如何選擇性地從內(nèi)部殺滅抗生素耐藥性細菌？

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

當前人們過度使用抗生素引起了一系列問題，其中一個問題就是抗生素耐藥性致病菌的出現(xiàn)，另一個原因是，典型的廣譜抗生素不僅會影響目標致病菌，而且還會影響機體正常的有益菌群（能夠保護機體免受感染，也會影響人類機體的其它方面，包括體重、情緒、過敏等），而研究者Lopez-Igual等人提出的方法就能有效避免上述兩個問題，研究者所開發(fā)的新方法基于細菌能夠在細胞接觸的過程中轉(zhuǎn)移某些遺傳物質(zhì)（可動員的DNA），這一過程稱之為“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）從供體細菌轉(zhuǎn)移到其“鄰居”中，設計該系統(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抗生素敏感的細菌中產(chǎn)生，這時候只會對抗生素產(chǎn)生耐藥性的霍亂弧菌就會被殺滅。

文章中，研究者利用了多個技巧來確定毒力只會在靶向細胞中發(fā)生，首先他們對編碼毒素的基因進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結(jié)合作用轉(zhuǎn)移到其它細菌中時就不會有毒素產(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死亡，研究者將編碼解毒劑的基因包含在了可移動的基因集中，這種解毒劑在所有對抗生素敏感的細菌中被制成，但在耐藥性細菌中卻并不會產(chǎn)生，因為在后一種細菌中，解毒劑蛋白會被抑制蛋白SetR所關(guān)閉，SetR能被細菌中抗生素耐藥性的遺傳元件SXT所編碼并調(diào)節(jié)。

然而，簡單地擁有解毒劑蛋白或許并不足以抑制那些并不想被靶向作用的細菌被殺滅，CcdB毒素會通過促進遺傳物質(zhì)的廣泛損傷來快速殺滅細菌，其能通過抑制促旋酶，將其鎖定在DNA上來抑制酶類的表達，研究者提出了一種延遲機制，就好像一個定時炸彈一樣，只會在一段時間后才會爆炸致命。

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會產(chǎn)生一種非功能性的毒素，而內(nèi)含肽能通過剪接過程隨時間被切除，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，讓接受該毒素的細菌有時間做出反應，毒素成熟所需要的時間能夠允許抗生素敏感性細菌產(chǎn)生足夠的解毒劑來存活，如果細菌對抗生素產(chǎn)生耐藥性的話就不會產(chǎn)生解毒劑，并且在毒素成熟后細胞就會發(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)含肽介導的剪接作用后也具有一定的功能，隨后研究者在水、斑馬魚幼蟲和甲殼類幼蟲這種霍亂弧菌天然宿主中測試了他們所開發(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，同時研究者使用的特殊調(diào)節(jié)子也只對霍亂弧菌有效，但該系統(tǒng)能夠很容易地針對不同的細菌進行調(diào)整。

在其它研究中，研究者也使用感染細菌的病毒及結(jié)合方法來將運輸核酸酶靶向作用耐藥性的細菌，研究者Lopez-Igual所開發(fā)的系統(tǒng)的一個優(yōu)點是，很少有細菌能夠抵擋內(nèi)部的威脅，每107個接受毒素的細菌中只有一個逃逸突變體，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菌耐藥性的產(chǎn)生，而需要考慮到一個因素就是目標細菌的典型種群規(guī)模，如果種群規(guī)模大約產(chǎn)生逃逸突變體的預測規(guī)模，就會存在耐藥性的細菌，每克糞便中大約有108個霍亂弧菌，一旦爆發(fā)霍亂，水中的細菌水平會很高，在如此龐大的種群中，就可能會有成千上萬個突變細胞對這種毒素產(chǎn)生耐藥性，并且不會受到這種系統(tǒng)的影響，后期研究人員還需要深入研究來闡明這種耐藥性產(chǎn)生背后的分子機制以及尋找特殊方法來優(yōu)化該系統(tǒng)。

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

具有霍亂特征的嚴重水樣腹瀉每年會導致大約10萬人死亡，基于這樣嚴峻的數(shù)據(jù)，為了當我們嘗試殺滅霍亂弧菌時只針對那些產(chǎn)生耐藥性的細菌呢？可能的好處是對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，或者我們可能同時需要使用抗生素來治療感染，未來我們有望使用選擇性的抗生素替代品來輕松修飾所有霍亂弧菌（不管其是否會產(chǎn)生抗生素耐藥性）。