科学家控制细菌突变以保持抗生素的有效性

科学家们发现了一种控制细菌突变率的方法，为对抗抗生素耐药性的新策略铺平了道路

抗生素用于杀死有害细菌；然而，只要有一个突变，细菌就可以进化出对这种抗生素的耐药性，使常见的感染可能致命

今天发表在PLOS Biology杂志上的这项新研究使用高性能计算模拟了8000多年的细菌进化，使科学家能够预测控制突变率的机制

然后，他们在实验室条件下培养了15000多种大肠杆菌来测试他们的预测——这是如此之多，如果你把这项研究中的所有细菌都排列起来，它们将延伸86万公里，或者绕地球20多次

测试显示，生活在人口稀少社区的细菌更容易产生抗生素耐药性，这是由于一种天然存在的DNA损伤化学物质过氧化物。在细胞密度更高的拥挤环境中，细菌共同作用对过氧化物进行解毒，从而降低导致抗生素耐药性的突变可能性

这一发现可能有助于开发“抗进化药物”，通过限制细菌的突变率来保持抗生素的有效性。

曼彻斯特大学的首席研究员Rowan Green说：“抗生素耐药性对人类健康构成了生存挑战。细菌对我们用来治疗感染的抗生素药物迅速产生耐药性，而新药的开发速度不足以跟上。

“如果我们不能保持抗生素的作用，常规手术可能是生死攸关的遭遇，常见感染变得无法治疗。”

“通过了解影响突变率的环境条件，我们可以制定策略来保护抗生素的有效性。我们的研究表明，细菌突变率不是固定的，可以通过改变周围环境来操纵，这对我们对抗抗生素耐药性的旅程至关重要。”

过氧化物是一种在许多环境中发现的化学物质，是这一过程的关键。当大肠杆菌种群变得更密集时，它们会共同降低过氧化物水平，保护其DNA免受损伤并降低突变率

研究表明，无论种群规模如何，无法分解过氧化物的转基因大肠杆菌的突变率都是相同的。然而，当加入可以分解过氧化物的辅助细胞时，这些转基因大肠杆菌的突变率降低了

这项研究建立在曼彻斯特微生物进化研究（MERMan）小组之前的发现之上，该研究表明，密度较大的细菌种群的突变率较低。目前的研究揭示了这一现象背后的具体机制，强调了集体排毒在控制突变率方面的作用 More information: Rowan Green et al, Collective peroxide detoxification determines microbial mutation rate plasticity in E. coli, PLOS Biology (2024). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002711

Journal information: PLoS Biology