清華新聞網(wǎng)8月14日電 抗生素耐藥是現(xiàn)代醫(yī)學的一個重大挑戰(zhàn)。了解細菌對抗生素的響應對理解耐藥的產(chǎn)生至關重要。許多病原細菌在感染過程中以群體形式存在。細菌群體常表現(xiàn)出空間異質性，群體中不同空間區(qū)域的細菌處于不同的生理狀態(tài)，這使得抗生素的療效具有很強的空間依賴性。此外，空間異質性能夠促進細菌產(chǎn)生跨區(qū)域的相互作用，導致群體抗性。
8月13日，清華大學基礎醫(yī)學院劉錦濤課題組在《自然·化學生物學》（Nature Chemical Biology）雜志發(fā)表了題為“細菌群體在抗生素下通過維持葡萄糖消耗進行自我保護”（Persistent glucose consumption under antibiotic treatment protects bacterial community）的論文。該雜志還發(fā)表了對論文的詳細點評。
課題組研究了抗生素在大腸桿菌生物被膜群體中的空間分布，發(fā)現(xiàn)以四環(huán)素為代表的多種抗生素富集在細菌群體的外圍區(qū)域，然而在內(nèi)部區(qū)域的富集程度較低。這種空間差異性的富集取決于支持群體生長的碳源葡萄糖的空間分布。由于細菌的緊密聚集，葡萄糖在群體內(nèi)存在由外到內(nèi)濃度遞減的空間梯度。在群體的外圍區(qū)域葡萄糖較為充足，而群體內(nèi)部區(qū)域葡萄糖匱乏。這種營養(yǎng)的空間分布通過影響細菌的膜電勢決定了抗生素在群體中的空間分布。
細菌群體能夠更好地適應抗生素，并通過持續(xù)性的葡萄糖消耗維持群體的空間異質性，確保了群體在抗生素撤除后能夠更好地恢復生長
有趣的是，大腸桿菌群體外圍區(qū)域可以在抗生素的作用下維持正常的葡萄糖消耗。這種消耗阻止了葡萄糖擴散到群體的內(nèi)部區(qū)域，導致內(nèi)部維持在葡萄糖匱乏的狀態(tài)，從而避免了抗生素在群體內(nèi)部的聚積、保護了群體的內(nèi)部區(qū)域。課題組發(fā)現(xiàn)，群體外圍區(qū)域之所以能夠維持葡萄糖消耗，是因為其具有較低的膜電勢。低膜電勢導致抗生素積累緩慢，為細菌適應抗生素提供了時間窗口。通過多組學分析，課題組進一步發(fā)現(xiàn)細菌的主要適應性反應是脂質合成的上調(diào)，其對群體外圍區(qū)域維持葡萄糖消耗作出主要貢獻，而抑制脂質合成能夠顯著降低細菌群體對抗生素的耐受性。
研究揭示了細菌對抗生素產(chǎn)生群體抗性的新機制，為開發(fā)針對細菌群體的抗生素治療策略提供了新方向。
劉錦濤研究員為論文通訊作者，劉錦濤課題組已出站博士后張玉針和2018級博士生蔡鈺敏為論文共同第一作者。北京大學教授白凡和博士金心為該課題提供了重要支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41589-024-01708-z
供稿：基礎醫(yī)學院
編輯：李華山
審核：郭玲
