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30多岁的生物假说,终于找到了证据

2017.6.20

  “将近半个世纪,我们一直怀疑病原体从放线菌这里获得抗性基因,如今我们终于找到了确凿的证据,”丹麦科技大学博后Xinglin Jiang说。

  为了战胜超级耐药细菌,科学家们试图寻找抗性基因起源,以及这些基因如何被致病细菌引入。然而,弄清楚耐药基因来自何处,在患者之间的如何散播,并非易事。

  30多年前,科学家们提出,抗性基因可能来源于生产抗生素的微生物。但是这只是一个假说,还没找到直接证据。

  如今,丹麦科技大学首次报道,在人类致病菌间传播的抗某种抗生素的抗性基因与该抗生素产地相同。这项研究现发表于《Nature Communications》杂志。

  目前,约四分之三的医用抗生素产自放线菌(Actinobacteria),它们也携带抗生素耐药基因。研究人员惊讶地发现,许多致病菌(如革兰氏阴性菌)的耐药基因与放线菌的耐药基因十分相似。在一个特殊病例中,二者基因型甚至100%一致。革兰氏阴性菌包括一大群致病菌:例如可引起肺部和泌尿道感染的假单胞菌等。

  首先,很难想象致病菌可吸收放线菌基因。通过分析抗性基因DNA序列,该研究团队发现了一个耐药基因转移的新机制,他们将其称为 “带回(carry back)”,这种机制让病原体从与其种属关系较远的其他细菌身上获取基因。病原菌与放线菌发生原始形式的“性交”,然后当放线菌死后,占用它的抗性基因。

  原则上,“带回”发生于病原体与放线菌的物理接触。如动物农场或土壤与未经处理的医疗废物接触。如此一来,病原体在下一轮感染中就可以抵抗并威胁人类生命。

  了解来源是对抗抗生素耐药性传播的关键。高级研究员Tilmann Weber解释道:“我们无法阻止基因传播,但当你知道病原菌携带了哪些耐药基因,你可以个性化定制抗生素治疗方案,此外,利用这些信息,还可尝试开发病原菌对其没有抵抗能力的新型抗生素。”

  细菌性性行为:

  跟踪DNA转移路线,科学家们首次发现了“带回”的未知作用机制。大致的发生原理如下:

  1. 革兰氏阴性菌将DNA注入放线菌内。革兰氏阴性菌天生具有一种被称为“配合(conjugation)”的能力,允许它们将自身DNA注入其他细菌细胞内部,相当于细菌之间的性交,通常发生在革兰氏阴性菌之间。但有时革兰氏阴性菌也用该机制与相关性较远的革兰氏阳性细菌(如放线菌)配合。

  2. 与宿主DNA重组。当放线菌死后,重组DNA被释放到周围环境。

  3. 此时,被注入的DNA充当“胶水”角色,通过“自然转化(natural transformation)”现象携带抗性基因重新导入病原体内。


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