雷氧科技连线:增加氧的摄入可以唤醒休眠的体内细菌使抗生素更好发挥作用
2018-12-26

        近日一篇刊登在《科学日刊》的研究结果表明:细菌耐药性不仅是通过适应抗生素而产生的, 一些细菌会通过让自己进入睡眠状态来抵御抗生素的杀伤,由多国进行合作的国际研究小组在研究攻击细菌休眠能力化合物的过程中,第一次发现了对氧敏感的细菌毒素与抗毒素系统。

宾州化学工程教授、生物技术联席主席托马斯·伍德说: "抗生素只有在细菌积极生长和分裂的情况下才能杀死它们。但是, 环境压力因素往往会打开一种细菌毒素机制,使其处于休眠状态来对抗生素产生抗药性"。

形成生物被膜的细菌往往很难杀死,它们可以对环境信号做出反应后产生一种毒素, 使它们处于休眠状态,而目前抗生素还无法消灭休眠中的细菌。

一种生活在胃肠消化道中的细菌利用这种休眠作用机制,完美的抵抗了抗生素。由肝脏分泌并储存在胆囊中的胆汁, 当其释放到消化道中时, 可以杀死细菌。但即使在胆汁存在的情况下, 这些细菌也能产生一种自毒素的蛋白质使细菌处于休眠状态。当胆汁消失后, 细菌产生另一种蛋白来破坏抑制剂蛋白使细菌再次复活。这些抗毒素系统是细菌天生的特质, 有助于保护它们免受各种外部的环境侵扰。

伍德和他的同事们首次对生物被膜中的抗毒素系统进行了阐述,并在《自然通讯》杂志上刊登了研究报告,同时这也是已知的首次发布系统带有氧气依赖性的研究。

细菌休眠特征的发现是由西班牙巴塞罗那大学的生物分子核磁共振实验室研究人员在分子和原子水平上进行的。在研究中他们发现, 大肠杆菌抗毒结构的通道大小可以使氧气通过,在这个系统中的毒素是Hha, 抗毒素是TomB。然而, 与其它总是成对出现的毒素与抗毒素对不同的是, 这种毒素使细胞处于休眠状态, 抗毒素通过结合毒素使其失去活性, 该系统需要抗毒素在有氧环境下氧化毒素并唤醒细菌。

"如果我们从分子或原子的结构生物学机理水平来深入理解毒素与抗毒素系统, 我们就能制造出更好的抗菌产品。" 伍德说,"我认为毒素与抗毒素系统是所有细菌生理的基础。我们希望这将帮助我们深入理解细菌是如何在抗生素中存活的机理"。

自由游动的细菌通常很容易成为抗体或抗生素的目标, 但形成生物被膜的细菌则很难被抗生素杀死。在结核病中, 细菌有多达88种不同的毒素选择来对环境压力做出反应。伍德认为, 这也是结核病患者需要服用抗生素数月甚至数年才能把体内所有细菌清除的原因之一。生物被膜与80% 的人类感染相关, 是使抗生素耐药问题的如此紧迫的重要因素之一。

幸运的是,研究人员发现, 只需增加10%的额外氧气就足以唤醒细菌微生物膜边缘的休眠细菌,从而促使微生物膜分解,失去抗生素耐药保护膜。

科研团队的负责人称,深入理解细菌毒素抗毒素系统在分子或原则层面的结构生物学机理,有助于开发更高效的抗生素。膜边缘的细菌很容易暴露在氧气中, 但膜内更远的细菌可能不会与氧气接触。大肠杆菌生物被膜中的通道使氧气能够渗透到生物膜中, 唤醒细菌, 分解生物膜并将其打散。因此,研究人员给出建议, 与氧相关的生物毒素可能成为抗菌治疗的研究目标, 以抑制生物被膜的形成。换句话说,额外的氧气供应可以唤醒休眠细菌,促使其对药物抗生素保持敏感性,有效发挥抗生素的作用。

世界各地越来越多的科学家发现人体氧的摄入对抗生素药物杀菌和自身免疫杀菌起着非常关键的作用。给身体补充更多的氧,或进行一些对身体没有副作用的健康氧疗,尽量多的给身体提供氧有利于控制病原体的滋生病、增加自身免疫系统的抗病毒能力。

除了良好的天然有氧环境外,一些独特的氧疗方式也受到了不少推崇,如雷氧负氧离子水氧疗、高压氧疗法,这些氧疗方法在医疗健康领域有着广阔的发展空间。此次氧医学研究由欧盟第七研发框架计划(FP7)提供全额资助,意大利结构生物学科研人员领导、欧盟多个成员国跨学科科技人员组成的欧洲BIO-NMR科研团队共同合作。

雷氧科技援引:Science Daily

Materials provided by Penn State. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

1.     Oriol Marimon, João M. C. Teixeira, Tiago N. Cordeiro, Valerie W. C. Soo, Thammajun L. Wood, Maxim Mayzel, Irene Amata, Jesús García, Ainara Morera, Marina Gay, Marta Vilaseca, Vladislav Yu Orekhov, Thomas K. Wood, Miquel Pons. An oxygen-sensitive toxin–antitoxin system. Nature Communications, 2016; 7: 13634 DOI: 10.1038/ncomms13634

 


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