掠夺性细菌寻求新一类抗生素

2016年,世界卫生组织将抗生素耐药性列为“当今全球健康,粮食安全和发展面临的最大威胁之一”。该公告列举了越来越多的感染,例如结核病和淋病,由于对目前抗生素治疗的抵抗力增加,每年治疗变得越来越困难。然而抗生素是必不可少的 - 没有它们,人类就会受到持续感染的困扰。那么,什么是确保持续治疗的解决方案,同时解决阻力上升的惊人增长?

一种潜在的解决方案在于一种独特的捕食性细菌,它以其他细菌为食,例如引起疾病的细菌。这组肉食动物被称为“活抗生素”,引起了研究人员的关注,包括冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员。在最近发表的一篇关于ACS合成生物学的论文中,OIST的研究人员已经迈出了对一种如此微小的食人族B. bacteriovorus进行遗传操作的第一步。他们已经确定了可以允许操纵影响这种细菌掠夺行为的基因的工具。

“在未来,我们希望控制细菌的捕食 - 捕食的时间和程度,”核酸化学和工程部门的Mohammed Dwidar博士和该论文的第一作者解释说。“[目前]我们缺乏基本的工程工具来实现这一目标。”

B. bacteriovorus对人类无害,但对其猎物是致命的 - 革兰氏阴性细菌 - 包括大肠杆菌,沙门氏菌,军团菌等坏人。因此,能够控制它可能会治疗许多不同类型的感染。然而,由于其不寻常的捕食性和其他独特的特征,B. bacteriovorus的遗传操作受到限制。

OIST研究人员使用核糖开关,这是已知在其他细菌中发挥良好作用的基因表达控制工具,以应对理解和操纵B. bacteriovorus捕食的挑战。表达基因的方式遵循特定途径 - 通过转录将DNA转化为RNA,通过翻译将RNA转化为蛋白质,然后蛋白质发挥不同的功能。核糖开关在翻译阶段进入。通过在RNA链的开头放置核糖开关,然后用化学物质“激活”它,核糖开关可以启动或阻止RNA被翻译成蛋白质。

对于他们的研究,OIST研究人员将核糖开关插入到被认为对B. bacteriovorus的捕食行为很重要的基因之一:鞭毛σ因子fliA。然后他们用化学茶碱激活它。将经过修饰的细菌与一些美味的大肠杆菌猎物一起放入培养皿中后,改良的B. bacteriovorus在茶碱存在下似乎比不存在时更快繁殖。这种更快的增殖意味着B. bacteriovorus消耗它的猎物更快,因此繁殖更快。这反过来表明,茶碱可以控制捕食性生命周期。

除了“活性抗生素”最终目标之外,还有更多可能易于操作的B. bacteriovorus细胞的潜在用途。“人们希望有机食品不含化学物质,”Dwidar博士解释说。“对于一些植物病害,捕食性细菌可能是抗菌剂的潜在安全替代品。我们也可以将它用于工业,例如水处理厂。”

“未来,你可以将这些细菌喷洒在新鲜食物上,以防止食物中毒,”参与研究的Yohei Yokobayashi教授补充说。

有了OIST研究人员的研究成果,下一步就是要了解更多关于B. bacteriovorus以及可能能够控制其行为的工具,以便有一天能够实现其完全的抗生素潜力。