【研究新知】科學家發現細菌躲避抗生素的全新方法

2024年11月28日發表在《Nature Communications》(自然通訊)期刊的一篇論文,首度發現細菌在接觸經常使用的抗生素時,會透過修改自己的核醣體來產生抗藥性,逃避抗生素的攻擊,造成更大危害。

抗生素濫用是導致全球多種抗藥性細菌、黴菌,或所謂「超級細菌」流行的主要原因。一旦如此,醫師將幾乎沒有有效的武器可用,進而危及病患生命,這也一直是近年來全球公共衛生的重大挑戰。

自1990年以來,保守估計全球每年至少有一百萬人死於多重抗藥性細菌感染,如果未能妥善解決,預估到2050年,每年至少有一千萬人因此而死亡,超過死於癌症的820萬人,此外還將造成難以估計的經濟損失。

/

西班牙巴塞隆納基因組調控中心,以大腸桿菌研究細菌全新抗藥機制

這顯然是個全球性的迫切危機,位於西班牙的巴塞隆納基因組調控中心(the Centre for Genomic Regulation, CRG)因而投入大量人力物力,全力研究此一問題,他們選用的是大腸桿菌。

大腸桿菌(Escherichia coli )是一種相當常見的細菌,大部分人類腸道中屬於非致病性大腸桿菌,但自然界中有少部分是會引起嚴重感染的致病性大腸桿菌。研究團隊把大腸桿菌暴露在Streptomycin(鏈黴素)和 Kasugamycin(嘉賜黴素)這兩種治療細菌感染的抗生素中。

Streptomycin是個非常古老的抗生素。1940年代以來,就一直是治療結核病和其他感染疾病的主要選擇之一;至於Kasugamycin則較少為人知,但這種從日本奈良土壤中發現的抗生素,在防治稻熱病等農作物細菌性疾病上扮演重要角色。

這兩種抗生素,都是以細菌的核醣體(ribosomes)為對象,破壞細菌製造新蛋白質的能力。核醣體的RNA通常以化學標籤進行修飾,這些微妙的變化會改變核醣體的形狀和功能,並可能改變藥物標靶的結合位點。細菌就是利用這些標籤來微調蛋白質的產生,出現全新型態的抗生素抗藥性機制

/

細菌可能會透過核醣體改變結構的機制,躲避抗生素

這篇論文的第一作者,巴塞隆納基因組調控中心博士生Anna Delgado-Tejedor,在該中心發布的說明中表示:她們認為細菌的核醣體,可能會透過改變其結構的機制,阻止抗生素與它的有效結合,進而躲過獵殺

細菌通常以兩種不同方式產生針對抗生素的抗藥性,最常見的是DNA突變,另一種則是主動把抗生素或藥物擠到細胞外,以便將細胞內的抗生素或藥物的濃度降到不再對它們有害的程度。

Anna Delgado-Tejedor指出,她們這項研究發現大腸桿菌正以驚人的精確度和即時性,改變它自己的分子結構,證明這是另外一種隱密且微妙的躲過風險方式,也是細菌全新的生存策略。

她們採用的是奈米孔定序(nanopore sequencing)這種先進技術。和傳統以消除化學修飾方式來處理RNA分子的技術不同,這種全新技術可以直接讀取RNA分子結構,以便在自然環境中看到修飾的原始面目。

Anna Delgado-Tejedor樂觀認為,今後如果能更深入研究並理解細菌為何會脫落這些修飾的機制,我們就可以制定出新的策略。從一開始就不讓這些修飾脫落,或是研發出能更有效並改變核醣體結合的新抗生素或藥物,那將會是個很具突破性的發展。

/

世界抗生素注目週,呼籲醫療機構持續加強對抗生素的管理

世界衛生組織(WHO)把每年11月18日到24日訂為「世界抗生素注目週」,強調「健康一體」(One Health)的概念,也就是多重抗藥性細菌不僅危及全球健康,衝擊社會及經濟,也明顯影響人類健康以及食物供應和環境。

2024年WHO以「教育、倡導、立即行動」為活動主軸,呼籲醫療機構持續加強對抗生素管理以及感染管控的努力,更強調防止多重抗藥性細菌感染需跨界攜手立即行動,才能化解全球危機。

/

  • 關鍵字:細菌、抗生素、抗藥性、核醣體、奈米孔定序、大腸桿菌

Ref. : https://www.nature.com/articles/s41467-024-54368-x