新发现的细菌调节机制对抗菌控制措施有启示

印第安纳大学布卢明顿分校文理学院的四位生物学家领导的研究发现了一种新的调节机制，这种机制与许多细菌共享，这可能对医疗和农业环境中的抗菌控制措施产生深远影响

此外，这种新的调节机制在生物粘合剂的生产中也具有重大的商业潜力，生物粘合剂是石油基合成粘合剂的无毒生物替代品，在医学和其他敏感应用中具有多种用途

发表在《美国国家科学院院刊》上的这项题为“根癌农杆菌蝶呤结合周质蛋白在不同变形杆菌中保守对生物膜形成的控制”的研究考察了生物膜，生物膜是自然界中普遍存在的细菌群落，聚集在有机和无机表面。值得注意的是，生物膜是人类、动物和植物持续感染的常见原因

文理学院生物学系的博士后科学家Jennifer Greenwich是这项研究的主要作者，这项研究是在研究合著者克莱德·卡尔伯森生物学教授Clay Fuqua的实验室进行的。其他合著者包括国际大学校友Nathan Feirer，2017年微生物学博士，私营部门的研究科学家，以及现就职于威斯康星大学麦迪逊分校的Justin Eagle（生物学学士，2016）

富夸教授说：“这项研究植根于对细菌生物膜的兴趣，细菌生物膜不仅仅是其各部分的总和，而且具有新出现的特性，如对抗生素的耐药性增加。”

“细菌生物膜的‘水平基因转移’率也更高，这会导致基因在细菌中传播，包括抗生素耐药性基因，从而推动致病病原体的进化。”

生物膜在医院和手术环境中特别普遍。例如，许多接受人工关节置换术或长期使用导管的患者经常出现抗生素耐药性细菌生物膜感染

Greenwich，Fuqua和合著者研究了一种名为根癌土壤杆菌的模式细菌，它是一种植物病原体。此前进行了多年的研究，已经阐明了生物膜形成和表面附着在该系统中的机制

Fuqua说：“我们知道有一种叫做UPP的‘胶水’，或称单极多糖，产生于杆状细胞的一端，其作用是将细菌粘附在非生物材料或宿主组织等未电离表面，形成生物膜。

”UPP胶水的细菌产生受到细胞内一种称为c-di-GMP的自我产生信号分子的高度调节，这种信号分子对许多不同的细菌都很常见，可以刺激生物膜的形成。简单地说，高水平的内部信号c-di-GMP分子促进生物膜的形成和附着在表面，而低水平则抑制了这些过程。“

重要的是，这种内部信号在大量不同的细菌中很常见，几乎总是调节生物膜的形成以及细菌如何附着在宿主上形成生物膜。

在他们的研究中，Greenwich、Fuqua和他们的同事发现，农杆菌中这种内部信号c-di-GMP的产生受到细胞外第二个外部信号的调节。这种外部信号是一种称为蝶呤的生物分子，蝶呤是一类化合物，具有多种生物学作用，包括人类和动物的新陈代谢，并在生活的各个领域产生。

”蝶呤由动物、植物、真菌等合成。Fuqua说：“因此，‘蝶呤依赖性信号传导’可能是宿主与细菌之间和/或细菌与其他细菌之间化学通讯的一种新形式。对这种调节回路的机制性见解可能会导致抗生物膜治疗的新进展。“

Greenwich，Fuqua和他们的合著者描述了排泄的蝶呤是如何通过细菌细胞外周的受体与细胞相互作用来识别的。蝶呤受体相互作用调节第二种横跨细菌膜的蛋白质。反过来，细菌细胞内部的膜蛋白部分可以驱动内部信号的产生和降解，从而控制生物膜的形成。

”Fuqua说，“一个令人兴奋的发现是，我们发现了许多细菌共有的新的调节机制。事实证明，这种蝶呤反应和控制系统不是农杆菌独有的，而是在一个名为变形杆菌的大群体中发现的。”ia，包括克雷伯氏菌、弧菌和假单胞菌等人类病原体，以及许多其他广泛影响人类、动物和植物健康的病原体。“

此外，由于细菌和其他生物会排泄蝶呤，这可能会为科学界提供关于细菌如何在其环境中收集其他生物的信息，以及稳定或破坏蝶呤分子稳定的环境条件的见解。

”从应用的意义上讲，了解这些机制和所有这些特性，不仅对我们如何治疗疾病，而且对我们如何利用微生物做积极的事情都有重大影响，”Fuqua说。

科学家可以使用控制途径来调节胶水的生产，在不久的将来，我们可能能够生产出这种胶水，用作生物相容、无毒的粘合剂。p