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近日，Nature 上報道了一篇文章，揭示為了對付抗生素，細菌竟上演“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菌策略（機制）。

對于細菌來說，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對壓力的技能：要么與另一種細菌“勾搭”弄來一些特別的遺傳物質；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”，細菌也在不斷進化，它們以最大限度提高自身的適應能力，許多種類的細菌已越來越能適應抗生素的環(huán)境了。這不，科學家們又發(fā)現(xiàn)了細菌的新“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》上的一項研究中，來自美國芝加哥大學、卡內(nèi)基梅隆大學和英國倫敦大學學院領導的研究團隊通過單細胞實驗并結合理論模型，提出了通過細胞生長和形態(tài)之間的機械反饋來適應抗生素的機制。

 

具體而言，通過單細胞實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)常用模式生物新月柄桿菌（Caulobacter crescentus）的細胞可以恢復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，這些細胞又將在幾代后恢復其最初的形態(tài)。新月柄桿菌是一種單細胞生物，通常存在于潮濕環(huán)境和各種類型的水中。

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

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

為了弄清楚這一點，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)基梅隆大學生物物理學家Shiladitya Banerjee說：“利用單細胞實驗和理論模型，我們證明了細胞形態(tài)的改變是一種反饋策略，使其能適應抗生素環(huán)境并讓自己生存下來。施展‘變形記’后的細菌更能克服抗生素的壓力，并恢復快速生長的狀態(tài)。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，當抗生素被清除后，細菌在幾代之后恢復到原來的直線形狀。

研究人員認為，細胞體積的增加有助于稀釋進入細菌內(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胞形態(tài)在其生長和抗生素耐藥性中的作用進行更多的分子研究。”

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來源：生物探索

在上述報道中，細菌起到了有益的作用。在實驗室中，環(huán)境中的細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。