葡萄球菌如何在生物環(huán)境中傳播

密歇根州立大學(xué)微生物學(xué)、遺傳學(xué)和免疫學(xué)系教授杰瑪·雷格拉說(shuō)：“好消息是，我們的鼻腔和口腔環(huán)境通常能夠抑制這些細(xì)菌。”

當(dāng)這些微生物(如金黃色葡萄球菌及其抗生素耐藥性變體MRSA)深入呼吸道或進(jìn)入心臟等其他身體部位時(shí)，就會(huì)引起嚴(yán)重甚至致命的感染。

雷格拉和她的同事們現(xiàn)在已經(jīng)證明，我們的身體會(huì)在不知不覺(jué)中創(chuàng)造出將葡萄球菌(包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌)引入這些危險(xiǎn)區(qū)域的條件。

“你知道在機(jī)場(chǎng)揮舞著操縱桿指揮飛機(jī)的人嗎?就是那樣的，”雷格拉說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)在《mBio》雜志上發(fā)表了這項(xiàng)新研究。

另一方面，該報(bào)告還提供了新的見(jiàn)解和技術(shù)，可以幫助研究人員防止自然居民擴(kuò)散到不該擴(kuò)散的地方。

“這些都是我們體內(nèi)的生物，”雷格拉說(shuō)。“這就像擁有一個(gè)你不喜歡的鄰居。我們需要學(xué)會(huì)與它們共處。”

密歇根州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌在粘膜產(chǎn)生的蛋白質(zhì)(稱(chēng)為粘蛋白)存在下更容易傳播。圖片來(lái)源：KristinJacob博士

葡萄球菌滑落

了解這些細(xì)菌如何進(jìn)入身體的不同部位是一個(gè)復(fù)雜的難題，兩個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)可以解釋這一點(diǎn)。

一是這些微生物顯然會(huì)四處移動(dòng)，使人患病。二是它們沒(méi)有很好的能力這樣做。葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌和它們的同類(lèi)缺乏諸如尾狀鞭毛之類(lèi)的附屬物，而這些附屬物可以幫助其他類(lèi)型的細(xì)菌四處移動(dòng)。

面對(duì)這兩個(gè)看似矛盾的事實(shí)，對(duì)于雷格拉的團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)新問(wèn)題。

她和她的團(tuán)隊(duì)最出名的可能是他們對(duì)土壤細(xì)菌的廣泛研究，他們已經(jīng)證明這些細(xì)菌可以吸收放射性元素。但在海軍研究辦公室的支持下，研究人員為葡萄球菌(葡萄球菌的復(fù)數(shù))以及棲息在我們鼻子、嘴巴和中耳的其他細(xì)菌的研究帶來(lái)了獨(dú)特的生態(tài)視角。

“口周環(huán)境最吸引我的一點(diǎn)是，它環(huán)境的多樣性以及在如此小的空間內(nèi)其化學(xué)成分可以發(fā)生如此大的變化，”雷格拉說(shuō)。“這對(duì)我來(lái)說(shuō)是一個(gè)新領(lǐng)域，需要付出巨大的智力努力，因?yàn)殛P(guān)于人類(lèi)相關(guān)細(xì)菌的文獻(xiàn)令人印象深刻。但我們做了我們最擅長(zhǎng)的事情：我們通過(guò)微生物生態(tài)學(xué)的視角來(lái)觀察這些微生物。”

參與該項(xiàng)目的博士生克里斯汀·雅各布(KristinJacob)和來(lái)自哥倫比亞安第斯大學(xué)的訪問(wèn)博士生圣地亞哥·埃爾南德斯-維拉米薩爾(SantiagoHernandez-Villamizar)幫助該實(shí)驗(yàn)室開(kāi)辟了進(jìn)軍這一新領(lǐng)域的道路。

研究小組首先發(fā)現(xiàn)，人體粘膜產(chǎn)生的一種名為粘蛋白的蛋白質(zhì)可以作為葡萄球菌菌落的潤(rùn)滑劑。這些粘蛋白使微生物更容易傳播，但這仍然不足以解釋它們?cè)谧顗那闆r下的傳播情況。

Villamizar博士。改編自KMJacob等人(2024)mBio.0:e01562-24。https://doi.org/10.1128/mbio.01562-24

“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)潤(rùn)滑劑充足時(shí)，菌落可以被動(dòng)擴(kuò)張，”雷格拉說(shuō)。“但要想感染，你需要的不僅僅是被動(dòng)的東西。這需要更加主動(dòng)和協(xié)調(diào)。”

通過(guò)培養(yǎng)從健康人類(lèi)志愿者身上分離出的不同種類(lèi)的葡萄球菌的不同菌株，該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地培養(yǎng)了一批具有不同基因的“參賽者”，以觀察哪些細(xì)菌可以在模擬的生物環(huán)境中主動(dòng)傳播。

他們發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，金黃色葡萄球菌和一種名為表皮葡萄球菌的細(xì)菌會(huì)勝出。當(dāng)這些細(xì)菌的菌落長(zhǎng)得足夠大時(shí)，周?chē)鷵頂D的微生物會(huì)相互發(fā)出信號(hào)，表示是時(shí)候制造自己的潤(rùn)滑劑并快速滑走。

為了深入研究，該團(tuán)隊(duì)與密歇根州立大學(xué)副教授、葡萄球菌專(zhuān)家尼爾·哈默(NealHammer)合作。該團(tuán)隊(duì)研究了某些群體感應(yīng)系統(tǒng)被停用的MRSA菌株。在此過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌產(chǎn)生的肽，這些肽也可以作為潤(rùn)滑劑來(lái)幫助細(xì)菌移動(dòng)。

粘蛋白和分泌肽的正確組合幾乎從字面上為細(xì)菌的傳播打開(kāi)了大門(mén)。

“我們的粘液表面含有化學(xué)物質(zhì)，就像為細(xì)菌鋪開(kāi)的紅地毯，讓它們進(jìn)入我們最脆弱的部位，”雷格拉說(shuō)。“突然間，細(xì)菌開(kāi)始制造自己的肽，勢(shì)不可擋。它們可以占領(lǐng)新的區(qū)域并不斷生長(zhǎng)。”

雖然這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一系列需要在提供新的治療思路之前解答的新問(wèn)題，但它也提供了新的測(cè)試和技術(shù)來(lái)幫助研究人員進(jìn)行這一探索。

雷格拉說(shuō)：“這項(xiàng)研究的臨床和治療方面將真正推動(dòng)我們?nèi)绾慰创@一現(xiàn)象。”

與此同時(shí)，雷格拉也享受著個(gè)人和職業(yè)上的成就感，因?yàn)樗膶?shí)驗(yàn)室發(fā)展到了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。她將這一成功歸功于勤奮無(wú)畏的研究生團(tuán)隊(duì)，以及慷慨合作的哈默研究員。

“我這輩子從沒(méi)想過(guò)我會(huì)和葡萄球菌打交道，”她說(shuō)。“我為我的學(xué)生感到驕傲，也感謝我的同事、現(xiàn)在的合作者尼爾·哈默的專(zhuān)業(yè)見(jiàn)解。”

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