細菌“勾搭”弄來(lái)一些特別的遺傳物質(zhì)；要么通過(guò)代際產(chǎn)生遺傳變異，從而獲得新特性以讓抗生素逐漸失效。

在這些已知策略下，抗生素可以發(fā)揮一定的殺菌作用。然而，“道高一尺，魔高一丈”，細菌也在不斷進(jìn)化，它們以大限度提高自身的適應能力，許多種類(lèi)的細菌已越來(lái)越能適應抗生素的環(huán)境了。這不，科學(xué)家們又發(fā)現了細菌的新“伎倆”：它們通過(guò)改變自身形態(tài)來(lái)避免抗生素對其造成的傷害。

近日，發(fā)表在《Nature Physics》上的一項研究中，來(lái)自美國芝加哥大學(xué)、卡內基梅隆大學(xué)和英國倫敦大學(xué)學(xué)院領(lǐng)導的研究團隊通過(guò)單細胞實(shí)驗并結合理論模型，提出了通過(guò)細胞生長(cháng)和形態(tài)之間的機械反饋來(lái)適應抗生素的機制。

 

具體而言，通過(guò)單細胞實(shí)驗，研究人員發(fā)現常用模式生物新月柄桿菌（Caulobacter crescentus）的細胞可以恢復被抗生素刺激前的生長(cháng)速度，并在形態(tài)上發(fā)生顯著(zhù)變化。一旦清除抗生素，這些細胞又將在幾代后恢復其初的形態(tài)。新月柄桿菌是一種單細胞生物，通常存在于潮濕環(huán)境和各種類(lèi)型的水中。

此前，另一個(gè)研究團隊曾發(fā)現類(lèi)似的情況，即細菌通過(guò)改變形狀避免成為抗生素的靶標。但在那項研究中，細菌為了避開(kāi)藥物，會(huì )脫落整個(gè)細胞壁，從而發(fā)生形狀扭曲。

在這項研究中，研究人員發(fā)現這回的細胞壁倒是保持完整，但它們伸展得相當劇烈，竟然形成了一個(gè)“C”形（見(jiàn)封面圖）。

為了弄清楚這一點(diǎn)，研究人員在新月柄桿菌中加入低于致死劑量的廣譜抗生素氯霉素，然后觀(guān)察其生長(cháng)和分裂情況。這種劑量的抗生素雖不足以殺死大部分細菌，但能夠立刻減緩其生長(cháng)速度。

經(jīng)過(guò)大約10代暴露在低劑量抗生素后，研究人員發(fā)現，新月柄桿菌開(kāi)始發(fā)生物理變化——伸展并彎曲成C形。這種變化足以使細菌的生長(cháng)速度上升到在暴露氯霉素之前的水平。

 

暴露于不同抗生素濃度下細菌的生長(cháng)速率。圖片來(lái)源：Nature Physics

該研究作者、卡內基梅隆大學(xué)生物物理學(xué)家Shiladitya Banerjee說(shuō)：“利用單細胞實(shí)驗和理論模型，我們證明了細胞形態(tài)的改變是一種反饋策略，使其能適應抗生素環(huán)境并讓自己生存下來(lái)。施展‘變形記’后的細菌更能克服抗生素的壓力，并恢復快速生長(cháng)的狀態(tài)。”

研究人員發(fā)現，當抗生素被清除后，細菌在幾代之后恢復到原來(lái)的直線(xiàn)形狀。

研究人員認為，細胞體積的增加有助于稀釋進(jìn)入細菌內的抗生素，而彎曲和變寬都可以降低表面體積比，使通過(guò)其表面的抗生素更少。

Banerjee說(shuō)：“這一發(fā)現對人類(lèi)健康具有重大意義，并將有可能推動(dòng)對細胞形態(tài)在其生長(cháng)和抗生素耐藥性中的作用進(jìn)行更多的分子研究。”

來(lái)源：生物探索

 

qPCR法介紹：

熒光定量PCR法（qPCR）：是在常規PCR基礎上，將『針對支原體特異性保守序列的探針』做熒光標記，使PCR擴增后的產(chǎn)物帶有熒光，利用熒光信號的變化和配套軟件，進(jìn)行DNA擴增反應的實(shí)時(shí)監測，簡(jiǎn)稱(chēng)qPCR。

優(yōu)點(diǎn)：①靈敏度高、特異性強。

②時(shí)間短，2-3小時(shí)出結果。

③檢測結果可定量。

④操作簡(jiǎn)便。

缺點(diǎn)：①對于已做支原體滅活處理的樣品，由于支原體DNA仍舊存在其中，PCR結果會(huì )出現假陽(yáng)性。（可用培養法做補充驗證）

②不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的試劑盒質(zhì)量