德克萨斯农工大学农业生物研究人员发现,一种病毒可以阻止细菌之间共享抗生素耐药性基因。研究结果暗示了治疗感染的新方法,并描述了生物圈高度多样化、大部分未被探索的部分的新特征。
德克萨斯农工大学农业与生命科学学院生物化学与生物物理系副教授曾兰英博士领导的这项研究最近发表在《科学》杂志上。
只感染细菌的病毒被称为噬菌体,简称噬菌体。噬菌体是地球上数量最多的生物实体。土壤中到处都是噬菌体,人类的肠道也是如此,感染和摧毁细菌的噬菌体在对抗耐抗生素细菌感染方面已经发现了很有前景的用途。
有些噬菌体只感染表面含有称为菌毛的圆柱形结构的细菌。菌毛以拉丁文pilus命名,意为矛。菌毛允许细菌转移有利性状的基因,如耐药性,并增强细菌移动和攻击宿主细胞的能力。由于毛毛与细菌毒性有关,研究人员想知道是否可以创造出新的药物来灭活这一特征。虽然细菌从菌毛中受益的方式是清楚的,但噬菌体如何利用菌毛感染细菌仍然是难以捉摸的。
Zeng的团队使用荧光显微镜研究噬菌体MS2是如何进入大肠杆菌细胞的。研究人员创造了MS2噬菌体,这种噬菌体发出荧光,具有完全的传染性和稳定性。噬菌体附着在大肠杆菌细胞的毛上,使毛在荧光显微镜下可见。
通过一系列的实验,Zeng,她的研究生Laith Harb和其他合作者获得了MS2噬菌体感染大肠杆菌时发生的情况的详细描述。
研究小组发现,当噬菌体附着在菌毛上后,菌毛会缩回,将噬菌体带到细菌细胞表面。然后菌毛从噬菌体后面脱落。健康的大肠杆菌会补充破损的菌毛,而被MS2感染的细胞则不会。通过这种方式,其他噬菌体被阻止感染同一细胞。第一个到达细胞的噬菌体获得竞争优势。
“就像,‘好吧,这个牢房是我的。’”噬菌体建立了自己的领地,”曾说,他是噬菌体技术中心的核心教员,该中心是德克萨斯农工大学农业生物研究中心的一部分。
Zeng补充说,因为这种现象会促进噬菌体的感染,所以这种现象可能会在其他利用菌毛感染细菌的噬菌体菌株中广泛存在。
他说,研究结果可能在医学上有所应用。首先,使用噬菌体来降低细菌的毒力可能会给免疫系统时间来抵抗感染。其次,研究结果指出了一种治疗感染的方法,对患者来说,这种方法可能比抗生素或使用噬菌体疗法来消灭细菌更温和。
针对菌毛的噬菌体也可以增强抗生素的作用。一些细菌感染只对高剂量的抗生素有反应,这可能会导致副作用。在混合物中加入噬菌体可以让医生减少所需的抗生素剂量。