细菌“偷铁”？别怕，科学家们研发出疫苗“以牙还牙”

细菌“偷铁”？别怕，科学家们研发出疫苗“以牙还牙”

2016-11-22 来源：生物探索

或许你并不知道，当过期食物或者其他因素引发感染时，入侵的细菌会忙于在我们体内“偷铁元素”（iron），以便它们繁殖壮大。但是，人类也不是吃素的。近期，PNAS期刊先后发表两篇文章揭示，科学家们“将计就计”，设计出一种复合体，作为疫苗抗原用于防御细菌感染。这两篇由两组科研团队分别完成的研究成果，虽然并没有阻止细菌感染，但是候选疫苗大大降低了入侵细菌的数量，减缓了感染症状。这意味着，这一疫苗预防策略具有可行性。


铁、细菌和铁载体


铁元素对于人类健康而言不可或缺，参与能量代谢和DNA修复过程，主要存在于血红蛋白中，负责结合氧气。


同样，细菌也需要铁元素支撑起生长和繁殖。值得注意的是，细菌体内会生成一种特殊的分子——铁载体（siderophores），负责结合三价铁离子并且将其供给微生物的低分子量物质。结合铁原子的铁载体会躲开免疫系统的攻击，增强细菌的感染能力。


科学家们注意到铁载体的功能，并以其为模型设计出一种复合体作为疫苗主要抗原，通过靶向入侵细菌体内的铁载体，行使预防感染功能。


《Siderophore vaccine conjugates protect against uropathogenic Escherichia coli urinary tract infection》


尿路感染（UTIs）主要是由尿路致病性大肠埃希菌（Uropathogenic Escherichia coli，UPEC）感染引发，多发于女性群体，且1/40的女性在其一生中都会经历这一疾病。尿路感染多采用抗生素治疗，但是存在耐药性问题。而且，目前并没有预防尿路感染的疫苗上市。


之前的动物试验已经表明，以铁载体受体蛋白为抗原的疫苗能够预防尿路感染。但是这些跨膜蛋白在水溶液中溶解性差，从而大大限制了疫苗的有效性。


考虑到铁载体是水溶性的，所以来自于密歇根大学的研究团队将其作为疫苗的主要抗原。为增加其分子量，研究人员将合成的铁载体与一种免疫原性载体蛋白结合，形成复合体。结果证实，这一复合体能够引发适应性免疫应答，能够靶向细菌体内铁载体，预防尿路感染。


他们以小鼠为模型，在注射复合体几周后，将小鼠暴露于细菌环境中。结果发现，铁载体复合体并没有阻止感染，细菌依然能够入侵小鼠，甚至于不少小鼠感染程度较为严重。但是，注射过疫苗的小鼠尿道和肾脏组织中大肠杆菌的数量减少了10倍！


这意味着，铁载体疫苗能够效减轻感染负担，降低大肠杆菌数量。


《Siderophore-based immunization strategy to inhibit growth of enteric pathogens》


无独有偶，来自于加州大学和麻省理工学院的研究团队以同样的思路设计了铁载体复合体作为疫苗抗原，用于靶向一种胃肠道病原菌——沙门氏菌（易引发食物中毒）。结果发现，这一复合体能够有效阻断沙门氏菌扩散。


加州大学欧文分校的微生物学家Manuela Raffatellu表示：“这些研究结果预示着第一步。”密歇根大学的细菌学家Harry Mobley希望，类似的疫苗能够在5年内进入临床。Mobley认为：“考虑到其他相关致病菌同样会生成类似的铁载体，所以这种疫苗有望能够防御多种不同的病菌感染。”


对于抗生素耐药性危机，这种疫苗防御机制或许是预防和改善病菌感染的新策略。