憋死超級細菌!科學家發現與青黴素作用相反抗生素

說起抗生素,大家第一個想起的可能就是青黴素,弗萊明發現青黴素的故事很多人也耳熟能詳,他也因此獲得了1945年的諾貝爾生理學或醫學獎。

青黴素殺菌靠的是破壞細菌的細胞壁,讓細菌吸水把自己由內而外地炸死。

而最近,來自加拿大麥克馬斯特大學的Elizabeth J。 Culp和Gerard D。 Wright等科學家,發現了一種 與青黴素作用機制完全相反的兩種抗生素 ——complestatin和corbomycin。它 非但不會破壞細菌的細胞壁,反倒讓細胞壁變得穩固無比,把細菌活活困死在其中 。用個成語來說的話,就是 讓細菌作繭自縛 。

這一研究發表在 Nature 上[1]。

憋死超級細菌!科學家發現與青黴素作用相反抗生素

青黴素,被譽為20世紀最偉大的發明之一,在二戰那個年代可以說是獨一無二的神藥,挽救了無數傷兵的性命,甚至一度價比黃金。

後來嘛,抗生素的種類多了,價格也下來了,於是要做手術來一個,咽喉腫痛來一個,感冒發燒來一個,養雞養鴨來一個。然後,細菌們就耐藥了。

耐藥了就研發新藥吧,然後接著廣泛使用,接著產生耐藥性,接著研發新藥。不過這樣的循環估計很快就會被打破了,畢竟1990年後人類就幾乎沒有發現新的抗生素種類[2], 世衛組織也在2017年9月確認世界抗生素瀕臨枯竭 [3]。

憋死超級細菌!科學家發現與青黴素作用相反抗生素

好在現在生物信息學發達,從基因上篩選新的抗生素成為了可能。研究人員就根據生物合成基因簇和抗生素抗性基因這兩方面,試著對糖肽類抗生素展開了篩選。

用來篩選的這兩類基因中,生物合成基因好理解,它是微生物用來合成抗生素的。至於抗生素抗性基因,微生物總不能讓自己產生的抗生素把自己弄死吧。而糖肽類抗生素的抗性基因,通過靶向修飾起作用,十分獨特,易於識別。

通過對基因信息的一步步分析,研究人員確定了兩種可能的新抗生素。其中之一是一個已知的化合物complestatin,而另一種則來自採於加拿大亞伯達省的一株鏈黴菌,被命名為corbomycin。

憋死超級細菌!科學家發現與青黴素作用相反抗生素

這兩種新的抗生素的抑菌能力都與糖肽類抗生素的代表——萬古黴素——相當,常見的一些耐藥菌,比如耐甲氧西林金葡菌,也能殺滅。甚至說 對於突破了人類最後一道防線的耐萬古黴素腸球菌,complestatin和corbomycin也有活性 。

接下來就該搞清楚它倆的殺菌機制了。通常來說, 萬古黴素等糖肽類抗生素,會作用在細菌細胞壁中的肽聚糖上,阻止細菌細胞壁合成,跟青黴素的作用機制有些類似 。不過研究顯示complestatin和corbomycin並不能與肽聚糖上的相應位點結合,它們的作用機制與一般的糖肽類抗生素存在差異。

通過進一步的分析和試驗,研究人員認為complestatin和corbomycin還是作用在肽聚糖的代謝上,但 並沒有抑制細胞壁的合成 。

不過研究人員發現,在complestatin和corbomycin的最低抑制濃度以下,它們會讓細菌的分裂出現異常。 細菌細胞本身 (原生質體) 已經分成了兩個,但卻沒能完成分裂,而是形成一條扭曲打結的細胞鏈 ,已知的抗生素中都沒發現過這樣的現象。

憋死超級細菌!科學家發現與青黴素作用相反抗生素

這兩個抗生素到底是怎麼讓細菌長的如此畸形?研究人員嘗試通過篩選抗性菌株的方法來找出它們的作用機制。但這一過程卻出乎意料的難, 金葡菌乾脆沒有進化出對這兩個抗生素的抗性 ,而 枯草桿菌在最低抑制濃度下連續培養了25天,才演化出對這兩種抗生素的微弱抗性,讓最低抑菌濃度升高了3倍 。

通過對產生了抗性的菌株的分析,研究人員認為,這兩種抗生素可能阻斷了細菌自溶素的功能。

這個自溶素是細菌用來拆開自己的細胞壁的。雖說細胞壁就像細菌的螃蟹殼一樣保護了細菌,但 細菌還是要長大,還是要分裂,這時候就需要把細胞壁拆開個口子了,如同螃蟹蛻殼一樣 。而青黴素的殺菌作用,除了抑制細胞壁合成,也恰恰利用了自溶素去拆除現有的細胞壁,讓細菌爆炸。

而complestatin和corbomycin,正好可以拮抗青黴素的作用,阻止青黴素作用下細菌的爆炸。在抑菌時, 它們也正是抑制了細菌的自溶素,讓細菌困死在自己的細胞壁裡,展示了一下什麼叫做作繭自縛 。

這可真是機關算盡太聰明,反誤了卿卿性命。你細菌用細胞壁保護自己,我就讓你困死在自己的盔甲裡。


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