《科学家发现攻破“最后防线”的抗生素降解酶》

  • 来源专题:科技大数据监测服务平台
  • 编译者: zhoujie
  • 发布时间:2019-06-28
  • 科学家发现攻破“最后防线”的抗生素降解酶. .   本报讯(记者胡璇子)华南农业大学兽医学院教授刘雅红团队通过持续监测,从动物及养殖环境中发现了可以导致替加环素失活的降解酶Tet(X4)。研究发现,一旦细菌有编码降解酶的基因,就能获得降解所有四环素类抗生素的能力。6月24日,相关成果在线发表于《自然—微生物学》。 替加环素是美国辉瑞公司开发的第三代四环素类药物。近年来,面对碳青霉烯类药物和黏菌素耐药性的暴发,替加环素被视为人类面临多重耐药细菌感染的“最后一道防线”。 2017年,刘雅红团队从猪粪中分离出一株耐替加环素的大肠杆菌,并证实其携带一个潜在的可移动四环素降解酶——Tet(X4)。克隆表达表明,Tet(X4)能够介导对所有四环素类药物的高水平耐药。 他们进一步研究发现,该Tet(X4)基因位于泛宿主范围的IncQ1型质粒,后者能携带Tet(X4)基因高效地转移到实验室保存菌株甚至产碳青霉烯酶的各种临床耐药菌株中,并已在广东、广西、福建、江西和江苏等地区局部流行。临床菌中的质粒可以协助携带Tet(X4)的IncQ1型质粒再次快速转移,这进一步增加了该耐药基因的传播风险并给临床治疗带来巨大挑战。 细菌耐药性问题已成为一个世界性的难题,该降解酶的发现可能促使世界各国对四环素类抗生素使用政策做出调整,也将在一定程度上影响四环素类抗生素的研发方向和市场前景。

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    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2019-07-02
    •   自1928年青霉素被发现以来,各类抗生素相继问世并被广泛应用于人类医疗与畜禽水产养殖,大量的抗生素以医疗废物、污水、养殖废水、粪便等形式进入环境中,对环境与人类生活均带来潜在危害,抗生素的环境效应及其去除技术机制,也引起了全球广泛关注。近年来,常用抗生素尤其是兽用抗生素的环境效应、微生物对抗生素的降解作用效果已经初步明确,但对微生物降解抗生素的途径机制尚不清楚。   在“十三五”国家重点研发计划“畜禽重大疫病防控与高效安全养殖综合技术研发”重点专项的支持下,“畜禽养殖废弃物生物降解与资源转化调控机制”项目团队在环境中土霉素降解途径研究上获得了新发现。中国农科院农业资源与农业区划研究所李兆君研究员课题组以畜禽养殖业中常用的四环素类抗生素土霉素为研究对象,研究了不同碳源、金属离子、土霉素初始浓度、温度、pH值条件下假单胞菌Pseudomonas T4对土霉素降解的作用,以及抗性基因相对丰度随培养时间的变化等。研究采用超高液相色谱-四级杆串联飞行时间质谱对主要的土霉素降解产物进行了定性分析,推导出土霉素在Pseudomonas T4降解过程中存在六种不同的反应类型和七种可能的降解途径,包括烯醇-酮转化、羟基化、脱水、脱氨、脱甲基和脱羰基化等。同时也发现三价铁离子(Fe3+)能够显著促进T4菌生长,进而提高土霉素的生物降解效果,且在上述降解过程中不会导致相关抗性基因的产生。该研究对于环境中四环素类抗生素的去除等具有重要理论意义和实践应用价值,相关成果发表在国际环境科学权威期刊《Water Research》杂志上。
  • 《Nature:科学家发明“分子诱饵”,不用抗生素也能除掉细菌》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:黄翠
    • 发布时间:2017-06-20
    • 抗生素耐药性问题是当今全球卫生面临的最大威胁之一。老牌抗生素耐药率不断升高,而近 30 年来又没有新的抗生素被发现或合成。这意味着,我们最终可能没有抗生素能对抗不断出现的耐药菌。因此,除了抗生素,科学家们也在努力寻找其他的抗菌方法。近日,华盛顿大学医学院的一项研究发现,一种分子诱饵可以靶向作用于肠道中能引起尿路感染的大肠杆菌,减少致病菌的同时不影响其他微生物组成。该研究发表于 6 月 14 日的 Nature 期刊上。 本研究的资深作者 Scott J. Hultgren 教授表示:“我们研究的最终目标是帮助患者处理并预防复发性尿路感染的常见问题,同时帮助解决全球抗菌素耐药性危机。” 由尿道致病性大肠杆菌(uropathogenic Escherichia coli,UPEC)引起的尿路感染(Urinary tract infections,UTIs)每年在全世界范围内影响着约 1.5 亿人。尿路感引起疼痛,排尿灼热和尿频。严重时,感染可以传播到肾脏和血液,甚至会危及生命。尽管抗生素能够有效治疗,但 30-50%的患者会经历复发。并且,尿道致病性大肠杆菌对最后一线抗生素的耐药性越来越强,使尿路感染成了抗生素耐药问题发生的“重灾区”。 因此,研究人员希望能找到一些新方法,减少肠道内尿道致病性大肠杆菌的数量,或许就能降低尿路感染的风险,并预防一些复发性感染。 诱饵分子与细菌菌毛结合,使其无法附着于肠道 在大肠杆菌中,有一组专门负责编码菌毛的基因,细菌表面的菌毛允许它们能够附着在组织上,如同一个分子“魔术贴”。没有这种菌毛,细菌就无法在肠道里生长。早期研究发现,这些菌毛能够附着在膀胱表面的甘露糖(mannose)上。 进而“抓住”膀胱上的甘露糖受体,因此细菌能够避免在人们排尿时被清除。而缺乏这种菌毛的细菌不能在小鼠中引起尿路感染。 此前,Hultgren 和共同作者,华盛顿大学生物化学和分子生物物理学副教授 James W. Janetka 博士,通过化学修饰甘露糖,构建了一组名为甘露糖苷(mannosides)的分子。这种分子与甘露糖类似,但它们能够通过菌毛更紧密地与细菌结合。然而,与甘露糖受体不同,这些甘露糖苷不附着于膀胱壁,因此与甘露糖苷结合的细菌被尿液冲洗出来。研究人员认为,甘露糖苷能够竞争性地与菌毛结合,因此通过甘露糖苷处理可以减少肠道中大肠杆菌的数量,并可能阻止细菌扩散到膀胱。 为了验证这个猜想,他们将大肠杆菌的致病菌株引入小鼠的膀胱和肠道内。研究人员给予小鼠三次口服剂量的甘露糖苷,然后在给予最后一剂甘露糖苷后检测小鼠膀胱和胆汁中的细菌数量。他们发现,致病细菌几乎被完全从膀胱中消除,在肠道中减少了一百倍。 该论文第一作者 Spaulding 说:“虽然我们并没有完全消除这种肠道细菌,但结果仍然很有希望。减少肠道中致病细菌的数量意味着它们进入尿道导致尿路感染的可能性更少。” 甘露糖苷对无害菌群影响更小 研究人员研究的菌毛类型在大肠杆菌的大多数菌株和一些相关的细菌种类中也发现。理论上,甘露糖苷处理可能导致肠道中带有同种菌毛的其他细菌被清除,就像抗生素治疗杀掉目标以外的细菌一样。消除无害细菌可能扰乱菌群平衡,导致肠道疾病,这也是广谱抗生素治疗的风险之一。 研究人员测量了甘露糖苷治疗后肠道微生物组成。他们发现,和致病菌相比,甘露糖苷对其他细菌的影响较小。这与用抗生素治疗后观察到的多种微生物丰度变化形成鲜明对照。 “这一发现令人兴奋,因为我们开发出一种像分子手术刀一样的治疗剂,”Spaulding 说,“它能特异性地清除目标细菌,同时又保留其余微生物群落的完整性。” 此外,由于甘露糖苷不是抗生素,它可能用于治疗由耐药菌株引起的尿路感染。尿路感染占美国每年所有抗生素处方的百分之九,因此这种避免使用抗生素治疗的方法有助于抑制抗生素耐药性的发展和传播。 不过,这项在小鼠模型中进行的研究还需要进一步验证才能确定这种方法是否适用于人类。