病原菌能夠?qū)咕幬锂a(chǎn)生耐藥性，這對(duì)全球人類健康構(gòu)成了越來越大的威脅。最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些微小的“敵人”可能比我們預(yù)想的還要狡猾，它們經(jīng)受壓力時(shí)會(huì)使用隱藏的遺傳變化促進(jìn)快速演化，并以以往所認(rèn)為的更多方式產(chǎn)生耐藥性。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在最近的《Biomicrofluidics》雜志。

在這項(xiàng)研究中，來自新澤西普林斯頓大學(xué)的研究人員描述了兩種相似的大腸桿菌菌株，利用截然不同的基因突變，快速產(chǎn)生相同水平的耐藥性。細(xì)菌能夠針對(duì)同一問題制定不同的解決方案，表明它們具有不同的遺傳“武器”來對(duì)付抗生素，這有可能會(huì)讓它們更加靈活并難以被打敗。

這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人、普林斯頓大學(xué)生物物理學(xué)家Robert Austin說：“細(xì)菌是聰明的，它們用隱蔽的方式來應(yīng)對(duì)壓力，包括重塑它們的基因組。”

細(xì)菌如何有效地經(jīng)受住藥物治療，是值得我們認(rèn)真思考的。Austin指出：“這告訴我們，必須更謹(jǐn)慎地使用抗生素。”

加速進(jìn)化

Austin及其同事專注于開發(fā)獨(dú)特的、充滿液體的微觀結(jié)構(gòu)，來檢測(cè)細(xì)菌進(jìn)化理論。Austin指出，他們不是使用試管或培養(yǎng)皿這些均勻的環(huán)境，而是制備了一種設(shè)備，他們認(rèn)為該設(shè)備能夠更好地模仿自然的生態(tài)位。

研究小組使用一種定制的微流體裝置，包含大約1000個(gè)連接的小生境，這些小生境中生長(zhǎng)著細(xì)菌群落。該裝置可產(chǎn)生類似于自然細(xì)菌生境中發(fā)現(xiàn)的食品和藥物復(fù)雜梯度，如腸道或人體內(nèi)的其他腔室。

Austin說：“在復(fù)雜的環(huán)境中，耐藥性的出現(xiàn)可能比試管實(shí)驗(yàn)所預(yù)期的影響更為迅速和深刻。”

從以前使用復(fù)雜微加工設(shè)備而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，研究人員得知，一些普通的、大腸桿菌“野生型”菌株能快速進(jìn)化出抗生素耐藥性。他們想知道，當(dāng)一個(gè)突變株（稱為GASP，可用比野生型更有限的養(yǎng)分進(jìn)行復(fù)制）暴露于相同的藥物時(shí)，是否會(huì)產(chǎn)生同樣類型的抗生素耐藥性。

秘密武器

通過對(duì)暴露于抗生素環(huán)丙沙星（Cipro）的野生型菌株和GASP細(xì)菌菌落進(jìn)行基因組測(cè)序，研究人員發(fā)現(xiàn)，不同的基因突變可以導(dǎo)致相似水平的抗生素耐藥性。例如，兩種不同的突變株出現(xiàn)：其中一種耐抗生素的GASP菌株，通過這樣一種方式進(jìn)化，以使其不再需要為了生存壓力而形成生物膜。它通過向感染細(xì)菌的一種病毒“借用”一塊殘余DNA，做到這一點(diǎn)。

病毒通常將自身DNA注入細(xì)菌，有時(shí)候DNA序列殘余似乎不再有什么病毒復(fù)制功能。在正常情況下，剩余的DNA可能既不能幫助細(xì)菌，也不能阻礙細(xì)菌，但是在壓力情況下，細(xì)菌可以使用新的DNA來快速產(chǎn)生抗生素耐藥突變。

Austin表示，這些結(jié)果證明了細(xì)菌用以對(duì)抗壓力的工具的微妙之處和多樣性。他想知道，我們其余的有效殺菌方法（如用酒精消毒表面），是否也有弱點(diǎn)？他的研究小組計(jì)劃?rùn)z測(cè)，是否他們?cè)O(shè)備中的細(xì)菌能演化出耐醇性。