科学家揭开大肠杆菌500年来的致命秘密 描绘未来的治疗之路

研究人员发现,一种特定的毒性大肠杆菌亚群 K1 的出现比之前的估计早了大约 500 年,目前导致血液感染的大肠杆菌菌株中有 25% 可以形成一种被膜。 通过使用噬菌体酶,他们成功地去除了细菌的保护性被膜,可能为非抗生素大肠杆菌治疗铺平道路。

科学家揭开大肠杆菌500年来的致命秘密 描绘未来的治疗之路

这项新工作着重于大肠杆菌的一个特定子集,该子集具有特定的被膜——包围细菌的细胞外屏障——科学家称之为 K1。 已知带有这种被膜的大肠杆菌会引起侵入性疾病,例如血液或肾脏感染,以及新生儿脑膜炎。 这是因为这种特殊的覆盖物使它们能够模仿已经存在于人体组织中的分子,并在不被注意的情况下进入人体。

研究人员提供的证据表明,靶向被膜可以作为治疗的基础,为预防严重的大肠杆菌感染铺平道路。

大肠杆菌是尿路和血液感染的常见原因,可引起早产儿和足月新生儿脑膜炎,死亡率高达 40%。此外,在过去十年中,高毒性和多重耐药性大肠杆菌的增加意味着制定有效的预防和治疗大肠杆菌的策略现在已变得紧迫。 了解细菌的解剖结构以及它如何在引起疾病中发挥作用是预防严重感染的关键。 到目前为止,科学家们缺乏关于 K1 被膜的流行、进化和功能特性的基本知识,限制了他们对抗大肠杆菌感染的能力。

威康桑格研究所、奥斯陆大学、伦敦帝国理工学院和伦敦大学学院的研究人员现已绘制出这种大肠杆菌菌株的进化、流行和分布图。 使用高分辨率群体基因组学、全基因组测序和先进的计算工具,他们分析了来自不同国家和时间段的 5065 个临床样本。 这些数据包括来自英国和挪威的大量样本,来自巴西、墨西哥和老挝等六个国家的新生成的成人和新生儿样本,以及从 1932 年开始的前抗生素时代的样本。

他们发现这种具有特殊毒性的被膜K1实际上可以追溯到更早的时代,比之前想象的要早大约 500 年。 这突出了被膜对细菌存活的重要性,以及细胞外屏障在大肠杆菌作为肠外感染的主要原因中的成功作用。

奥斯陆大学和 Wellcome Sanger 研究所这项研究的主要作者 Sergio Arredondo-Alonso 博士说: “观察几个世纪以来这种病原体物种的许多不同谱系是如何一次又一次地获得荚膜基因的行动由于既不知道 K1 的流行程度,也不知道它的历史,感觉我们进入了一个真正未知的领域,并且大大提高了对这种主要病原体物种的了解。”

该研究还表明,目前导致血液感染的所有大肠杆菌菌株中有 25% 含有开发 K1 被膜所需的遗传信息。 获得该菌株的完整进化史将使研究人员能够首先了解细菌如何获得导致严重毒力的遗传物质,并分析对抗它们的方法。

通过使用噬菌体中的酶,即“感染和杀死”细菌的病毒,研究人员能够去除细菌的细胞外屏障,使其容易受到人体免疫系统的攻击。 研究人员在使用人血清(实验室研究中常用的血液的液体部分)进行的体外研究中证明,靶向这种被膜可以成为一种在不使用抗生素的情况下广泛治疗大肠杆菌感染的方法,这与之前的实验一致。

伦敦帝国理工学院研究的资深作者 Alex McCarthy 博士说:“我们特别展示了将实验微生物学与群体基因组学和进化建模工具相结合所取得的进步,为将研究结果转化为未来的临床实践打开了一扇窗 .,K1 被膜的治疗靶向使这些病原体更容易受到我们免疫系统的攻击,并提供了预防严重感染的可能性。 例如,它可以帮助治疗由 K1 大肠杆菌引起的脑膜炎新生儿,这是一种罕见但危险的疾病,与高死亡率和严重的长期不良健康影响有关。”

来自威康桑格研究所和奥斯陆大学的这项研究的共同资深作者 Jukka Corander 教授说:“这些研究将使我们能够重建成功细菌谱系的进化史,并查明其基因构成的变化,这些变化可能导致它们传播和引起疾病的能力。这些知识最终为设计针对这些病原体的未来干预措施和疗法提供了基础。”

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