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        與抗生素過招的百變細菌

        2021-03-18 09:40:40唐娜馮婕
        知識就是力量 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,可以治療各種由細菌性感染導(dǎo)致的疾病,自問世以來拯救了無數(shù)生命。但生物都是不斷進化的,細菌也是一樣。人類為了治病使用抗生素殺滅細菌,狡猾的細菌,便使出渾身解數(shù),神出鬼沒,試圖對抗抗生素——這種現(xiàn)象就是細菌耐藥。今天我們就來看一看,為了謀生存,詭計多端的細菌都會使用哪些伎倆。

        面對抗生素? 我天生耐藥

        我們細菌家族中的一些成員,由于自身的細胞結(jié)構(gòu)或功能特點,天然具備著對特定抗生素的耐藥性。例如,用于治療危及生命的革蘭氏陽性菌感染的達托霉素,卻對一字之差的革蘭氏陰性菌無能為力。原因是這兩類細菌的細胞質(zhì)膜組成不同,革蘭氏陰性菌的細胞膜較難被達托霉素破壞,所以它天然耐藥。我們細菌的保守基因中還可能存在與耐藥性相關(guān)的基因。當(dāng)抗生素沒有出現(xiàn)時,這些基因肩負(fù)著與耐藥無關(guān)的功能,但當(dāng)面對抗生素時,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

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

        手段1:大門緊閉? 嚴(yán)控輸入

        一些抗生素會借助外膜孔蛋白的作用進入細菌的細胞,為此我們會改變自身細胞的通透性,通過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,降低其產(chǎn)生數(shù)量,也可通過替換孔蛋白來限制抗生素的入侵。

        手段2:內(nèi)部疏導(dǎo)? 及時排出

        有時,一旦抗生素不幸進入我們的細胞,可以利用外排泵,將其主動轉(zhuǎn)運出細胞,來降低胞內(nèi)抗生素濃度。一些外排泵識別特異性較強,只能排出少數(shù)可識別的抗生素。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胞,且當(dāng)外排泵表達量上升時,便可實現(xiàn)對多種抗生素更高的耐藥能力。

        手段3:喬裝打扮? 不被識別

        當(dāng)抗生素通過與我們細胞內(nèi)特定靶標(biāo)結(jié)合的方式來攻擊我們,我們就可能發(fā)生突變,給抗生素靶標(biāo)分子整容“變臉”,令其不被抗生素識別。除了“變臉”,還可以給靶標(biāo)分子改變造型——添加一些“裝飾”分子來阻止二者都結(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菌中獲得與抗生素靶標(biāo)相似的基因,作為替補隊員,代為發(fā)揮正常的功能,繼續(xù)茁壯成長。

        手段4:狹路相逢? 重拳出擊

        當(dāng)然,我們細菌并非一味被動,也會向抗生素發(fā)起正面攻擊,產(chǎn)生多種水解酶令其失活。這類酶通常會位于我們的一個秘密武器——質(zhì)粒上。質(zhì)粒就像一輛汽車,會帶著水解酶在細菌間穿梭、擴散,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,進而屏蔽它們的作用位點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斗的手段,再來說說我們是如何通過群體間不同物種之間的相互作用,對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

        我們的細菌個體可以通過產(chǎn)生水解酶使抗生素失活,而當(dāng)細菌在群落中使用“水解大法”時,不僅它自身可以逃過一劫,群落中其他原本瑟瑟發(fā)抖的細菌,也會因環(huán)境抗生素濃度下降而存活。

        撐起生物膜“保護傘”

        細菌在特定條件下可以形成生物膜,使整個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“保護傘”,將抗生素阻隔在外。

        綠色的耐藥菌株形成一個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)? 互為補充

        群落中的細菌是個有愛的大集體,會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(信號分子),互補配合,調(diào)控基因表達,耐藥能力大大提升。

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

        敏感菌株接收到耐藥菌株釋放的信號分子,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

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

        1.研發(fā)新型抗生素,針對細菌生存的必需途徑設(shè)計了一種酶抑制劑,不僅可以阻斷其生長,殺死細菌,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,利用細菌的“天敵”噬菌體來治療耐藥細菌感染。噬菌體只入侵特定的細菌,將其應(yīng)用于耐藥細菌疾病的治療,既可以實施精準(zhǔn)打擊,又不會給人體帶來副作用,是目前的科研熱點。

        3.對耐藥菌跟蹤追擊,科學(xué)家采用人工智能和機器學(xué)習(xí)的方法,對耐藥數(shù)據(jù)進行深度挖掘,建立由基因序列對抗生素耐藥表型進行預(yù)測的方法,實現(xiàn)了細菌耐藥的快速檢測。

        作為青少年,我們也應(yīng)該為細菌耐藥問題貢獻一份力量,提高對細菌耐藥性的認(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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