科研動(dòng)態(tài)

近日，揚(yáng)州大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院王志強(qiáng)教授研究團(tuán)隊(duì)在中國(guó)科協(xié)和美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)AAAS共同創(chuàng)辦的TOP期刊《Research》發(fā)表了題為“A dietary source of high level of fluoroquinolone tolerance in mcr-carrying Gram-negative bacteria”的研究論文。研究發(fā)現(xiàn)，食品添加劑山梨酸鉀可在攜帶mcr的細(xì)菌中誘導(dǎo)高水平的氟喹諾酮類藥物耐受，而外源回補(bǔ)琥珀酸可逆轉(zhuǎn)該過程，為理解和解決抗生素耐受性問題提供了科學(xué)依據(jù)。

抗生素的過度使用導(dǎo)致了全球抗生素耐藥性危機(jī)，嚴(yán)重威脅人類和動(dòng)物健康。mcr是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的多粘菌素耐藥新基因，在動(dòng)物和人之間廣泛傳播。除抗生素耐藥性外，另一種常見的細(xì)菌對(duì)抗抗菌藥物殺傷的策略是耐受性。抗生素耐受性是指細(xì)菌暴露于抗生素后存活更長(zhǎng)時(shí)間的能力，是臨床慢性和反復(fù)感染的主要原因之一。由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)的定量指標(biāo)，抗生素耐受性在臨床實(shí)踐中經(jīng)常被忽視，對(duì)人和動(dòng)物健康產(chǎn)生構(gòu)成重大威脅。然而，目前對(duì)抗生素耐受性形成的原因和潛在的分子機(jī)制仍知之甚少。山梨酸鉀是國(guó)際糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織推薦的高效低毒防腐劑，廣泛應(yīng)用于食品、飲料和動(dòng)物飼料中，也是目前國(guó)際上公認(rèn)的最安全的食品化學(xué)防腐劑之一，但其對(duì)抗生素有效性的影響目前尚不清楚。

本研究發(fā)現(xiàn)山梨酸鉀特異性減弱了氟喹諾酮類抗生素對(duì)攜帶mcr基因的革蘭陰性菌的殺菌活性。TD test和全基因組測(cè)序結(jié)果表明，山梨酸鉀并沒有誘導(dǎo)產(chǎn)生可遺傳的耐藥性突變。MDK₉₉ (殺死99%的細(xì)菌群體所需的最短時(shí)間)測(cè)定進(jìn)一步確定山梨酸鉀誘導(dǎo)了耐受性而非持留性形成。RNA測(cè)序分析表明，山梨酸鉀顯著改變了mcr陽(yáng)性菌的碳水化合物代謝和能量代謝。進(jìn)一步研究表明，山梨酸鉀通過抑制細(xì)菌有氧呼吸來(lái)削弱細(xì)菌代謝，并通過耗散細(xì)菌PMF來(lái)減少ATP的產(chǎn)生，從而降低了環(huán)丙沙星殺菌活性。分子機(jī)制研究表明，山梨酸鉀會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)三羧酸循環(huán)的中間體富馬酸的積累，從而激活細(xì)菌雙組分系統(tǒng)，降低外膜蛋白OmpF的表達(dá)和減少抗生素的胞內(nèi)積累，而補(bǔ)充琥珀酸鹽可以有效逆轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象。與此同時(shí)，富馬酸抑制了細(xì)菌代謝，減少胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，并通過SOS反應(yīng)抑制了環(huán)丙沙星引起的DNA損傷，從而降低了抗生素的活性。在多種動(dòng)物感染模型中同樣發(fā)現(xiàn)，山梨酸鉀的提前飼喂會(huì)顯著降低環(huán)丙沙星治療的體內(nèi)有效性，導(dǎo)致抗感染治療的失敗。

綜上，該研究報(bào)道了一種新的食源性因素誘導(dǎo)的抗生素耐受性。揭示了在復(fù)雜的臨床環(huán)境中，由山梨酸鉀誘導(dǎo)的對(duì)黏菌素耐藥且對(duì)氟喹諾酮類耐受細(xì)菌出現(xiàn)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為抗生素耐受性的形成和控制提供了全新的見解。

課題組碩士研究生徐天祺為第一作者，劉源教授和王志強(qiáng)教授為共同通訊作者，揚(yáng)州大學(xué)為論文唯一單位。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。