困在你——针对细菌粘附减少抗生素的使用

斯坦福大学的研究人员已经表明,细菌参与尿路感染(UTI)依靠一种新颖的化学分子纤维素坚持膀胱细胞。

这项发现发表在《美国国家科学院学报》上,可能会导致无抗生素治疗尿路和其他感染的新方法。

抗生素的过度使用会导致阻力和影响分享我们的身体的天然细菌,微生物,研究领导者Lynette Cegelski说,斯坦福大学化学学院的副教授人文与科学。“目标疾病的方法有很多,如果你只是目标特定的细菌的毒力策略,你仍然可以防止感染,也消除了总侮辱你的微生物,”她补充道。

由植物、藻类和某些细菌,纤维素是地球上最丰富的有机聚合物。这也是最好的研究,因为它是用来生产从纸到乙醇燃料。因此惊讶当Cegelski的团队今年早些时候宣布,他们发现了一种独特的化学形态的纤维素,叫做以季戊四醇四硝酸酯(化工集团phosphoethanolamine),大肠杆菌的细菌。

发现,发表在《科学》显示,以季戊四醇四硝酸酯纤维素细菌的生物膜是一个至关重要的组件,一个虚伪的分泌物细菌对抗生素使用共享营养和保护自己和宿主的免疫系统攻击。

在新的研究中,Cegelski的小组显示,以季戊四醇四硝酸酯在尿也起着重要的作用。泌尿道感染是最常见的感染性疾病之一,在世界范围内和大肠杆菌的主要罪魁祸首之一。

“我们这里实验揭示了特定函数的纤维素具有mortar-like作用增强细菌的粘附强度与膀胱上皮细胞,”研究领导者杰拉尔德·福勒说,弗莱彻琼斯二世工程学院的教授。

帮助一个意想不到的来源

发现的结果偶遇在斯坦福的午餐事件,在富勒得知Cegelski集团正在寻求一种方法来衡量如何强烈的大肠杆菌坚持层一层隔离膀胱细胞。“哦,我可以帮助你,”福勒自愿。

几年前,福勒已经开发了一个工具,叫做Live-Cell单层流变仪(LCMR),调查隐形眼镜角膜细胞的粘附。“我们想知道细胞从你的眼睛坚持腹部的隐形眼镜脱下来,我们确实发现,他们所做的,”福勒说。

LCMR旨在将玻璃板接触到单个活细胞的薄层,然后他们之间保持恒定的压力。附加显微镜允许科学家监控细胞实验期间,和激烈的底板可以帮助保持细胞存活。

科学家们意识到,有一些调整,富勒的仪器可以实现Cegelski所想要的。“这些实验,我们改善了显微镜,以更好地可视化之间的接触细菌和膀胱细胞层测量期间,”研究论文的第一作者艾米丽曹国雄,前joint-graduate学生Cegelski和富勒的组。“这是一个重要的检查,以确保我们总是测量这些非常薄层之间的粘附力。”

让细菌生长一层也被证明是具有挑战性的,并尝试了曹国雄几个之前她是成功的。“创建统一层细菌和膀胱细胞是高度重要的获取可再生的LCMR测量,“曹国雄说。“这是特别具有挑战性来创建这些均匀层材料的不断发展,适应他们的环境。”

打破这个循环的感染

以前的研究已经指出,以季戊四醇四硝酸酯纤维素和细胞表面的纤维称为curli创建大肠杆菌生物膜的编织在一起。和curli涉及肾脏感染和败血症。“更严重的感染,这些细菌在curli,越有可能“Cegelski说。

Cegelski想了解是什么以季戊四醇四硝酸酯的相对贡献,curli细菌的粘附在感染宿主细胞以及它们如何一起工作。为了回答这些问题,她的团队设计了一系列的实验来测试curli的粘附强度和纤维素分别在一起。

在一个实验中,他们在大肠杆菌的生物膜含有纤维素和curli LCMR的顶板,然后让它接触到底板含膀胱细胞。科学家们很快剪顶板由微量水平,以及由此导致的粘合压力给他们定量测量细菌的“粘性”。

他们重复了这个实验的转基因大肠杆菌生物膜只包含纤维素,再一次的顶板只包含curli没有细菌。

他们发现,产生curli和纤维素的细菌表现出粘附强度最高,其次是curli孤独,最后纤维素。

“没有纤维素,细菌的细胞很容易打破,”福勒说。“就像一个胶纤维素真的帮助团结一切。”

这一发现表明,一种方法治疗尿路,不涉及抗生素可能是可能的。“攻击纤维素可以成为一个伟大的替代传统抗生素预防感染的细菌粘附可以帮助打破这个循环,“曹国雄说。“这种类型的治疗也避免了传统抗生素的“生死攸关的”压力导致耐药突变。”

这篇文章被转载材料所提供的斯坦福大学人文科学学院。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

参考
Phosphoethanolamine纤维素增强Curli-Mediated Uropathogenic大肠杆菌的粘附膀胱上皮细胞。Cegelski et al, PNAS 2018。