研究人员揭示如何利用细菌的自毁能力来对抗抗生素耐药性

时间：2024/02/14　　点击量：

　　西奈山伊坎医学院的科学家们发现了一种控制细菌感染的新方法。2月6日在线出版的《自然-结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）杂志介绍了这一研究成果。

　　研究小组找到了一种开启重要细菌防御机制的方法，以对抗和控制细菌感染。这种防御系统被称为基于环状寡核苷酸的抗噬菌体信号系统（CBASS），是某些细菌用来保护自己免受病毒攻击的一种天然机制。细菌通过自毁来防止病毒扩散到种群中的其他细菌细胞。

　　共同第一作者抗咬性、伊坎山西奈医院药理学教授 Aneel Aggarwal 博士说：我们想观察细菌自毁系统 CBASS 是如何被激活的，以及是否可以利用它来限制细菌感染。这是解决细菌感染问题的一种新方法，细菌感染是医院和其他环境中的一个重大问题。找到对抗抗生素耐药性的新工具至关重要。在抗击超级细菌的战争中，我们需要不断创新，扩大我们的工具包，以应对不断发展的耐药性。

　　根据美国疾病控制和预防中心2019年的一份报告，美国每年发生超过 280 万例抗菌药物耐药性感染，超过 3.5 万人因此死亡。

　　伊坎西奈山医院的研究人员揭示了如何利用细菌的自我杀伤活性来对抗抗生素耐药性。上图：CBASS Cap5 蛋白四聚体（青色所示）与环状二核苷酸（橙色所示）结合后形成的三维结构，用于破坏细菌自身的 DNA（模型，红色所示）。DNA 分裂所需的镁离子显示为绿色。图片来源：Rechkoblit 等人，《自然-结构与分子生物学

　　作为实验的一部分，研究人员通过结构分析以及各种生物物理绞刀、生物化学和细胞测定，研究了Cap5（即 CBASS-associated protein 5）如何被激活以降解DNA，以及如何利用它来控制细菌感染。Cap5 是一种关键蛋白质，它被环状核苷酸（小信号分子）激活，从而破坏细菌细胞自身的 DNA。

　　在我们的研究中，我们首先确定了许多环状核苷酸中哪些能激活 CBASS 系统的效应器 Cap5，共同第一作者、伊坎西奈山大学药理学助理教授 Olga Rechkoblit 博士说无声链。弄清这一点后，我们仔细研究了 Cap5 与这些小信号分子结合时的结构。然后，在伊坎西奈山医院研究员 Daniela Sciaky 博士的专业帮助下，我们证明了通过将这些特殊分子添加到细菌的环境中，这些分子有可能被用来消灭细菌。

　　研究人员发现，用环状核苷酸确定 Cap5 的结构是一项技术挑战，需要布鲁克海文国家实验室 AMX 光束线科学家 Dale F. Kreitler 博士的专业帮助。通过在同一设施使用微聚焦同步加速器 X 射线辐射滑雪用具，研究人员完成了这项工作。微聚焦同步加速器 X 射线辐射是一种 X 射线辐射，它不仅是利用特定类型的粒子加速器（同步加速器）产生的，而且还被仔细地集中或聚焦在一个微小的区域，以便进行更详细的成像或分析。

　　接下来，研究人员将探索他们的发现如何适用于其他类型的细菌，并评估他们的方法是否可用于控制由各种有害细菌引起的感染。