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生物感应炸弹,研究人员发现超级细菌克星

发布时间:2020-02-08 06:42编辑:饮食养生浏览(199)

    摘要: 近日新加坡研究人员培育出一种经过基因改造的大肠杆菌,这种大肠杆菌能够识别并通过“自爆”方式杀灭对人体有害的绿脓杆菌。研究人员称,此研究为破解细菌耐药性问题、解决新型抗菌药物匮乏的局面带来了曙光。也许这意味着我们找到了“超级细菌”的克星。那么,这种大肠杆菌应用于临床的道路能否一帆风顺。...

    核心提示:研究人员日前培育出一种经过基因修改的大肠杆菌,这种基因工程菌能够识别并通过“自爆”的方式杀灭对人体有害的绿脓杆菌。据美国物理学家组织网8月18日报道,新加坡的研究人员日前培育出一种经过基因修改的大肠杆菌,这种基因工程菌能够识别并通过“自爆”的方式杀灭对人体有害的绿脓杆菌。相关论文8月16日在线发表在《自然·分子系统生物学》杂志上。

    专题推荐:临床快报药市动态违法广告医保动态药品价格流感疫情保健常识妇科课堂医改动态 近日新加坡研究人员培育出一种经过基因改造的大肠杆菌,这种大肠杆菌能够识别并通过“自爆”方式杀灭对人体有害的绿脓杆菌。研究人员称,此研究为破解细菌耐药性问题、解决新型抗菌药物匮乏的局面带来了曙光。也许这意味着我们找到了“超级细菌”的克星。那么,这种大肠杆菌应用于临床的道路能否一帆风顺?有了这种“生物感应炸弹”后,细菌耐药性问题是否就可以迎刃而解了? 人体内的微生物大战 辽宁日报:殷教授您好!非常高兴您能接受我们的采访。最近,一则科研人员研发“生物炸弹”杀灭有害菌的消息引起我们的关注。没想到,人体内也会存在战火纷飞的“战场”,细菌可以被研发为“生物感应炸弹”。您能为我们简要介绍一下这则科研新发现吗? 殷武:《辽宁日报》的读者大家好。新加坡研究人员的这项研究,是通过修改大肠杆菌的基因,使其能够探测到绿脓杆菌与同类进行交流时所释放出的一种独特分子信号(出现这种分子信号意味着有大量绿脓杆菌聚集在一起),这时感知到分子信号的大肠杆菌基因工程菌就会发生自爆,释放绿脓菌素,将绿脓杆菌置于死地。 辽宁日报:这个过程听起来简直和电影中的伏击情节一样。在人体中,大肠杆菌扮演什么样的角色呢? 殷武:大肠杆菌是寄生于人或动物肠道内的一类杆状样细菌的总称,一般致病性较弱。在不致病的情况下(正常状况下),人体与大肠杆菌可以认为是互利共生的关系。在致病情况下,大肠杆菌会引起多种机体炎症反应,如败血症。 在生物技术应用中,大肠杆菌作为外源基因表达的宿主,遗传背景清楚,技术操作、培养条件简单,经过减毒、改造后常作为蛋白表达载体生产外源蛋白。目前大肠杆菌是应用最广泛、最成功的基因表达体系,常做高效基因表达的首选体系。 所以它具有两面性,既可以帮助人类,有时又对人体健康产生威胁。 辽宁日报:那么绿脓杆菌在人体中则是扮演纯粹的反面角色? 殷武:是的。绿脓杆菌可以说是人体环境中地地道道的“破坏者”。 绿脓杆菌广泛分布于自然界及正常人皮肤、肠道和呼吸道,是临床上较常见的条件致病菌之一,它会引起化脓性病变。受到其感染后,脓汁和渗出液等病料呈绿色,故名绿脓杆菌。 绿脓杆菌具有较强的耐药性,近年来已成为造成医院内感染的主要细菌,有研究称住院病人在医院内获得的感染中的10%都与其相关。如果被感染者抵抗力较弱则甚至会产生致命后果。传统疗法一般是使用大量的抗生素,但没有杀灭致病菌反而殃及有益细菌的事情却经常发生。 辽宁日报:绿脓杆菌之间互相传递信号想要表达什么? 殷武:绿脓杆菌,包括其他细菌在生长时,经常会自身合成、释放一些化合物,这些化合物又称自身诱导物,当这些诱导物浓度积累至一定域值时,会通过调节细菌基因表达,调控细菌的生长。新闻中提及绿脓杆菌在生长时释放的分子是AHL3OC12HSL,是细菌用来感知自身生长密度的诱导物。收到这种信号后,细胞会调整自身相关基因的表达,从而使绿脓杆菌的生长更能适应外界环境。就如同我们去停车场时,当泊车没有空位时,电子显示屏会显现“车位已满”字样,这就防止了过多的车辆拥堵在停车场造成不便。 被人工修改过基因的大肠杆菌“感受”到这样的信号后,会发生自爆并释放出大量能够杀死绿脓杆菌的“毒药炸弹”——绿脓菌素。这种物质对绿脓杆菌具有毒性,因而起到灭菌作用。 辽宁日报:用这种方式杀死绿脓杆菌,其效果如何? 殷武:实验显示,当这两种细菌处于体外研究体系中时,经过人工改造的大肠杆菌能效果惊人地杀灭绿脓杆菌。“生物感应炸弹”可以说威力巨大。 新“武器”守株待兔 辽宁日报:我们注意到人工修改基因的大肠杆菌杀死绿脓杆菌的“终极武器”是绿脓菌素,这种具有毒性的物质是否是一把双刃剑,它在人体中出现是否同样会影响我们的健康? 殷武:就目前体外实验研究表明,该绿脓菌素可以有针对性地杀伤绿脓杆菌,但是它是否对人体有毒副作用未得到进一步证实。不过,通常细菌产生的菌素如果通过粘膜侵入人体,是会产生毒性作用的。 辽宁日报:您刚才的讲解中提及大肠杆菌同样会致病,那么它们是否会和绿脓菌素一样有毒副作用呢? 殷武:大家知道,人体是一个非常复杂的系统,使用各种治疗方案,最先考虑的就应该是安全性问题。如同刚才提到的绿脓菌素可能对人体产生毒性作用一样,使用“生物感应炸弹”方法杀死绿脓杆菌,病人需要服用大肠杆菌工程菌,这种工程菌本身同样具有潜在的毒性,这种毒性作用可能来自于大肠杆菌本身,或者是其携带的外源性的绿脓杆菌毒素等等,它们会不会引起机体免疫反应或引发更严重的炎症反应等是必须首先考虑的安全问题。 辽宁日报:看来“生物感应炸弹”的设计制造一点也不比真实的炸弹简单。除此之外,“生物感应炸弹”杀菌方法应用于人体治疗中时还会遇到哪些实际困难? 殷武:细菌中存在两类遗传物质,一类是细菌自身染色体DNA,另一类是与细菌共生的环状质粒DNA。在体外实验中,我们可以在培养基中加入适量的抗生素抑制质粒丢失菌的生长,降低工程菌中质粒的不稳定因素,从而保证工程菌的功能。而在人体环境中,DNΑ的缺失、插入和重排以及细胞分裂过程中发生的质粒不平均的分配都会造成质粒载体结构不稳定,所以通常含有外源基因的大肠杆菌会表现出遗传不太稳定、外源质粒丢失情况。因而,经过改造后的大肠杆菌是否能稳定地接受绿脓杆菌释放的自身诱导物信号,从而稳定释放绿脓菌素是需要解决的问题。 近年来,针对已经明确的病灶部位,设计相应的治疗药物,使药物进入人体内选择性地杀死致病细胞而不会波及周围的正常组织细胞的靶向治疗方法,随着分子生物学技术的发展已经进入了一个全新的时代。在这种治疗方法下,如何采用合适的药物剂型令这些治疗性大肠杆菌保持活力,像“生物导弹”一样发挥“指哪打哪”的靶向作用,使“生物导弹”与“生物感应炸弹”相结合直击病灶,而不是系统性地分布,也是一个重要问题。 辽宁日报:假设“生物感应炸弹”能够克服上述困难,那么它的杀菌效果能够达到100%吗? 殷武:虽然这种基因工程菌在实验中表现良好,但仍然存有缺憾。研究人员称,目前这种经过修改的大肠杆菌还无法主动寻找目标,在自爆前它们只能守株待兔地坐等致病菌路过。研究人员希望能找到其他类似的细菌来替代大肠杆菌,如果能实现对目标的主动追踪,这种方法的杀灭率也许会达到100%。 有望攻克细菌耐药性 辽宁日报:近年来由于抗生素的滥用,细菌的耐药性不断增强,甚至产生了对所有抗生素都具有耐药性的“超级细菌”,原先的抗菌药物已经越来越无法起到杀灭作用。那么这种“生物感应炸弹”杀菌方法是否能够克服这个问题呢? 殷武:耐药性是抗生素治疗感染常见的问题,一般耐药性的产生原因多是因为抗生素通过对细菌的选择性压力,使细菌自身产生某种分解或降低抗生素作用的机制,如产生青霉素水解酶(一种能够使抗生素失去活性的酶)或使细菌表面生成药物转运泵(能有选择性将抗生素排出细菌),从而使细菌免受抗生素破坏。 这种杀菌机制与常见的抗生素作用机制不同,主要依赖细菌自身调控机制发挥作用,这确实为解决新型抗菌药物匮乏的局面带来了曙光,但是这种方法还没有在人或者动物病理模型上得到验证,所以该治疗方法是否会在人或动物体内也产生耐药性还需要进一步研究。 在过去10年中真正投放到市场上的抗菌药物很少。这种青黄不接的局面让不少人深感担忧。我们希望“生物感应炸弹”能是彻底解决细菌耐药性问题的一剂“良药”。 辽宁日报:这种生物炸弹可以推广到杀死其他细菌方面吗?如果这种“生物感应炸弹”方法奏效,那么它会对治愈人类的哪些疾病有所帮助? 殷武:理论上讲是可以的。这种方法对感染性疾病或其他病原体(能引发疾病的微生物和寄生虫。包括病毒、细菌、螺旋体、真菌、原虫和蠕虫等)引起的疾病,应该说都是有帮助的。 辽宁日报:“生物感应炸弹”投入批量生产、实现临床治疗还有多长的路要走呢? 殷武:现在能真正用于临床疾病治疗的大肠杆菌工程菌很少,目前国际上有不少正在尝试用工程菌治疗肿瘤等疾病,但多停留于临床研究阶段,真正产业化用于临床治疗的路可能还比较长。 辽宁日报:感谢殷教授的精彩讲解。让我们期待这种治疗方法尽快在技术上达到成熟,与不断完善的分子生物学其他环节紧密结合,克服弊端、突出优势,最终造福人类。(记者王亮) 专家档案 殷武南京大学生命科学学院教授、博士生导师,教育部新世纪优秀人才,江苏省生物化学与分子生物学学会理事,中国药理学会“施维雅”青年药理学工作者奖获得者,中国科协青年科学家论坛执行主席。研究方向:分子药理学、细胞生物学、生物化学与分子生物学。医学百科App—医学基础知识学习工具

    绿脓杆菌是一种常见细菌,一般寄生在消化道或呼吸系统,具有较强的耐药性,近年来已成为医院内感染的主要细菌,有研究称10%的院内感染都与其相关,如果被感染者抵抗力较弱甚至会产生致命后果。传统疗法一般是使用大量的抗生素,但没有杀灭致病菌却殃及有益细菌的事情经常发生。

    为了解决这一问题,新加坡南洋理工大学的科学家阙路宝(Chueh LooPoh)和马修·沃克·张(Matthew WookChang)对大肠杆菌的DNA进行了修改,使其能够探测到绿脓杆菌与同类进行交流时所释放出的一种独特分子信号LasR。这种分子信号的出现意味着有大量绿脓杆菌的聚集。此时,经过修改的大肠杆菌就如同一颗“生物感应炸弹”一样会发生自爆并释放出大量的绿脓菌素。这种物质对绿脓杆菌具有毒性,因而起到将其杀灭的作用。实验显示,当这两种细菌处于单独的环境中时,经过人工修改的大肠杆菌能杀灭99%的绿脓杆菌。

    研究人员称,该研究的一个重要意义是,为解决新型抗菌药物匮乏的局面带来了曙光。由于抗生素的滥用,细菌的耐药性不断增强,原先的抗菌药物已经越来越无法起到杀灭作用。但新药研发周期较长,对抗菌药物而言,在过去10年中真正投放到市场上的只有两种。这种青黄不接的局面让不少人深感担忧。

    虽然这种基因工程菌在实验中表现良好,但仍然存有缺憾。研究人员称,目前这种经过修改的大肠杆菌还无法主动寻找目标,在自爆前它们只能守株待兔地坐等致病菌路过。他们希望能找到其他类似的细菌来替代大肠杆菌,如果能实现对目标的主动追踪,这种方法的杀灭率极有可能达到100%。

    下一步,研究人员将进行小鼠实验以测试这种疗法的有效性,并确定这种疗法对哺乳动物是否有副作用。

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