如何選擇性地從內(nèi)部殺滅抗生素耐藥性細(xì)菌？

感染性細(xì)菌中的抗生素耐藥性是全球人群所面對(duì)的一個(gè)日益嚴(yán)重的問(wèn)題，而這在很大程度上是由抗生素的過(guò)度使用所造成的，近日一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Nature Biotechnology上的研究報(bào)告中，研究者Lopez-Igual等人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了一種巧妙的方法來(lái)選擇性地殺滅耐藥性的霍亂弧菌（引發(fā)霍亂的罪魁禍?zhǔn)祝?，研究者希望能夠找到替代?dāng)前廣譜抗生素且能有效抵御耐藥性致病菌的新型手段。

當(dāng)前人們過(guò)度使用抗生素引起了一系列問(wèn)題，其中一個(gè)問(wèn)題就是抗生素耐藥性致病菌的出現(xiàn)，另一個(gè)原因是，典型的廣譜抗生素不僅會(huì)影響目標(biāo)致病菌，而且還會(huì)影響機(jī)體正常的有益菌群（能夠保護(hù)機(jī)體免受感染，也會(huì)影響人類機(jī)體的其它方面，包括體重、情緒、過(guò)敏等），而研究者Lopez-Igual等人提出的方法就能有效避免上述兩個(gè)問(wèn)題，研究者所開(kāi)發(fā)的新方法基于細(xì)菌能夠在細(xì)胞接觸的過(guò)程中轉(zhuǎn)移某些遺傳物質(zhì)（可動(dòng)員的DNA），這一過(guò)程稱之為“結(jié)合”（conjugation），因此研究人員就能利用這種現(xiàn)象，將編碼毒素（CcdB蛋白）和其解毒劑（CcdA蛋白）從供體細(xì)菌轉(zhuǎn)移到其“鄰居”中，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)就是為了使得毒素僅能在霍亂弧菌中產(chǎn)生，而且使得解毒劑在對(duì)抗生素敏感的細(xì)菌中產(chǎn)生，這時(shí)候只會(huì)對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性的霍亂弧菌就會(huì)被殺滅。

文章中，研究者利用了多個(gè)技巧來(lái)確定毒力只會(huì)在靶向細(xì)胞中發(fā)生，首先他們對(duì)編碼毒素的基因進(jìn)行工程化操作使其受到弧菌特異性蛋白（轉(zhuǎn)錄因子ToxR，其對(duì)霍亂弧菌引發(fā)疾病非常重要）的控制，這就意味著，如果編碼毒素的基因通過(guò)結(jié)合作用轉(zhuǎn)移到其它細(xì)菌中時(shí)就不會(huì)有毒素產(chǎn)生；其次，為了確保任何抗生素敏感的霍亂弧菌接種者不會(huì)死亡，研究者將編碼解毒劑的基因包含在了可移動(dòng)的基因集中，這種解毒劑在所有對(duì)抗生素敏感的細(xì)菌中被制成，但在耐藥性細(xì)菌中卻并不會(huì)產(chǎn)生，因?yàn)樵诤笠环N細(xì)菌中，解毒劑蛋白會(huì)被抑制蛋白SetR所關(guān)閉，SetR能被細(xì)菌中抗生素耐藥性的遺傳元件SXT所編碼并調(diào)節(jié)。

然而，簡(jiǎn)單地?fù)碛薪舛緞┑鞍谆蛟S并不足以抑制那些并不想被靶向作用的細(xì)菌被殺滅，CcdB毒素會(huì)通過(guò)促進(jìn)遺傳物質(zhì)的廣泛損傷來(lái)快速殺滅細(xì)菌，其能通過(guò)抑制促旋酶，將其鎖定在DNA上來(lái)抑制酶類的表達(dá)，研究者提出了一種延遲機(jī)制，就好像一個(gè)定時(shí)炸彈一樣，只會(huì)在一段時(shí)間后才會(huì)爆炸致命。

研究者將編碼特殊內(nèi)含肽的遺傳模塊插入到了毒力基因中，修飾后毒力基因的表達(dá)會(huì)產(chǎn)生一種非功能性的毒素，而內(nèi)含肽能通過(guò)剪接過(guò)程隨時(shí)間被切除，從而產(chǎn)生功能性的毒素，其效果是能夠延遲毒素的致命性作用，讓接受該毒素的細(xì)菌有時(shí)間做出反應(yīng)，毒素成熟所需要的時(shí)間能夠允許抗生素敏感性細(xì)菌產(chǎn)生足夠的解毒劑來(lái)存活，如果細(xì)菌對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性的話就不會(huì)產(chǎn)生解毒劑，并且在毒素成熟后細(xì)胞就會(huì)發(fā)生死亡。

研究者表示，這種方法并不限于單一類型的毒素蛋白，而且適用于其它毒素蛋白，包括HigB2（靶向作用mRNase）、RelE4（抑制蛋白質(zhì)的合成）和ParE2（另一種促旋酶抑制劑），這些蛋白在內(nèi)含肽介導(dǎo)的剪接作用后也具有一定的功能，隨后研究者在水、斑馬魚(yú)幼蟲(chóng)和甲殼類幼蟲(chóng)這種霍亂弧菌天然宿主中測(cè)試了他們所開(kāi)發(fā)的方法，他們發(fā)現(xiàn)，這種新方法在三類宿主中能夠有效根除耐藥性的霍亂弧菌，同時(shí)研究者使用的特殊調(diào)節(jié)子也只對(duì)霍亂弧菌有效，但該系統(tǒng)能夠很容易地針對(duì)不同的細(xì)菌進(jìn)行調(diào)整。

在其它研究中，研究者也使用感染細(xì)菌的病毒及結(jié)合方法來(lái)將運(yùn)輸核酸酶靶向作用耐藥性的細(xì)菌，研究者Lopez-Igual所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，很少有細(xì)菌能夠抵擋內(nèi)部的威脅，每107個(gè)接受毒素的細(xì)菌中只有一個(gè)逃逸突變體，這種逃逸突變體的水平要比發(fā)現(xiàn)的低至少一百倍。盡管如此，這種逃逸率并不足以抑制細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生，而需要考慮到一個(gè)因素就是目標(biāo)細(xì)菌的典型種群規(guī)模，如果種群規(guī)模大約產(chǎn)生逃逸突變體的預(yù)測(cè)規(guī)模，就會(huì)存在耐藥性的細(xì)菌，每克糞便中大約有108個(gè)霍亂弧菌，一旦爆發(fā)霍亂，水中的細(xì)菌水平會(huì)很高，在如此龐大的種群中，就可能會(huì)有成千上萬(wàn)個(gè)突變細(xì)胞對(duì)這種毒素產(chǎn)生耐藥性，并且不會(huì)受到這種系統(tǒng)的影響，后期研究人員還需要深入研究來(lái)闡明這種耐藥性產(chǎn)生背后的分子機(jī)制以及尋找特殊方法來(lái)優(yōu)化該系統(tǒng)。

一般來(lái)講，結(jié)合方法的問(wèn)題在于其是低效的，而且僅有少數(shù)細(xì)胞會(huì)接受基因，產(chǎn)生功能性的治療需要兩個(gè)過(guò)程，**，使用多種毒素或運(yùn)輸系統(tǒng)來(lái)嘗試限制逃逸突變的數(shù)量，第二，改善基因轉(zhuǎn)移的效率。盡管研究者所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)可能并不會(huì)立即解決對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性的霍亂弧菌的問(wèn)題，但其卻有可能對(duì)危重病人的替代治療提供一些幫助。

具有霍亂特征的嚴(yán)重水樣腹瀉每年會(huì)導(dǎo)致大約10萬(wàn)人死亡，基于這樣嚴(yán)峻的數(shù)據(jù)，為了當(dāng)我們嘗試殺滅霍亂弧菌時(shí)只針對(duì)那些產(chǎn)生耐藥性的細(xì)菌呢？可能的好處是對(duì)霍亂弧菌的選擇性壓力較低，從而就能夠抵御新型方法的殺滅作用，然而我們需要知道這種感染的確是耐藥性的，或者我們可能同時(shí)需要使用抗生素來(lái)治療感染，未來(lái)我們有望使用選擇性的抗生素替代品來(lái)輕松修飾所有霍亂弧菌（不管其是否會(huì)產(chǎn)生抗生素耐藥性）。