Science：重磅！细菌先休眠再快速进化产生抗生素耐药性

Science：重磅！细菌先休眠再快速进化产生抗生素耐药性

来源：生物谷 2017-02-12 14:58




耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，图片来自NIH/NIAID。


2017年2月12日/生物谷BIOON/---抗生素耐药性是一个重大的日益严重的全球性问题。根据世界卫生组织的统计，抗生素耐药性在世界所有地方上升到危险的高水平，而且新的耐药性机制出现并且在全球扩散，从而威胁着我们治疗常见性传染病的能力。但是这些细菌耐药性机制是如何发生的，以及我们是否能够预测它们的进化，仍然在很大程度上是未知的。


科学家们之前已证实细菌能够在抗生素存在下存活下来的一种方式是进化出一种“定时器（timer）”，从而确保它们在整个抗生素治疗期间保持休眠。但是当它们苏醒时，抗生素仍然会杀死它们，因此一种简单的解决方法是更长时间地持续开展抗生素治疗。


如今，在一项新的研究中，来自以色列耶路撒冷希伯来大学的研究人员报道了细菌进化出耐药性的一种令人吃惊的替代性途径。在进化出这种休眠机制后，这些细菌群体随后能够比正常时快20倍地进化出耐药性。因此，继续服用抗生素并不会杀死这些细菌。相关研究结果于2017年2月9日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Antibiotic tolerance facilitates the evolution of resistance”。


为了研究这个进化过程，由来自耶路撒冷希伯来大学拉卡物理学研究所的Nathalie Balaban教授和博士生Irit Levin-Reisman领导的一个研究团队在实验室可控条件下，让细菌群体接触日剂量的抗生素直到耐药性产生。通过在这个进化过程中追踪这些细菌，他们发现致死性的抗生素剂量产生暂时休眠的细菌，因此让它们免受几种靶向活跃生长的细菌的抗生素攻击。一旦细菌获得休眠的能力（也被称作“耐受性”），它们快速地获得耐药性突变，从而能够克服这种抗生素治疗。


因此，对大多数抗生素治疗而言，这些细菌首先进化出“休眠”能力，随后这种“休眠模式”不仅让它们暂时地免受这种抗生素的致死作用，而且实际上作为它们随后获得抗性因子的垫脚石。


这些结果表明在重复地接触高浓度抗生素的情形下，耐受性（tolerance）可能在细菌群体进化出耐药性中发挥着至关重要的作用。关键的因素是鉴于存在大量可能发生的突变，耐受性因而会快速地产生；耐药性和耐受性的组合效应导致在耐受性的基础上，产生部分耐药性突变。


这些发现可能对开发新的抗生素产生重要的影响，这是因为它们提示着利用也能够靶向耐受性细菌的药物可能会延迟进化出耐药性。


利用Balaban团队开发的一种生物物理学方法揭示抗生素耐药性的进化动力学特征是可能的。该团队已开发出一种理论模型和计算机模拟而能够深入地理解观察到的耐药性快速产生背后的原因。