致病細(xì)菌能夠進(jìn)化出抗生素耐藥性的能力在世界范圍內(nèi)對(duì)人類(lèi)健康造成越來(lái)越多的威脅。科學(xué)家們現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)我們的微觀敵人也許比我們預(yù)計(jì)的還要狡猾，它們?cè)趬毫Νh(huán)境中通過(guò)隱藏的基因變化促進(jìn)迅速進(jìn)化，并通過(guò)比我們預(yù)想的還要多的方式發(fā)展出對(duì)抗生素的耐藥性。9月9日，一篇發(fā)表在美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)出版的《生物微流體》雜志上的新文章報(bào)道了該研究結(jié)果。

文章中，來(lái)自新澤西州普林斯頓大學(xué)的研究人員報(bào)道了他們所發(fā)現(xiàn)的兩類(lèi)相似的大腸桿菌菌株，如何通過(guò)截然不同的基因突變迅速發(fā)展出相似水平的抗生素耐藥性。能夠使用不同的方法解決相同的問(wèn)題，說(shuō)明細(xì)菌能夠發(fā)展出多種多樣的基因武器對(duì)抗抗生素，從而使它們具有更強(qiáng)的應(yīng)變能力從而更不易被消滅。

加速進(jìn)化

該科研團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)頭人、普林斯頓大學(xué)生物物理學(xué)家Robert Austin和他的同事專(zhuān)門(mén)致力于開(kāi)發(fā)一些獨(dú)特的、充滿液體的微結(jié)構(gòu)來(lái)檢測(cè)細(xì)菌進(jìn)化的理論。Austin強(qiáng)調(diào)，他們不使用試管和皮氏培養(yǎng)皿，因?yàn)檫@些均勻的環(huán)境只存在于“象牙塔”里，他們所要建造的是那些在他們看來(lái)更好的模擬自然生態(tài)微環(huán)境的儀器。

研究團(tuán)隊(duì)使用了一種定制的微流體儀器，它包含大約1000個(gè)相連的可供細(xì)菌種群生長(zhǎng)的微生境。該儀器可產(chǎn)生類(lèi)似于與在細(xì)菌自然生存環(huán)境，如消化道和人體其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)中所發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜的食物梯度和抗生素。

“在復(fù)雜環(huán)境中，細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生要遠(yuǎn)比在試管實(shí)驗(yàn)中來(lái)的迅速和復(fù)雜。”Austin說(shuō)。

在以往使用微結(jié)構(gòu)儀器的實(shí)驗(yàn)中，研究人員已經(jīng)了解到一些普通的野生型大腸桿菌菌株能夠很快地進(jìn)化出抗藥性。另有一種叫GASP的突變菌株，它們?cè)谟邢薜臓I(yíng)養(yǎng)物中比野生菌株繁殖得更快，研究人員想知道該突變菌株在接觸相同的抗生素時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生出和野生菌株相同類(lèi)型的抗藥性。

秘密武器揭曉

通過(guò)對(duì)接觸過(guò)抗生素環(huán)丙沙星（Cipro）的野生型和GASP突變型菌群的基因組排序，研究人員發(fā)現(xiàn)不同的基因變異可以導(dǎo)致相似水平的抗藥性。比如，在GASP中有兩種不同的突變菌株出現(xiàn)：一種抗藥的GASP菌株，它的進(jìn)化方式是通過(guò)從感染細(xì)菌的病毒中“借用”DNA殘片，從而成為了不需要生物膜就可以在外界壓力中存活的菌株。另外一種抗藥GASP菌株沒(méi)有通過(guò)“嫁接”這一途徑，而是通過(guò)其他幾種方式最終也產(chǎn)生了抗藥性。

病毒通常會(huì)把他們的DNA注射到細(xì)菌中去，這些DNA有時(shí)不再具有病毒復(fù)制的功能。 通常情況下，這些DNA殘片對(duì)細(xì)菌既無(wú)助力也無(wú)阻力，但在壓力環(huán)境下，細(xì)菌可以利用新的DNA迅速地進(jìn)化出抗藥性變異。

研究人員的結(jié)果證實(shí)了細(xì)菌對(duì)抗壓力環(huán)境的方法的多樣性和其狡猾之處。“細(xì)菌們很聰明，他們有很多隱藏的方式對(duì)抗壓力，包括重塑它們的基因組。”Austin說(shuō)。

意識(shí)到細(xì)菌是會(huì)多么有效地對(duì)抗藥物是令人深思的，Austin說(shuō)：“這教導(dǎo)我們?cè)诳股氐氖褂梅矫嬉欢ㄒ痊F(xiàn)在更加謹(jǐn)慎小心。”

Austin想進(jìn)一步了解我們現(xiàn)用的殺滅細(xì)菌的有效方法，比如用酒精消毒物體表面，是否也有其脆弱性，他的研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃測(cè)試細(xì)菌能否在他們的儀器中進(jìn)化出對(duì)酒精的抗藥性。