Science子刊新研究发现了耐抗生素细菌的致命弱点

　　为了遏制愈演愈烈的抗生素耐药性公共卫生危机，科学家们在细菌感染机制内部寻求解决方案。一项新的研究发现了与镁的可用性有关的脆弱性。这一限制可能被用来阻止抗生素耐药性的传播。

　　

最近的估计表明，致命的耐抗生素感染将在未来25年迅速升级。最近的一项研究报告称，从1990年到2021年，每年有100多万人死于耐药感染，新的预测显示，到2050年，每年死亡人数将飙升至近200万人。

为了应对这场公共卫生危机，科学家们正在细菌感染的复杂机制中寻找新的解决方案。由加州大学圣地亚哥分校的研究人员领导的一项研究发现了抗生素耐药细菌菌株的脆弱性。

与亚利桑那州立大学和庞培法布拉大学（西班牙）的实验室合作，加州大学圣地亚哥分校生物科学学院的Gürol Süel教授及其同事研究了枯草芽孢杆菌的抗生素耐药性。他们的研究是由这样一个问题激发的：为什么细菌的突变变体一旦发展出抗生素抗性优势，就不会增殖并接管种群。与其他缺乏类似抗生素耐药性的细菌相比，这种细菌应该占据优势。但事实并非如此。为什么?

发表在《科学进展》杂志上的答案是，抗生素耐药性是有代价的。虽然抗生素耐药性为细菌的生存提供了一些优势，但研究小组发现，它也与阻碍潜在优势的生理限制有关。研究人员指出，这一事实可能被用来阻止抗生素耐药性的传播。

“我们发现了抗生素耐药细菌的致命弱点，”Gürol Süel说。“我们可以利用这一成本，在没有药物或有害化学物质的情况下抑制抗生素耐药性的建立。”

DNA的自发突变发生在所有活细胞中，包括细菌细胞。其中一些突变会导致抗生素耐药性。sellel和他的同事专注于与核糖体相关的生理机制，核糖体是细胞内的微型机器，在合成蛋白质和翻译遗传密码中起着关键作用。

所有的细胞都依赖于像镁离子这样的带电离子来生存。核糖体依赖于镁离子，因为这种金属阳离子有助于稳定它们的结构和功能。然而，新研究中的原子尺度模型发现，赋予抗生素耐药性的突变核糖体变体与三磷酸腺苷（ATP）分子过度竞争镁离子，而三磷酸腺苷（ATP）分子为活细胞提供能量。数学模型进一步表明，这导致核糖体与ATP在细胞中有限的镁供应上进行拔河。

研究人员研究了枯草芽孢杆菌中一种名为“L22”的核糖体变体，发现对镁的竞争比对抗生素不耐药的正常“野生型”核糖体更能阻碍L22的生长。因此，这种竞争造成了与具有耐药性的突变细菌有关的生理损失。

“虽然我们通常认为抗生素耐药性是细菌生存的主要好处，但我们发现，应对环境中镁限制的能力对细菌增殖更为重要，”Gürol Süel博士说。

这个新发现的弱点现在可以用作对抗抗生素耐药性的靶标，而无需使用药物或有毒化学物质。例如，有可能从细菌环境中螯合镁离子，这应该可以选择性地抑制耐药菌株，而不会影响野生型细菌，这可能对我们的健康有益。“我们表明，通过更好地了解耐抗生素细菌的分子和生理特性，我们可以找到不使用药物控制它们的新方法，”Gürol Süel博士说。

10月，Gürol Süel和他在芝加哥大学的同事们宣布了另一种对抗抗细菌健康危机的方法。他们开发了一种生物电子设备，利用我们皮肤上某些细菌的自然电活动，为另一种无药物治疗感染的方法铺平了道路。这一进展已被证明可以减少表皮葡萄球菌的有害影响，表皮葡萄球菌是一种常见的细菌，以引起医院获得性感染和促进抗生素耐药性而闻名。在这两项研究中，研究人员都使用带电离子来控制细菌。

“我们正在耗尽有效的抗生素，几十年来抗生素的猖獗使用导致抗生素在全球范围内蔓延，从北极到海洋和我们的地下水，治疗细菌感染的无药物替代品是必要的，我们最近的两项研究表明，我们确实可以实现对抗生素耐药细菌的无药物控制。”