細菌先休眠再快速進化產(chǎn)生抗生素耐藥性
中國微生物菌種查詢網(wǎng) / 2017-02-13 08:06:21
抗生素耐藥性是一個重大的日益嚴重的全球性問題。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計，抗生素耐藥性在世界所有地方上升到危險的高水平，而且新的耐藥性機制出現(xiàn)并且在全球擴散，從而威脅著我們治療常見性傳染病的能力。但是這些細菌耐藥性機制是如何發(fā)生的，以及我們是否能夠預(yù)測它們的進化，仍然在很大程度上是未知的。
科學(xué)家們之前已證實細菌能夠在抗生素存在下存活下來的一種方式是進化出一種“定時器（timer）”，從而確保它們在整個抗生素治療期間保持休眠。但是當(dāng)它們蘇醒時，抗生素仍然會殺死它們，因此一種簡單的解決方法是更長時間地持續(xù)開展抗生素治療。
如今，在一項新的研究中，來自以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)的研究人員報道了細菌進化出耐藥性的一種令人吃驚的替代性途徑。在進化出這種休眠機制后，這些細菌群體隨后能夠比正常時快20倍地進化出耐藥性。因此，繼續(xù)服用抗生素并不會殺死這些細菌。
為了研究這個進化過程，由來自耶路撒冷希伯來大學(xué)拉卡物理學(xué)研究所的NathalieBalaban教授和博士生IritLevin-Reisman領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團隊在實驗室可控條件下，讓細菌群體接觸日劑量的抗生素直到耐藥性產(chǎn)生。通過在這個進化過程中追蹤這些細菌，他們發(fā)現(xiàn)致死性的抗生素劑量產(chǎn)生暫時休眠的細菌，因此讓它們免受幾種靶向活躍生長的細菌的抗生素攻擊。一旦細菌獲得休眠的能力（也被稱作“耐受性”），它們快速地獲得耐藥性突變，從而能夠克服這種抗生素治療。
因此，對大多數(shù)抗生素治療而言，這些細菌首先進化出“休眠”能力，隨后這種“休眠模式”不僅讓它們暫時地免受這種抗生素的致死作用，而且實際上作為它們隨后獲得抗性因子的墊腳石。
這些結(jié)果表明在重復(fù)地接觸高濃度抗生素的情形下，耐受性（tolerance）可能在細菌群體進化出耐藥性中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。關(guān)鍵的因素是鑒于存在大量可能發(fā)生的突變，耐受性因而會快速地產(chǎn)生；耐藥性和耐受性的組合效應(yīng)導(dǎo)致在耐受性的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生部分耐藥性突變。
這些發(fā)現(xiàn)可能對開發(fā)新的抗生素產(chǎn)生重要的影響，這是因為它們提示著利用也能夠靶向耐受性細菌的藥物可能會延遲進化出耐藥性。
利用Balaban團隊開發(fā)的一種生物物理學(xué)方法揭示抗生素耐藥性的進化動力學(xué)特征是可能的。該團隊已開發(fā)出一種理論模型和計算機模擬而能夠深入地理解觀察到的耐藥性快速產(chǎn)生背后的原因。
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