SMART研究人员发现了新型细菌通讯系统来对抗抗菌素耐药性

新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟抗菌素耐药性 (AMR) 跨学科研究小组 (IRG) 的研究人员 麻省理工学院位于新加坡的研究企业 SMART(SMART)与新加坡环境生命科学工程中心 (SCELSE)、新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore) 和麻省理工学院 (MIT) 合作，发现了一种新的压力信号系统，使细菌细胞能够适应并保护自己免受免疫系统和某些抗生素的侵害。人们观察到一种名为 RlmN 的酶可以直接感知化学和环境压力，并快速发出信号以产生其他蛋白质，从而使细菌细胞能够适应和生存。RlmN 作为压力传感器的这一突破性发现揭示了一种新的抗菌素耐药性机制，可作为药物开发的目标。

所有活细胞都有传感器来检测由细胞应激或新陈代谢引起的环境变化，例如活性氧 (ROS) 或自由基。根据众所周知的分子生物学中心法则，这是通过包含转录和翻译的两步系统来实现的。这意味着基因被转录成信使 RNA (mRNA)，随后通过转移 RNA (tRNA) 在核糖体上翻译，产生蛋白质——细胞的功能构件。

SMART AMR 对 RlmN 系统的发现表明细胞拥有更快的细胞反应机制。这个捷径是传感器系统和翻译机器之间直接连接以生成对抗 ROS 的蛋白质的第一个例子。

在科学杂志《自然通讯》上发表了题为“一种RNA修饰酶直接感知粪肠球菌翻译调节的活性氧”的 论文。研究人员记录了他们发现 RlmN 作为粪肠球菌 ( E. faecalis) ROS 的压力传感器 )——人类肠道中发现的一种常见细菌，可引起多种感染，其中导管相关的尿路感染最为常见。他们发现，当 RlmN 在与 ROS 接触时受到抑制时，会导致耐药蛋白的选择性产生，以及与细菌对应激反应期间已知发生的抗菌素耐药性相关的其他途径的选择性产生。因此，RlmN 抑制代表了细菌耐药性和免疫逃避的信号机制，因为 ROS 是由某些抗生素和人类免疫细胞诱导的。

这一发现是利用 SMART 和 MIT 开发的复杂质谱技术来同时识别细菌中所有 50 种不同的核糖核酸 (RNA) 修饰而得出的。这种方法使他们能够观察细胞行为的变化或模式突变，而这些变化在单独研究时是无法检测到的。

使用这种工具，研究人员将 粪肠球菌 细胞暴露于低剂量、无毒剂量的各种抗生素和免疫系统产生的有毒化学物质中。他们发现 50 种修饰中只有一种发生了变化——一种名为 2-甲基腺苷 (m2A) 的化学物质减少了。由于已知这种修饰是由 RlmN 在其他研究更深入的细菌中进行的，SMART AMR 研究人员证明粪肠球菌中也存在这种情况，并继续 展示它如何被 ROS 灭活。

“这是第一次发现 ROS 和 RlmN 之间的直接联系，这可能是开发细菌感染新疗法的一个进步。通过了解 RlmN 的工作原理以及细菌对压力做出反应的不同方式，我们可以发现依赖类似机制的其他压力传感器。” SMART AMR 联合首席研究员、麻省理工学院教授 、该论文的共同通讯作者 Peter Dedon 教授说。

“细菌的适应性非常强，可以进化到抵抗旨在杀死它们的药物。这种日益增长的耐药性是一种无声的流行病，对公共健康构成全球威胁，因为它降低了现有抗生素的功效并增加了感染死亡率。因此，了解细菌用来适应压力源的机制有助于研究人员开发新的疗法来对抗抗菌素耐药性。展望未来，SMART AMR 将致力于全面了解这种应激反应新机制和可能的耐药性。” SMART AMR 首席研究科学家、 该论文的第一作者 Lee Wei Lin 博士说。

由于抗击抗菌素耐药性的新颖、高效的解决方案是改善公众健康的首要任务，因此了解细菌应激生存机制是科学界向前迈出的重要一步。通过了解这些细胞适应和生存机制，研究人员可以设计出阻止适应反应并确保病原体保持对抗生素敏感性的药物。

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