細(xì)菌洗牌基因以根據(jù)需要發(fā)展對(duì)抗生素的耐藥性
抗生素耐藥性(有害細(xì)菌能夠通過抗生素治療生存的能力)正在成為日益嚴(yán)重的威脅。這使得治療威脅生命的感染(包括結(jié)核病，MRSA和淋病)變得更加困難，甚至增加了進(jìn)行小規(guī)模手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。
為了解決抗生素耐藥性，研究人員首先需要了解的一件事是如何從一開始就阻止耐藥性的發(fā)生。我最近與牛津大學(xué)同事進(jìn)行的一項(xiàng)研究通過表明細(xì)菌可以巧妙地重新排列其遺傳基因來逃避抗生素的作用，從而幫助增加了人們對(duì)細(xì)菌的了解。
細(xì)菌具有多種抗藥性進(jìn)化方式。它們可以突變以防止抗生素靶向它們，這可以通過修飾抗生素起作用的細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)來完成。他們還可以獲取基因，幫助他們生產(chǎn)抗生素的破壞分子，稱為酶。
但是，所有這些策略都會(huì)帶來抗藥性成本。產(chǎn)生抗性酶需要大量能量。修飾的蛋白質(zhì)也不能像以前一樣有效。這兩個(gè)因素都會(huì)嚴(yán)重阻礙細(xì)菌的生長(zhǎng)，并且在不使用抗生素的情況下，它們的**速度會(huì)變慢。這導(dǎo)致抗藥性細(xì)菌失去了與其他細(xì)菌爭(zhēng)奪寶貴營(yíng)養(yǎng)素和資源的競(jìng)爭(zhēng)，威脅了它們的生存。
但是，抗藥性細(xì)菌已經(jīng)找到了一種對(duì)抗生素產(chǎn)生抗藥性的方法，同時(shí)又限制了與之相關(guān)的成本。我最近的研究表明，一種涉及整合子的機(jī)制如何為細(xì)菌提供了令人難以置信的潛力，使其可以在降低能源成本的同時(shí)獲得高水平的抗性。這使抗生素抗性細(xì)菌更容易生存和繁殖。
整數(shù)是細(xì)菌特有的DN**段，可使細(xì)菌儲(chǔ)存從其他抗性細(xì)菌獲得的基因。這些抗性基因在細(xì)菌基因組中一個(gè)接一個(gè)地排列，形成“陣列”?；蛟陉嚵兄械奈恢脤?duì)細(xì)菌的抗藥性水平有很大影響。
陣列開始時(shí)存在的基因被大量表達(dá)(這意味著它們正在被積極使用)并提供高水平的抗性。背面的基因保持沉默，可以低成本保存，從而減少了它們對(duì)細(xì)菌的影響。
最重要的是，整合素具有一個(gè)奇妙的技巧：一種稱為整合酶的酶，當(dāng)細(xì)菌處于危險(xiǎn)之中時(shí)，該酶可使細(xì)菌切斷并移動(dòng)陣列中的基因。人們認(rèn)為整合酶為細(xì)菌提供了“改組”其基因順序的能力，從而使細(xì)菌能夠按需調(diào)節(jié)其抗藥性水平。我們的研究是第一個(gè)檢驗(yàn)該假設(shè)的研究。
為了了解整合素對(duì)細(xì)菌的有用性，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中構(gòu)建了定制的整合素，該整合素在最后一個(gè)位置包含一個(gè)相關(guān)的抗性基因。一些被制成具有功能失調(diào)的整合酶，這將阻止它們能夠移動(dòng)其基因。這使我們能夠測(cè)量基因改組對(duì)抗生素耐藥性的影響。
然后，我們使用了一種稱為實(shí)驗(yàn)進(jìn)化的方法，在這種方法中，我們以增加劑量的抗生素挑戰(zhàn)細(xì)菌，并觀察了它們存活的時(shí)間。這項(xiàng)技術(shù)使我們能夠直接測(cè)量細(xì)菌在抵抗力發(fā)展方面的表現(xiàn)。
我們發(fā)現(xiàn)，可以重排其基因的細(xì)菌比不能重排的細(xì)菌存活時(shí)間更長(zhǎng)，抗藥性進(jìn)化的頻率更高。這表明整合素如何響應(yīng)細(xì)菌的治療而幫助細(xì)菌發(fā)展出高水平的抗生素抗性。
有趣的是，這種改組通常與細(xì)菌中其他抗性基因的丟失有關(guān)。通過對(duì)基因進(jìn)行改組以對(duì)我們選擇的抗生素產(chǎn)生抗藥性，細(xì)菌在此過程中失去了一些其他抗藥性基因，再次變得易受其他抗生素的侵害。
新策略
我們研究的結(jié)果提供了潛在的策略來抵消整合素及其在抵抗力發(fā)展中的作用。例如，可以將抗生素與可以抑制酶整合以減少基因改組的藥物聯(lián)合使用。阻止細(xì)菌“ SOS反應(yīng)”(細(xì)菌對(duì)抗生素的最后手段)的藥物也將限制整倍體改組。所謂的“抗進(jìn)化”藥物不是直接殺死細(xì)菌，而是有助于防止耐藥性的進(jìn)化，目前是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。
另一個(gè)選擇是利用整聯(lián)改組通過循環(huán)通過不同的抗生素來促進(jìn)抗性基因的喪失。這將以一種使細(xì)菌對(duì)以前無法使用的抗生素敏感的方式引導(dǎo)細(xì)菌的進(jìn)化。
整數(shù)最早在數(shù)百萬年前就已經(jīng)進(jìn)化了。但是現(xiàn)在，他們發(fā)現(xiàn)自己是細(xì)菌適應(yīng)人類使用抗生素并發(fā)展出對(duì)細(xì)菌耐藥性的獨(dú)特機(jī)制。
盡管抗生素每年可以挽救無數(shù)生命化妝網(wǎng)課平臺(tái)哪個(gè)好，但也必須謹(jǐn)慎使用它們，以避免抗生素抗性細(xì)菌和疾病的進(jìn)一步擴(kuò)散。更好地了解細(xì)菌如何產(chǎn)生抗藥性將使我們能夠改進(jìn)我們目前使用的抗生素以及將來將要開發(fā)的抗生素的使用方式。
標(biāo)簽： 細(xì)菌 基因 耐藥性
