對于面臨一劑抗生素的細(xì)菌，時機(jī)可能是逃避破壞的關(guān)鍵。在一系列實驗中，普林斯頓大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)修復(fù)受到抗生素?fù)p傷的DNA的細(xì)胞在恢復(fù)生長前有更好的生存機(jī)會。

當(dāng)抗生素襲擊一群細(xì)菌時，通常只有一小部分“持久性”細(xì)胞存活，從而構(gòu)成復(fù)發(fā)感染的威脅。與對抗生素具有遺傳抗性的細(xì)菌不同，有證據(jù)表明，持久性部分通過阻止藥物靶向的細(xì)胞過程而保持活力。

在一項新的研究中，普林斯頓研究人員研究了一類針對細(xì)菌DNA的抗生素。在細(xì)菌群體中，一些細(xì)胞在恢復(fù)生長之前修復(fù)受損的DNA，而其他細(xì)胞在修復(fù)之前恢復(fù)生長。研究人員發(fā)現(xiàn)那些在恢復(fù)生長之前進(jìn)行修復(fù)的人通常是那些能夠持久存活的人。該研究提出了一個長期目標(biāo)，使抗生素治療更有效。

在6月18日發(fā)表于“美國國家科學(xué)院院刊”的研究結(jié)果中，博士后研究員Wendy Mok和化學(xué)與生物工程副教授Mark Brynildsen分析了大腸桿菌對氧氟沙星治療的反應(yīng)，抗生素通過阻斷DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄所需的酶而導(dǎo)致DNA損傷。他們的工作建立在Brynildsen實驗室先前的研究結(jié)果基礎(chǔ)之上，該實驗室發(fā)現(xiàn)氧氟沙星的持久性需要DNA修復(fù)機(jī)器才能存活。

“但這并不能保證他們必然會生存，”莫說。“我們假設(shè)DNA修復(fù)的時間和DNA合成等生長相關(guān)活動的恢復(fù)可能會影響治療后持久性的存活。”

為了驗證這一假設(shè)，Mok和Brynildsen使用了一種經(jīng)過基因工程改造的大腸桿菌菌株，使研究人員能夠控制細(xì)胞的生長。研究人員利用這些細(xì)菌創(chuàng)造了一個均勻的細(xì)胞群，其生長停滯，可以耐受氧氟沙星抗生素。

他們發(fā)現(xiàn)，這些非生長細(xì)胞經(jīng)歷了類似于用氧氟沙星處理的生長細(xì)胞的DNA損傷。然而，非生長細(xì)胞顯示出在治療后恢復(fù)DNA合成和修復(fù)的延遲。

通過控制關(guān)鍵DNA修復(fù)蛋白RecA的活性，研究人員測試了進(jìn)一步延遲DNA修復(fù)的效果，直到DNA合成恢復(fù)。與連續(xù)產(chǎn)生RecA的細(xì)胞相比，這導(dǎo)致存活率降低七倍，證明氧氟沙星的持久性依賴于在合成生長所必需的新DNA之前修復(fù)DNA損傷。

然后，Mok和Brynildsen檢查了在低營養(yǎng)環(huán)境中的正常細(xì)胞中的持久性，以阻止其生長，模擬細(xì)菌經(jīng)常在受感染宿主中遇到的情況。實際上，在氧氟沙星處理后，如果細(xì)胞缺乏碳源至少3小時，他們觀察到對抗生素幾乎完全耐受。這種耐受性取決于有效的DNA修復(fù)過程。他們還觀察到，在生物膜中生長的細(xì)胞處理后，氧氟沙星的營養(yǎng)缺乏增強(qiáng)了對氧氟沙星的持久性，生物膜是粘附在表面上的細(xì)菌群，并且與大多數(shù)醫(yī)院治療的細(xì)菌感染有關(guān)。

比利時Leuven-VIB大學(xué)微生物學(xué)教授Jan Michiels表示，該研究使用“優(yōu)雅的模型系統(tǒng)”來探究持久性的潛在機(jī)制。沒有參與這項研究的米歇爾斯表示，它代表了“一個具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)，為持久性細(xì)胞如何避免死亡提供了新的基本見解。”

氧氟沙星和其他類似的抗生素被列入世界衛(wèi)生組織的基本藥物標(biāo)準(zhǔn)清單，這是滿足醫(yī)療保健需求的最重要藥物目錄。抑制細(xì)菌持久性可能是使這些療法更有效地對抗尿路感染，葡萄球菌感染和其他細(xì)菌性疾病的有希望的途徑。

“營養(yǎng)饑餓是細(xì)菌在感染部位經(jīng)常遇到的壓力，”莫說。“我們的研究結(jié)果表明，在抗生素治療后的這段時間內(nèi)，我們可以考慮針對這些DNA修復(fù)過程中的一些進(jìn)行研究，看看是否可以改善治療效果。”一種違反直覺的方法可能是在抗生素治療后加速細(xì)菌生長，從而使細(xì)胞超過其修復(fù)機(jī)制并死亡。然而，研究人員補(bǔ)充說，其他方法可能比培養(yǎng)患者病原體的生長更好。

Brynildsen的小組和其他人有興趣尋找可能干擾細(xì)菌DNA修復(fù)的潛在藥物化合物，以及檢查抗生素耐受性和遺傳抗性之間的關(guān)系。