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化敵為友？Cell雜志報(bào)道“劍走偏鋒”的抗感染治療
| 導(dǎo)讀 | 抗生素是上個(gè)世紀(jì)偉大的發(fā)明之一，但隨著抗生素的使用，細(xì)菌的耐藥性也不斷增加，甚至出現(xiàn)了越來(lái)越多的“超級(jí)細(xì)菌”，這引發(fā)了人們對(duì)于未來(lái)傳染病治療的憂慮。近日，《Cell》期刊一篇新研究給出了新的對(duì)策：日常的膳食元素或許能解決致命的細(xì)菌感染，并使細(xì)菌與宿主化敵為友。 |
《CELL》雜志8月9日發(fā)表了該論文
美國(guó)Salk研究所的研究人員近在《Cell》雜志發(fā)表了他們的新科研成果：僅僅通過給予小鼠膳食鐵補(bǔ)充劑，就可以使他們?cè)谥旅募?xì)菌感染中存活，并使這些致病細(xì)菌的毒性降低。
“抗生素是醫(yī)學(xué)上重要的發(fā)現(xiàn)之一，我們?nèi)匀恍枰^續(xù)努力開發(fā)新的抗生素，但我們也需要尋找其他治療傳染病的方法。”該論文的通訊作者Janelle Ayres教授說，“我們的工作表明，我們可以馴服細(xì)菌，約束它們的行為，實(shí)際上我們已經(jīng)促進(jìn)了一些不那么的菌株進(jìn)化。”
Ayres教授是研究微生物與其宿主之間相互作用的，她發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的證據(jù)證明，除了殺死病原體的免疫系統(tǒng)外，我們還擁有所謂的合作防御系統(tǒng)，它在宿主-微生物相互作用過程中促進(jìn)健康。例如，在2017年，她的團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)，沙門氏菌可以緩解宿主在生病時(shí)對(duì)食物的天然厭惡感，從而為細(xì)菌提供更多營(yíng)養(yǎng)，并讓宿主的感染癥狀減輕。2015年時(shí)，Ayres教授的實(shí)驗(yàn)室在小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種大腸桿菌菌株，能夠通過減少損耗來(lái)增加動(dòng)物對(duì)肺部和腸道感染的耐受性，在嚴(yán)重感染時(shí)宿主常常發(fā)生可致命的肌肉組織損耗。
而這次，Ayres教授的研究小組研究了由檸檬酸桿菌（CR）引起的小鼠自然發(fā)生的胃腸道感染，它會(huì)導(dǎo)致腹瀉，體重減輕，并且在情況下導(dǎo)致小鼠死亡。為了研究合作防御系統(tǒng)的新機(jī)制，Salk團(tuán)隊(duì)使用了一種被稱為致死劑量50（LD50）的方法，這種方法可殺死50％的宿主，而另一半的宿主存活下來(lái)。
他們使用了系統(tǒng)生物學(xué)方法，分析了感染但不發(fā)病的小鼠、感染并患病的小鼠以及未感染的健康小鼠的所基因表達(dá)情況。該分析顯示，在感染但不發(fā)病的小鼠群體中，宿主的鐵代謝增加了！
為了進(jìn)一步測(cè)試鐵代謝在感染期間促進(jìn)合作防御系統(tǒng)發(fā)生作用的機(jī)制，Ayres教授和她的合作給了一群老鼠LD100劑量的檸檬酸桿菌（理論上在這個(gè)劑量下小鼠均會(huì)死亡），并將一半的群體喂養(yǎng)正常食物，另一半喂食補(bǔ)充了鐵的食物。在14天之后，兩組均正常飲食。
到第20天時(shí)，在無(wú)鐵補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)組中，所有小鼠均死于感染。然而，在補(bǔ)鐵組中，即使在第30天，受感染的小鼠仍然全部保持著健康狀態(tài)！研究人員還驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使給動(dòng)物服用LD100劑量1000倍的病原體，通過飲食補(bǔ)鐵2周的小鼠依然可以健康地存活。
組織分析顯示，兩組受感染的小鼠具有相當(dāng)水平的細(xì)菌量，但是補(bǔ)鐵組小鼠看起來(lái)很健康，而無(wú)鐵組小鼠卻都死亡了。在進(jìn)一步的研究中， Ayres和她的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了膳食鐵抗感染的機(jī)制。
他們發(fā)現(xiàn)在飲食中補(bǔ)充鐵會(huì)導(dǎo)致小鼠胰島素抵抗的急性狀態(tài)，這減少了小鼠從腸道吸收的葡萄糖的量，同時(shí)增加了腸道中葡萄糖的量，而腸道中病原體葡萄糖代謝的增加阻止了疾病相關(guān)基因的開啟。該團(tuán)隊(duì)同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，他們可以繞過鐵，直接使用葡萄糖補(bǔ)充劑來(lái)產(chǎn)生相同的抗感染結(jié)果。
Janelle Ayres教授團(tuán)隊(duì)（后排左一為Ayres教授）
有趣的是，Ayres和她的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一年后感染了檸檬酸桿菌并且接受過兩周補(bǔ)鐵療法的小鼠仍然健康地活著，而它們的胃腸道中仍然有檸檬酸桿菌的定植。“這是非常令人興奮的，因?yàn)樗砻魑覀兓旧先趸瞬≡w菌株的致病能力。”Ayres說。
為了確定這種弱化情況的存在，研究小組對(duì)從這些小鼠中分離出的檸檬酸桿菌進(jìn)行了基因組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的基因已經(jīng)產(chǎn)生了突變，引起疾病所必需的基因失去了功能。這意味著，我們確實(shí)可以通過滿足病原體的營(yíng)養(yǎng)需求，來(lái)使病原體與宿主從對(duì)抗走向合作。
雖然她的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)膳食鐵是治療感染性腹瀉的有效方法，但Ayres教授警告說，補(bǔ)鐵治療不適用于所有的傳染病。“對(duì)一些感染，例如瘧疾來(lái)說，補(bǔ)充鐵是一種的做法，因?yàn)殍F反而會(huì)促進(jìn)寄生蟲生長(zhǎng)。”Ayres說。
該小組接下來(lái)計(jì)劃研究弱化的細(xì)菌菌株是否可以用作一種活疫苗，并且探索弱化的細(xì)菌菌株是否會(huì)恢復(fù)毒力。
責(zé)編：浮蘇
參考資料：
Scientists find that common dietary elements cure lethal infections, eliminating the need for antibiotics