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        與抗生素過(guò)招的百變細(xì)菌

        2021-03-18 09:40:40唐娜馮婕
        知識(shí)就是力量 2021年2期
        關(guān)鍵詞:水解酶外排靶標(biāo)

        唐娜 馮婕

        抗生素是20世紀(jì)偉大的醫(yī)學(xué)發(fā)明,可以治療各種由細(xì)菌性感染導(dǎo)致的疾病,自問(wèn)世以來(lái)拯救了無(wú)數(shù)生命。但生物都是不斷進(jìn)化的,細(xì)菌也是一樣。人類(lèi)為了治病使用抗生素殺滅細(xì)菌,狡猾的細(xì)菌,便使出渾身解數(shù),神出鬼沒(méi),試圖對(duì)抗抗生素——這種現(xiàn)象就是細(xì)菌耐藥。今天我們就來(lái)看一看,為了謀生存,詭計(jì)多端的細(xì)菌都會(huì)使用哪些伎倆。

        面對(duì)抗生素? 我天生耐藥

        我們細(xì)菌家族中的一些成員,由于自身的細(xì)胞結(jié)構(gòu)或功能特點(diǎn),天然具備著對(duì)特定抗生素的耐藥性。例如,用于治療危及生命的革蘭氏陽(yáng)性菌感染的達(dá)托霉素,卻對(duì)一字之差的革蘭氏陰性菌無(wú)能為力。原因是這兩類(lèi)細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜組成不同,革蘭氏陰性菌的細(xì)胞膜較難被達(dá)托霉素破壞,所以它天然耐藥。我們細(xì)菌的保守基因中還可能存在與耐藥性相關(guān)的基因。當(dāng)抗生素沒(méi)有出現(xiàn)時(shí),這些基因肩負(fù)著與耐藥無(wú)關(guān)的功能,但當(dāng)面對(duì)抗生素時(shí),它們的存在就如同給我們披上了盔甲,賦予了我們抵御抗生素的能力。

        為了獲得耐藥性我竭力改變自己

        如果我們沒(méi)能天生具有耐藥的本領(lǐng),后天就會(huì)非常努力,或幻化自身,或奉行“拿來(lái)主義”——捕獲其他細(xì)菌中的耐藥基因,來(lái)獲得耐藥性。我們常用的手段有4種。

        手段1:大門(mén)緊閉? 嚴(yán)控輸入

        一些抗生素會(huì)借助外膜孔蛋白的作用進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞,為此我們會(huì)改變自身細(xì)胞的通透性,通過(guò)突變將編碼孔蛋白的基因改變。比如令孔蛋白不能正確編碼,抑制其表達(dá),降低其產(chǎn)生數(shù)量,也可通過(guò)替換孔蛋白來(lái)限制抗生素的入侵。

        手段2:內(nèi)部疏導(dǎo)? 及時(shí)排出

        有時(shí),一旦抗生素不幸進(jìn)入我們的細(xì)胞,可以利用外排泵,將其主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞,來(lái)降低胞內(nèi)抗生素濃度。一些外排泵識(shí)別特異性較強(qiáng),只能排出少數(shù)可識(shí)別的抗生素。所幸,另一些外排泵可將多種結(jié)構(gòu)上不同的底物排出細(xì)胞,且當(dāng)外排泵表達(dá)量上升時(shí),便可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種抗生素更高的耐藥能力。

        手段3:?jiǎn)萄b打扮? 不被識(shí)別

        當(dāng)抗生素通過(guò)與我們細(xì)胞內(nèi)特定靶標(biāo)結(jié)合的方式來(lái)攻擊我們,我們就可能發(fā)生突變,給抗生素靶標(biāo)分子整容“變臉”,令其不被抗生素識(shí)別。除了“變臉”,還可以給靶標(biāo)分子改變?cè)煨汀砑右恍把b飾”分子來(lái)阻止二者都結(jié)合。即使靶標(biāo)不幸被抗生素結(jié)合,一些聰明的同胞也可以從其他細(xì)菌中獲得與抗生素靶標(biāo)相似的基因,作為替補(bǔ)隊(duì)員,代為發(fā)揮正常的功能,繼續(xù)茁壯成長(zhǎng)。

        手段4:狹路相逢? 重拳出擊

        當(dāng)然,我們細(xì)菌并非一味被動(dòng),也會(huì)向抗生素發(fā)起正面攻擊,產(chǎn)生多種水解酶令其失活。這類(lèi)酶通常會(huì)位于我們的一個(gè)秘密武器——質(zhì)粒上。質(zhì)粒就像一輛汽車(chē),會(huì)帶著水解酶在細(xì)菌間穿梭、擴(kuò)散,使大家都獲得耐藥性。我們甚至?xí)o抗生素改頭換面,添加分子修飾它們,進(jìn)而屏蔽它們的作用位點(diǎn)使其喪失攻擊我們的武器。

        我們?nèi)翰呷毫εμ岣吣退幮?/h3>

        上面介紹了我們跟抗生素單打獨(dú)斗的手段,再來(lái)說(shuō)說(shuō)我們是如何通過(guò)群體間不同物種之間的相互作用,對(duì)抗生素群起而攻之的。

        水解酶失活? 全體獲益

        耐藥菌株可以分泌水解酶降低環(huán)境中抗生素濃度,抗生素濃度下降,由紅變黃甚至變白

        我們的細(xì)菌個(gè)體可以通過(guò)產(chǎn)生水解酶使抗生素失活,而當(dāng)細(xì)菌在群落中使用“水解大法”時(shí),不僅它自身可以逃過(guò)一劫,群落中其他原本瑟瑟發(fā)抖的細(xì)菌,也會(huì)因環(huán)境抗生素濃度下降而存活。

        撐起生物膜“保護(hù)傘”

        細(xì)菌在特定條件下可以形成生物膜,使整個(gè)群落聚集并包裹在一張由多糖、蛋白組成的膜狀物之下,如同撐起“保護(hù)傘”,將抗生素阻隔在外。

        綠色的耐藥菌株形成一個(gè)膜將所有敏感菌株包裹在一起,把抗生素阻擋在外

        菌種間交流感應(yīng)? 互為補(bǔ)充

        群落中的細(xì)菌是個(gè)有愛(ài)的大集體,會(huì)互相幫助以提高整體耐藥性。我們可以感應(yīng)其他同胞分泌的各種化合物(信號(hào)分子),互補(bǔ)配合,調(diào)控基因表達(dá),耐藥能力大大提升。

        此外,細(xì)菌間協(xié)同合作與抗生素斗智斗勇的招式,可以同時(shí)使用哦!耐藥本領(lǐng)就可以整體增強(qiáng)!

        敏感菌株接收到耐藥菌株釋放的信號(hào)分子,群落中不同菌種的耐藥性整體提高,抗生素濃度下降

        科學(xué)家另辟蹊徑連環(huán)阻擊耐藥菌

        面對(duì)擁有多種耐藥能力的細(xì)菌,科學(xué)家們發(fā)起了連環(huán)狙擊:

        1.研發(fā)新型抗生素,針對(duì)細(xì)菌生存的必需途徑設(shè)計(jì)了一種酶抑制劑,不僅可以阻斷其生長(zhǎng),殺死細(xì)菌,還可以激活宿主免疫反應(yīng),可謂雙管齊下。

        2.“以毒攻毒”,即遵循自然法則,利用細(xì)菌的“天敵”噬菌體來(lái)治療耐藥細(xì)菌感染。噬菌體只入侵特定的細(xì)菌,將其應(yīng)用于耐藥細(xì)菌疾病的治療,既可以實(shí)施精準(zhǔn)打擊,又不會(huì)給人體帶來(lái)副作用,是目前的科研熱點(diǎn)。

        3.對(duì)耐藥菌跟蹤追擊,科學(xué)家采用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,對(duì)耐藥數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘,建立由基因序列對(duì)抗生素耐藥表型進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法,實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌耐藥的快速檢測(cè)。

        作為青少年,我們也應(yīng)該為細(xì)菌耐藥問(wèn)題貢獻(xiàn)一份力量,提高對(duì)細(xì)菌耐藥性的認(rèn)知,和家人一起正確、謹(jǐn)慎使用抗生素,避免細(xì)菌耐藥性的蔓延。

        (責(zé)任編輯 / 劉婷? 美術(shù)編輯 / 李子夜)

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