《研究揭示耐药细菌如何分泌毒素,提出降低毒力的目标》

  • 来源专题:动植物疫病
  • 编译者: 刘小燕
  • 发布时间:2023-03-06
  • 根据世界卫生组织的报告,抗生素耐药性是全球十大公共卫生威胁之一,科学家们一直在争先恐后地寻找新的工具来治愈最致命的耐药性感染。 由马里兰大学科学家与美国国家过敏和传染病研究所合作领导的研究表明,降低耐药性感染的毒力而不是试图彻底杀死细菌可能会提供另一种治疗方法。他们的研究揭示了两种蛋白质如何使耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) 细菌分泌使人生病的毒素。 研究表明,针对这两种蛋白质的疗法可以使MRSA 失效,使其不那么致命,甚至可能无害。 这种方法还将降低促进抗生素耐药性的风险。该论文于 2023 年2 月 13 日发表在《美国国家科学院院刊》上,表明类似的机制可能存在于其他细菌中,指出了治疗其他细菌感染的新方法的潜力。
  • 原文来源:https://agnr.umd.edu:443/news/study-reveals-how-drug-resistant-bacteria-secrete-toxins-suggesting-targets-reduce-virulence
相关报告
  • 《《PNAS》揭示质粒上毒素/抗毒素系统的新功能》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2021-01-26
    • 1月22日,中国科学院南海海洋研究所研究员王晓雪团队在《美国科学院院刊》(PNAS)在线发表了题为“接合型质粒编码的毒素/抗毒素系统PrpT/PrpA直接调控质粒拷贝数”(Conjugative Plasmid-Encoded Toxin-Antitoxin System PrpT/PrpA Directly Controls Plasmid Copy Number)的研究论文,系统阐述了质粒编码的毒素/抗毒素系统调控质粒复制功能的发现和作用机制。 质粒是存在于细菌染色体之外具有独立复制能力的遗传元件。接合型质粒除了编码复制、分配和接合转移系统以外,往往还携带毒力基因和抗性基因。接合型质粒介导的水平基因转移是细菌耐药性(包括碳青霉烯、多粘菌素等)快速扩散的重要途径。尤其关键的是,这些质粒能够在不存在抗生素的环境里依然稳定存在于细菌中,并进一步介导抗性基因的传播。因此,接合型质粒的稳定性机制是临床感染研究中关注的热点。 毒素/抗毒素系统(Toxin/Antitoxin System, TA)是最早发现具有稳定质粒功能的二元系统。TA系统在1983年发现存在于接合型质粒上,在功能上被认为通过“分离后致死效应“(Post-segregational killing, PSK)来维持质粒的稳定性。在PSK理论中,当质粒在细胞分裂过程中由于复制或分离错误发生丢失时,在不含质粒的子代细胞中,相对稳定的毒素蛋白会由于失去抗毒素的中和作用发挥出毒性抑制细胞的分裂或直接杀死细胞,从而达到在群体中维持质粒稳定存在的目的。ParDE系统是最早支持PSK理论的研究模型之一。 随着基因组测序技术的发展,大规模的临床和环境微生物基因组分析发现接合型质粒上富集大量TA系统。2000年坎特伯雷大学Heinemann研究团队在PNAS文章中提出了PSK理论的不足,认为质粒上TA系统的富集是质粒与质粒间竞争的结果,而并非是通过PSK机制来实现的。因为PSK理论很容易通过在模式细菌中异源表达TA来证实,因此一直被广泛用来作为解释质粒上富集TA系统的理论基础,但仅用异源表达的手段来研究TA的功能存在局限性,容易忽视TA系统的多样性生物学功能。 研究团队在前期的工作中,发现海洋细菌中携带一个接合型质粒,能够稳定存在并保持1个拷贝/细胞。接下来为了研究质粒的稳定机制,对质粒上编码基因进行了功能的研究。分析发现,这个质粒编码一对II型TA系统PrpT/PrpA,其中PrpT是ParE类家族毒素,而PrpA是功能未知的新颖抗毒素。意外的是,敲除prpA-prpT后,质粒的稳定性并没有受影响。反而,质粒的拷贝数出现了显著的异常升高。基因回补实验证实了这一点。在机制方面,发现是其中的抗毒素PrpA直接调控了质粒的拷贝数,并且PrpA直接结合质粒复制起始区上的重复子序列(iterons),以浓度依赖的方式竞争性的阻碍质粒复制蛋白RepB对复制起始区的结合,避免质粒的过度复制。 研究结果发现抗毒素蛋白与质粒的复制蛋白一起来维持质粒的低拷贝数,这与敲除TA后质粒出现高拷贝的表型是一致。与PSK理论强调的TA系统在质粒分离后发挥作用不同,研究结果证实TA系统可直接参与质粒的复制过程,是质粒上TA系统的新功能。对IMG数据库的TA系统进行比对研究,这一类TA系统的丰度明显高于ParDE系统,并且参与PrpA抗毒素调控质粒复制的结构域在临床耐药菌的质粒上广泛存在。结合本文的研究我们可以推测,细菌和古菌中广泛分布的TA系统通过多种途径发挥多样的生物学功能。 研究员团队的尼松伟博士和李百元博士为论文共同第一作者,王晓雪研究员与王鹏霞副研究员为论文共同通讯作者。本研究工作得到国家相关人才计划、基金委水圈微生物重大研究计划重点项目、面上项目、国家重点研发计划以及中国科学院青年创新促进会等项目的共同资助。 相关论文链接:https://www.pnas.org/content/118/4/e2011577118
  • 《Antibiotics:将有毒的杀虫剂转化为治疗抗生素耐药细菌的药物》

    • 来源专题:中国科学院病毒学领域知识资源中心
    • 编译者:malili
    • 发布时间:2021-01-04
    • 2021年1月3日讯/生物谷BIOON/---N-芳基-C-硝基唑(N-Aryl-C-nitroazole)是一类重要的杂环化合物。它们被用作杀虫剂和杀真菌剂。然而,这些物质可能对人类有毒,并导致突变。由于它们并不经常使用,在药物化学文献中关于它们的数据很少。然而,最近有人提出,传统上避免使用的几组化合物可以帮助对抗病原菌。然而,为了减少毒性作用,必须在分子水平上进行大量的研究工作,以便准确优化硝基杂芳烃“弹头(warhead)”的分子环境。2000年代初,通过开发目前已获准用于治疗的抗结核病药物德拉马尼(delamanid)和普托马尼(pretomanid),证明了这种方法的有效性。它们的作用就像前体药物(prodrug)一样,即物质本身是无活性的,但进入人体后会获得新的特性。 在一项新的研究中,来自俄罗斯圣彼得堡国立大学和康德波罗的海联邦大学等研究机构的研究人员在寻找新的有效抗菌药物的过程中,探究了多种可能具有医学使用价值的带有硝基基团的含氮杂芳烃化合物。他们发现化合物OTB-021对结核病病原体的药物敏感菌株很有效,但对属于ESKAPE致病菌的病原体菌株却无能为力。相关研究结果近期发表在Antibiotics期刊上,论文标题为“Mutually Isomeric 2- and 4-(3-Nitro-1,2,4-triazol-1-yl)pyrimidines Inspired by an Antimycobacterial Screening Hit: Synthesis and Biological Activity against the ESKAPE Panel of Pathogens”。 ESKAPE是最常对抗生素产生耐药性的细菌种类名称---粪肠球菌(Enterococcus faecium)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)、鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)---的缩写。这是一种双关语:“eskape”听起来像“逃避”,而且这组细菌对大多数已知的抗生素都有抗药性,也就是说,它们似乎可以“逃避”了抗生素药物的作用。 为了了解如何修饰OTB-021得它能够作用于这些致病菌,这些研究人员在这种化合物的基础上构建了两个同分异构体系列。侧边氨基基团改变了它们的位置,使得这种化合物使中富含芳香族氮的核心更加紧凑,这应该会降低它的毒性。用纸片扩散法(disk diffusion method)测定了微生物对新化合物的敏感性,另外还测定了抗生素纸片和培养皿中新化合物的干溶液对细菌生长的抑制区。 结果发现,ESKAPE致病菌很容易被这类新的化合物抑制。测试阻止细菌生长的化合物的最小浓度(μg / ml)显示出与使用一毫升抗生素环丙沙星(ciprofloxacin)相当的结果:比如,0.3μg / ml的环丙沙星对肠球菌的抑制作用与2μg / ml的一种新的化合物相同。 论文共同通讯作者、俄罗斯科学院教授、康德波罗的海联邦大学研究员Mikhail Krasavin博士说,“从对ESKAPE病原体没有活性的抗结核分枝杆菌药OTB-021的结构开始,我们开发、合成并测试了两个同分异构体系列的新型类似物,在这些新型类似物中,氨基基团在结构中的位置发生了变化。这些化合物可以抑制所有ESKAPE病原体的生长。也许,它们将有助于开发新的有效药物,以对抗有时非常难以治疗的细菌性疾病。”(生物谷 Bioon.com) 参考资料: 1.Sergey Chuprun et al. Mutually Isomeric 2- and 4-(3-Nitro-1,2,4-triazol-1-yl)pyrimidines Inspired by an Antimycobacterial Screening Hit: Synthesis and Biological Activity against the ESKAPE Panel of Pathogens. Antibiotics, 2020, doi:10.3390/antibiotics9100666. 2.Scientists turned toxic pesticide into treatment against antibiotic-resistant bacteria https://eurekalert.org/pub_releases/2020-12/ikbf-stt122920.php