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2019-05-10 12:16:59 医药科技87℃

  

  加州大学圣地亚哥分校生物物理学家发现抗生素耐药性如何使细菌繁殖

  2013年11月30日

  使用细菌生长的定量模型,加州大学圣地亚哥分校生物物理学家团队发现了一种奇异的方式,抗生素抗性使细菌在抗生素存在下繁殖,这是美国各地医院和疗养院日益严重的健康问题。

  两个月前,美国疾病控制和预防中心发布了一份严肃的报告,估计去年抗生素耐药细菌在美国造成了200多万例疾病和大约23,000例死亡。报告称,治疗这些感染,去年增加了200亿美元用于我们已经负担过重的医疗保健系统。

  目前,公共卫生官员采用了许多方法来限制细菌中抗生素耐药性的传播 - 例如限制抗生素在家畜中的使用,控制抗生素的处方和开发针对已经对常规药物治疗具有抗性的细菌的新药。但了解细菌如何生长和发展耐药性也可以通过允许科学家瞄准进化过程本身来帮助阻止其传播。

  “理解在抗生素存在下如何携带抗生素抗性的细菌对于预测耐药性的扩散和进化是至关重要的,”加州大学圣地亚哥分校的科学家在11月29日出版的“科学”杂志上发表的一篇文章中说。

  在他们的研究中,研究人员发现抗生素抗性基因在模型细菌大肠杆菌菌株中的表达取决于细菌菌落的生长状态和抗性机制的有效性之间的复杂关系。

  “在对药物产生完全抗性的过程中,细菌菌株通常首先获得效力非常有限的机制”。研究工作负责人,物理学和生物学教授特里哈瓦说。 “虽然已经花费了很多努力来单独阐明药物如何抑制细菌生长以及抗药机制如何中和药物的作用,但之前对于两者在耐药性发展的关键阶段如何相互作用的了解甚少。全力。“

  Hwa认为,药物和药物耐药性之间的相互作用是复杂的,因为细菌中表达的耐药程度取决于其生长状态,而生长状态又取决于药物的功效,后者取决于药物的表达。抵抗本身。对于一类常见药物,研究人员意识到这种循环关系链有效地促进了中间药物剂量的耐药性。

  预测定量模型的使用有助于指导研究人员制定关键实验来剖析这种复杂性。在他们的实验中,对具有不同程度的抗生素抗性的大肠杆菌细胞在保持不同药物剂量的精细控制环境中生长在“微流体”中。设备 - 允许研究人员操纵微量的液体,并允许他们连续观察单个细胞。 Hwa和他的团队发现了一系列药物剂量,其遗传上相同的细菌细胞表现出截然不同的行为:尽管携带抗性基因,大部分细胞停止生长,但其他细胞继续以高速率生长。这种现象称为“生长双稳态”,由研究人员的数学模型定量预测,就环境所决定的药物剂量依赖性和菌株所具有的耐药性程度而言,这是由菌株的基因组成所决定的。并且在进化过程中会发生变化。

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  “暴露这种行为可以深入了解耐药性的演变”。华说。 “通过这个模型,我们可以绘制出如何获取抗性并定量评估药物的功效。”然而,该模型仅针对一类药物和一类耐药机制建立。 Hwa认为,为病原菌种类中的所有常见药物建立此类预测模型非常重要。

  “我的希望,”他补充说,“是向制药公司和医院传达这样的信息:有一种信息量化,定量的方式来研究药物对细菌的作用以及药物在试图吸收细菌时的后果这种方法可以在临床相关环境中的药物功效的设计和评估中加入。

  Hwa说,药物和耐药性之间相互作用的原则对于理解抗生素的进化,以及其他疾病中耐药性的出现非常重要。一个突出的例子是抗药性治疗的癌症线的迅速出现,这是癌症药物疗法的大多数失败的基础。虽然在细菌和癌症中耐药性的演变之间存在明显的差异,但Hwa指出,两者之间的联系足以激励国家癌症研究所的物理科学 - 肿瘤学计划共同赞助这项研究。

  资料来源:加州大学圣地亚哥分校

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