作者洛里·达何塞，加州理工学院 细菌在自然环境中的行为和相互作用对它们在疾病环境中的行为和治疗有着重要的影响
这张图说明了当细菌产生或遇到有毒的天然抗生素时，它们会开启细胞防御，而细胞防御对某些临床抗生素也很有效
这增加了临床环境中抗微生物治疗的弹性
学分:纽曼实验室提供 对于一种细菌来说，这个世界可能是一个难以生存的地方，对食物和空间的不断竞争
一些细菌，如铜绿假单胞菌，分泌有毒分子，作为抵御附近竞争细菌的防御机制
这种天然抗生素绿脓菌素对假单胞菌本身也是有毒的，但是假单胞菌已经进化出了在它存在下生存的方式
对于免疫系统受损的人来说，假单胞菌会发展成危险的感染
例如，假单胞菌可以导致囊性纤维化患者的严重肺部感染，并且对临床环境中使用的抗生素产生耐药性
两位加州理工学院的研究生研究人员，埃琳娜·佩里和卢卡斯·梅里尔斯，提出了理解假单胞菌如何耐受自身毒素的理论，这可能为细菌如何对临床抗生素产生耐药性提供了见解
临床抗生素通常基于自然界中发现的分子，因此许多在结构上类似于天然抗生素，如绿脓菌素
“最大的想法是:如果细菌进化出了针对自身毒素的防御机制，那么如果它们暴露在一种旨在治疗感染的合成临床药物中，这是否有助于它们生存甚至茁壮成长？”佩里说
现在，佩里和梅里尔斯在3月10日发表在《公共科学图书馆生物学》杂志上的一篇新论文中展示了他们的研究结果
这项工作是在戈登·M·戴安·纽曼的实验室完成的
Binder/Amgen生物学和地球生物学教授兼生物学和生物工程执行官
纽曼实验室已经研究假单胞菌将近20年了
在此期间，实验室发现了绿脓菌素和相关分子的重要有益功能，挑战了它们作为对抗其他细菌的“化学战剂”进化而来的传统观点
然而事实是绿脓菌素在某些条件下确实是有毒的
梅里尔斯和佩里决定从一个新的角度重新审视绿脓菌素生理影响的这一方面——一个注意到制造这种化学物质的生物体的生态环境的角度
研究人员开展了非常密切的合作，每个人都从不同的角度研究绿脓菌素的产生效果
抗生素耐药性和抗生素耐药性是两回事
耐受性是指在致命的抗生素浓度下简单存活的能力，而耐药性是指在这些抗生素存在下生长的能力
抗生素抗性细菌不仅能在抗生素治疗中存活，还能繁殖和繁殖，就好像治疗从未发生过一样
梅里尔斯研究了绿脓菌素在耐受性中的作用
他发现绿脓杆菌素的产生在假单胞菌细胞中诱导了一系列的变化，这有助于有机体在由该分子引起的压力下生存
具体来说，一个感知绿脓菌素存在的细胞会产生微小的泵来帮助将分子从细胞中转移到环境中
有趣的是，同样的泵可以输送结构与绿脓菌素相似的临床抗生素
因此，如果绿脓杆菌在用这些有毒药物治疗时存在，泵将把抗生素输送出细胞，让它存活下来
相比之下，佩里研究了绿脓菌素的产生如何使假单胞菌对抗生素产生耐药性，并在抗生素存在的情况下繁殖
通常，像假单胞菌这样的病原体通过自发突变获得抗生素抗性——例如，在与抗生素的细胞靶标相关的基因中
这种突变可以使细菌不受有毒药物的影响，并允许它们正常繁殖
佩里发现，当细菌在绿脓菌素存在的情况下生长时，抗生素抗性突变体出现的频率要高得多，尤其是如果抗生素的结构或毒性作用与绿脓菌素相似的话
佩里解释说:“我们认为，当细胞对绿脓菌素的防御机制开启时，更有可能的是，具有低水平抗生素抗性的自发突变体能够在困境中生存下来，在细菌种群中站稳脚跟，并开始自我复制。”
最后，两人研究了假单胞菌与其他细菌物种在一起时的行为——这种环境类似于细菌的自然状态，包括在疾病环境中
致病性伯克霍尔德氏菌属细菌物种，特别是被归类为“洋葱伯克霍尔德氏菌复合体”的细菌物种，通常在土壤中或感染过程中与假单胞菌共生
尽管伯克霍尔德氏菌不具有产生绿脓菌素的能力，但这项研究表明，它受益于与其相邻的假单胞菌所表现出的相同的绿脓菌素介导的耐受性和抗性
梅里尔斯说:“这个想法是，如果你有一个由不同细菌物种组成的群落，其中一个成员在制造这些类型的有毒分子，而其他成员擅长处理毒性，那么整个群落都会出现抗生素耐受性或耐药性。”
这项研究还表明，抗生素的实验室测试应该在类似于真实感染的条件下进行
假单胞菌通常在细菌环境拥挤时制造绿脓菌素，从而产生对资源的竞争
然而，抗生素通常在实验室低密度条件下进行测试，在这种条件下不会产生绿脓菌素
因此，研究人员可能无法全面了解在临床环境中用抗生素治疗时细菌的行为
梅里尔斯说:“在感染中，通常会有不同细菌种类的群落
“我们的工作突出了了解这些病原体正在制造和分泌哪些分子的重要性，以及针对这些分子的存在诱导了哪些防御机制
如果你知道分子和防御机制，你就能更好地决定哪种抗生素对这些细菌更有效
" 纽曼说:“埃琳娜和卢卡斯有着惊人的合作，这是两个有创造力和才华的人的平等伙伴关系，这是一种见证和分享的快乐。”
“[这是]科学和友谊碰撞的特殊时期之一，丰富了工作的各个方面
" 这篇论文的题目是“细菌对天然抗生素的防御促进了对临床抗生素的间接抗性”
"
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