細(xì)菌在生物膜中的排列會(huì)影響它們對(duì)抗生素的敏感性

傳統(tǒng)上，細(xì)菌被認(rèn)為是單細(xì)胞生物，稀疏地分布在表面或懸浮在液體中，但在許多環(huán)境中，真正的細(xì)菌生長(zhǎng)模式是在被稱為生物膜的粘性簇中。生物膜的形成對(duì)人類是有用的，例如，它是生產(chǎn)康普茶的必要條件。但它往往會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，因?yàn)樗箍刂萍?xì)菌生長(zhǎng)變得更加困難:當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞產(chǎn)生生物膜時(shí)，它就像一道屏障，抵御外部入侵者，使細(xì)菌對(duì)抗生素的耐受性更強(qiáng)。

直到最近，研究人員一直認(rèn)為細(xì)菌在生物膜中是隨機(jī)排列的，因?yàn)樗麄兏緵](méi)有考慮過(guò)生物膜結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。但哥倫比亞大學(xué)生物學(xué)教授Lars Dietrich實(shí)驗(yàn)室的新研究表明，形成生物膜的細(xì)菌實(shí)際上在這些粘稠的基質(zhì)中有高度結(jié)構(gòu)化的排列。

他們的意外發(fā)現(xiàn)可能為開(kāi)發(fā)更好地針對(duì)耐抗生素細(xì)菌的新藥鋪平道路。

該論文的主要作者Dietrich教授說(shuō):“對(duì)于形成生物膜的細(xì)菌來(lái)說(shuō)，這是一種陰陽(yáng)權(quán)衡，因?yàn)樯锬た梢缘钟股睾推渌{，但也可以阻止食物進(jìn)入并喂養(yǎng)系統(tǒng)。這項(xiàng)研究為我們理解如何影響細(xì)菌細(xì)胞排列以及評(píng)估如何使它們對(duì)抗生素更敏感提供了重要的基礎(chǔ)。”

這項(xiàng)新研究發(fā)表在《PLOS Biology》雜志上，詳細(xì)介紹了由研究生Hannah Dayton牽頭在Dietrich教授實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的研究。這篇論文專門研究了一種重要的、常見(jiàn)的病原體，叫做銅綠假單胞菌。

該團(tuán)隊(duì)使用掃描電子顯微鏡和熒光顯微鏡配合細(xì)胞標(biāo)記進(jìn)行研究。他們發(fā)現(xiàn)，銅綠假單胞菌生物膜中的細(xì)胞是縱向排列的，并垂直于它們的生長(zhǎng)基質(zhì)。生長(zhǎng)基質(zhì)是細(xì)菌賴以生存的物質(zhì)，含有它們賴以生存和生長(zhǎng)的物質(zhì)。他們還發(fā)現(xiàn)，改變細(xì)菌細(xì)胞表面的突變會(huì)破壞這種排列。

當(dāng)他們測(cè)試從外部添加糖到完全形成的生物膜的效果時(shí)，他們觀察到它的分布受到生物膜解剖結(jié)構(gòu)的影響。細(xì)胞排列紊亂的突變細(xì)菌對(duì)生物膜內(nèi)特定區(qū)域(也稱為亞區(qū))添加的糖或抗生素反應(yīng)更靈敏。最后，他們表明，生物膜解剖結(jié)構(gòu)的變化改變了結(jié)構(gòu)內(nèi)代謝活性峰值的位置。

總之，這些觀察結(jié)果表明，生物膜微觀結(jié)構(gòu)是一種可以調(diào)節(jié)的特性，可以影響常駐細(xì)菌亞群的代謝，并影響該群體的整體生存。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)我們治療銅綠假單胞菌和其他生物膜形成病原體引起的感染的方法具有啟示意義。

這項(xiàng)研究是與哥倫比亞大學(xué)化學(xué)教授魏敏的研究小組合作進(jìn)行的;哥倫比亞大學(xué)生物學(xué)教授Raju Tomer；芝加哥大學(xué)教授Jasmine Nirody;以及紐約城市大學(xué)(CUNY)教授Anuradha Janakiraman。

“細(xì)胞的排列通常是生物膜形成的一個(gè)不被重視的方面，”Dayton說(shuō)。“我們現(xiàn)在知道，它允許生物膜中的細(xì)菌控制它們的生理狀態(tài)，并對(duì)它們?cè)诳股刂委熎陂g的生存產(chǎn)生影響。”

Dietrich說(shuō):“這是一個(gè)有希望的發(fā)展，可以解決日益嚴(yán)重的抗生素耐藥細(xì)菌問(wèn)題。”

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