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近日，Nature 上報(bào)道了一篇文章，揭示為了對付抗生素，細(xì)菌竟上演“變形記”！

*，抗生素是具有抑菌或殺菌作用的藥物，但主要針對的是已知的細(xì)菌策略（機(jī)制）。

對于細(xì)菌來說，想要在充滿抗生素的世界里活下去，就必須要具備一些能有效應(yīng)對壓力的技能：要么與另一種細(xì)菌“勾搭”弄來一些特別的遺傳物質(zhì)；要么通過代際產(chǎn)生遺傳變異，從而獲得新特性以讓抗生素逐漸失效。

在這些已知策略下，抗生素可以發(fā)揮一定的殺菌作用。然而，“道高一尺，魔高一丈”，細(xì)菌也在不斷進(jìn)化，它們以最大限度提高自身的適應(yīng)能力，許多種類的細(xì)菌已越來越能適應(yīng)抗生素的環(huán)境了。這不，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的新“伎倆”：它們通過改變自身形態(tài)來避免抗生素對其造成的傷害。

近日，發(fā)表在《Nature Physics》上的一項(xiàng)研究中，來自美國芝加哥大學(xué)、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和英國倫敦大學(xué)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)通過單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)并結(jié)合理論模型，提出了通過細(xì)胞生長和形態(tài)之間的機(jī)械反饋來適應(yīng)抗生素的機(jī)制。

 

具體而言，通過單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)常用模式生物新月柄桿菌（Caulobacter crescentus）的細(xì)胞可以恢復(fù)被抗生素刺激前的生長速度，并在形態(tài)上發(fā)生顯著變化。一旦清除抗生素，這些細(xì)胞又將在幾代后恢復(fù)其最初的形態(tài)。新月柄桿菌是一種單細(xì)胞生物，通常存在于潮濕環(huán)境和各種類型的水中。

此前，另一個研究團(tuán)隊(duì)曾發(fā)現(xiàn)類似的情況，即細(xì)菌通過改變形狀避免成為抗生素的靶標(biāo)。但在那項(xiàng)研究中，細(xì)菌為了避開藥物，會脫落整個細(xì)胞壁，從而發(fā)生形狀扭曲。

在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)這回的細(xì)胞壁倒是保持完整，但它們伸展得相當(dāng)劇烈，竟然形成了一個“C”形（見封面圖）。

為了弄清楚這一點(diǎn)，研究人員在新月柄桿菌中加入低于致死劑量的廣譜抗生素氯霉素，然后觀察其生長和分裂情況。這種劑量的抗生素雖不足以殺死大部分細(xì)菌，但能夠立刻減緩其生長速度。

經(jīng)過大約10代暴露在低劑量抗生素后，研究人員發(fā)現(xiàn)，新月柄桿菌開始發(fā)生物理變化——伸展并彎曲成C形。這種變化足以使細(xì)菌的生長速度上升到在暴露氯霉素之前的水平。

 

暴露于不同抗生素濃度下細(xì)菌的生長速率。圖片來源：Nature Physics

該研究作者、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)生物物理學(xué)家Shiladitya Banerjee說：“利用單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和理論模型，我們證明了細(xì)胞形態(tài)的改變是一種反饋策略，使其能適應(yīng)抗生素環(huán)境并讓自己生存下來。施展‘變形記’后的細(xì)菌更能克服抗生素的壓力，并恢復(fù)快速生長的狀態(tài)。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)抗生素被清除后，細(xì)菌在幾代之后恢復(fù)到原來的直線形狀。

研究人員認(rèn)為，細(xì)胞體積的增加有助于稀釋進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)的抗生素，而彎曲和變寬都可以降低表面體積比，使通過其表面的抗生素更少。

Banerjee說：“這一發(fā)現(xiàn)對人類健康具有重大意義，并將有可能推動對細(xì)胞形態(tài)在其生長和抗生素耐藥性中的作用進(jìn)行更多的分子研究。”

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來源：生物探索

在上述報(bào)道中，細(xì)菌起到了有益的作用。在實(shí)驗(yàn)室中，環(huán)境中的細(xì)菌支原體等大多是起到相反的作用，這是可使用支原體祛除噴霧（如德國MB的Mycoplasma Off™）為環(huán)境消毒，快速起效。