《ACS nano:致命超级细菌是如何被消灭的?》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2019-12-17
  • 近日,赖斯大学,德克萨斯农工大学,比奥拉大学和达勒姆大学(英国)的研究人员表明,一类新开发的分子可在数分钟内有效杀死抗药性微生物。

    文章作者图尔说:“到2050年,这些超级细菌每年可能杀死1000万人,远远超过了癌症。这些是‘噩梦’细菌;它们对任何东西都没有反应。”

    这一新发明的分子以细菌为目标,一旦被光激活,便会穿过它们的外部。尽管细菌可以通过将抗生素拒之门外而进化出对抗生素的抵抗力,但细菌却无法抵抗这种“分子钻头”。此外,遭受“钻头”破坏的细菌将对抗生素变得再次敏感。

    相关结果发表在《ACS Nano》杂志上。

    德克萨斯州A&M实验室的首席科学家Jeffrey Cirillo和前莱斯研究人员Richard Gunasekera(现在在Biola)进行的测试表明,这一“分子钻”可以在数分钟内有效杀死肺炎克雷伯菌。

    “细菌不仅具有脂质双层,” Tour说。 “它们有两个双层分子,并且蛋白质和糖相互连接,因此,通常情况下,分子难以穿过这些非常坚固的细胞壁。这就是为什么细菌难以杀死的原因。然而,它们无法抵御分子钻的攻击,因为后者是机械作用,而不是化学作用。”

    “分子钻”还增加了肺炎克雷伯菌对美罗培南的敏感性,美罗培南是一种细菌产生耐药性的抗菌药物。因此,通过与分子钻结合使用,可以为无效的抗生素“注入新的生命。”

    作者说:“我们最初对治疗伤口和植入物感染非常感兴趣。然而,随着我们的技术可以将这些波长的光传递给肺部,因此可以针对引起肺炎,囊性纤维化和结核病的肺部感染进行治疗,因此我们还将开发呼吸道感染治疗方法。”

  • 原文来源:http://news.bioon.com/article/6748064.html;:https://www.sciencedaily.com/releases/2019/12/191212142721.htm;https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b07836
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    • 编译者:hujm
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    • 北京时间3月13日消息,据国外媒体报道,美国埃默里大学在本周发表的一篇关于美国病人的报告中表示,研究人员近日首次发现了一支可对抗多种抗生素的致命细菌菌株,就连被视为“最后防线”的粘菌素也对其奈何不得。 这种狡诈多端、危险莫测的细菌属于一种对碳青霉素烯类抗生素(carbapenem)具抗药性的克雷伯氏肺炎菌,简称CRKP,对目前已知的所有抗生素均有抗药性,包括被称为最后防线的碳青霉素烯类抗生素。该细菌往往潜伏在医院中,可入侵尿道、血流和软组织。它也是臭名昭着的抗碳青霉素烯类抗生素肠内杆菌(简称CRE)的一种,致死率高达50%,且近年来在世界各地迅速蔓延。美国疾控中心2013年的一项报告估计,美国每年有超过9300例CRE细菌感染,约导致600人死亡。美国疾控中心和世卫组织均将CRE细菌列为威胁公共健康的主要抗药性细菌之一,需要采取“紧急和积极行动”。 在本周之前,我们对CRKP类细菌的了解仅限于此。 但在此次新研究中,埃默里大学的研究人员从亚特兰大的患者尿液中分离出了两类新的CRKP细菌,对粘菌素竟然也有耐药性。但人们并不理解其中的机制。在标准临床试验刚开始时,它们似乎在抗生素面前表现得很脆弱。但随着实验不断深入,细菌接触的抗生素越来越多,科学家发现它们其实可以存活下来。小鼠受这两类细菌感染后,粘菌素治疗无效,最终死于细菌感染。而感染了普通CRKP细菌的小鼠则在使用粘菌素后逃过一劫。 目前还没有证据显示,CRKP细菌感染患者后,会在治疗过程中神奇地突然产生对粘菌素的抗药性。但微生物学家戴维·维斯(David Weiss)等研究作者认为,这也许是因为证据难以收集,并且目前我们掌握的数据足以引起关注。研究人员总结道,该研究结果“就CRKP细菌感染中一种令人担忧、但关注不足的现象敲响了警钟,强调了寻找更加敏感和准确的诊断方法的重要性。” 死亡谜团 维斯在采访中强调,CRKP细菌“对‘最后防线’药物的强大耐药性尤其令人担忧”,粘菌素就其中一种,“有些患者原本还有可能被治愈,如今他们的选择却已所剩无几。” 此外,等CRKP感染患者到了需要使用粘菌素的阶段,他们往往已经病入膏肓。此时医生往往会尽可能多用抗生素,因此很难判断细菌是否对粘菌素具有耐药性,难以进行临床研究。“我不是说,如果是我的话就不会用一大堆抗生素,”维斯表示,“但要证实粘菌素耐药性是否为一项潜藏的隐患,就要只用粘菌素才行。” 但在实验室中,研究人员便能够充分研究该细菌的多重耐药性。作为埃默里大学抗生素耐药性研究中心主任,维斯研究多重耐药性已有数年,但该现象仍是一大未解之谜。 微生物学家从患者身上分离出菌株后,便会将其置于培养皿中进行培养,最终获得基因完全相同的菌落,其中所有细菌对某种特定抗生素的敏感性或承受力均相同。换句话说,如它们对抗生素敏感,小剂量的抗生素即可杀死整个菌落;而如果这些细菌能够承受较大剂量,整个菌落都将具有耐药性。耐药性的强弱呈谱系分布,但判断某菌株是否有耐药性往往有标准可循。也就是说,如果整个菌落能够承受浓度为“X”的某种抗生素,即被视为有耐药性。 但多重耐药性细菌并不遵循这些规则。在标准诊断测试中,整个菌落也许均表现出抗生素敏感性。但在更高级的测试中,研究人员却发现了具有耐药性的次级菌落。通常情况下,这也许说明菌落中混入了一些具有耐药性基因的细菌,但事实上,这些次级菌落的基因竟与其它对抗生素敏感的细菌基因完全相同。它们是其它细菌克隆的产物,但出于某些原因,对抗生素的耐药程度居然如此悬殊。 神秘的微生物 这就是维斯和同事们分析从CRKP临床患者身上分离出的细菌时出现的情况。对这些细菌耐药性的标准测试显示,浓度为0.5 μg/mL的粘菌素即可杀死整个菌落,说明其对这种抗生素敏感。但进一步实验发现,有千分之一的细菌能够承受浓度为2μg/mL的粘菌素,更有1百万分之一的细菌能够承受100μg/mL的浓度。 在粘菌素中培养菌落时,具有耐药性的次级菌落便会占据上风、将不具耐药性的细菌取而代之;但如果用营养物质培养菌落,整个菌落便会恢复对抗生素的敏感性,除了仍有千分之一的细菌仍具有耐药性。研究人员还对两种细菌的基因进行了测序,结果发现两种基因完全相同。 维斯指出,虽然两种细菌的基因一模一样,但激活基因的方式则有所不同。不过人们尚不清楚产生该现象的方式和原因。维斯和同事们猜测,某种特殊的感觉系统也许是耐药性之谜的关键。该系统的信号传导机制分为两部分:细菌细胞膜中嵌有一种蛋白质,能够对部分环境信号做出反应,进而将信号传递给细胞内部的另一蛋白质,后者能够根据不同情况激活或“关闭”基因。 在部分具有耐压性的次级菌落中,该系统似乎处于开启状态。而研究人员利用基因工程技术破坏其它具有多重耐药性的细菌中的系统后,这些菌落便失去了神秘的耐药能力。 目前尚不清楚该系统控制的是哪些基因,但证据显示,这种基因上的小改动能够让细胞外膜所带负电荷减少,从而使粘菌素失效。粘菌素带正电荷,若细菌细胞膜带负电荷,便会被粘菌素破坏。不过确切机制和细菌的防御系统仍然尚不明确。 “我认为目前我们对抗生素的态度已经变成‘这种不起效了吗?没关系,我们再用另一种就是了’。”维斯指出,“由于我们有很多备选项,对细菌耐药性的研究一直缺乏紧迫性。但如今备选项已经越来越少,人们对此的关注程度也越来越高。”
  • 《发现热带青蛙与致命的真菌共存》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-10-31
    • Diasporus属的青蛙,如这个个体,是巴拿马ElCopé最常见的夜间青蛙,在2004年爆发的壶菌真菌后存活下来。 2004年,来自世界各地的两栖生物学家惊恐地看着,因为巴拿马埃尔科佩的青蛙开始死于数千人。罪魁祸首:Batrachochytrium dendrobatidis,一种致命的真菌,通常被称为壶菌(chytrid)真菌。几个月内,该地区原生的青蛙种类中大约有一半在当地灭绝。 由马里兰大学研究人员领导的一项新研究表明,在十年内,ElCopé中剩余的物种发展出与壶菌真菌共存的能力。在一项跨越2010-2014年的实地研究中,研究人员发现,与未感染的青蛙相比,感染真菌的青蛙的存活率几乎相同。 该结果于2018年10月3日发表在“生态应用”杂志上,表明ElCopé的青蛙种群经历了生态和/或进化的变化,使整个社区能够持续存在,尽管物种遭受严重损失。据研究人员称,这些结果可能对其他热带生物多样性热点造成好消息,这些生物多样性受到南美洲和澳大利亚等恶臭菌的严重影响。 “我们的结果非常有希望,因为它们使我们得出结论,埃尔科佩青蛙群落正在稳定而不会濒临灭绝,”Graziella DiRenzo博士(生物科学博士,16岁)说,他现在是大学的博士后研究员。加州,圣巴巴拉,以及研究论文的主要作者。“这对全球的chytrid来说是一个大问题。在这项研究之前,我们对爆发后仍然存在的社区了解不多。在某些地区,它仍然是一个黑盒子。” 从2010年到2014年,DiRenzo和她的同事们每年都会回到ElCopé这个2平方公里的小型场地。他们将场地打破成20米的小型子站,连续几天对子站进行多次采样在一个赛季内。每次,研究人员都会测试个体青蛙是否存在真菌,同时评估任何疾病症状的严重程度。 然后,研究人员将这些数据输入到他们开发的统计模型中,以评估受爆发影响的社区的疾病动态。对野外单个青蛙的频繁重复采样使得该团队通过纠正任何存在但未见的动物的模型来最小化偏差。结果使研究人员得出结论,受感染的青蛙与未受感染的青蛙的存活率相同。这一观察结果强烈表明,留在ElCopé的青蛙物种能够耐受真菌并在其致命的影响中存活下来。 “我们的研究发现,即使有很多感染者,其中约98%的人感染率非常低,”UMD生物学教授,该研究的资深作者Karen Lips说。“我们知道,早期,有几个物种在传播感染方面发挥了关键作用,如伤寒玛丽。但是现在这些物种中的一些已经消失,因此整个生态系统完全不同。它几乎无法与以前的生态系统相提并论。” DiRenzo,Lips和他们的同事们表示,ElCopé青蛙社区通过一种被称为“生态进化救援”的效应得以稳定。在这种情况下,一些物种可能已经进化出对真菌的耐受性,而其他高度传染性的“伤寒玛丽”物种死亡并停止促成病原体的传播。真菌本身可能也变得不那么致命,整个青蛙群体可能经历了其他类型的重组。 研究人员指出,由于ElCopé的青蛙群落在2004年爆发之前已经进行了多年的研究,因此研究地点提供了一个罕见的窗口,可以评估由于广泛的壶菌感染导致青蛙群落的变化。研究人员表示,如果社区在这里稳定下来,世界其他地方其他受到严重打击的青蛙群体可能也经历了类似的适应 - 即使疾病减少了物种和/或个体的总数。 “埃尔科佩的青蛙并没有做得很好,但它们仍然存在。有些物种幸存下来的事实是最重要的事情,”利普斯说。“如果一个物种立即灭绝,它就没有选择。我们知道所有这些物种如何应对最初的入侵。现在我们知道幸存者是如何应对持续感染的。我们知道世界上有几个地方可能经历了同样的事情。如果某个地方有足够的青蛙物种可以存活并坚持下去,那么希望有朝一日,一个充满活力的新青蛙社区将取代失去的东西。“