细菌之一铜绿假单胞菌

    一项最新研究发现，世界上最高产的细菌之一铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa），能够通过以前在任何传染性微生物中都未曾见过的一种机制——触觉，来折磨人类、动物甚至植物。这种独特的能力能够使铜绿假单胞菌无处不在，而且也可能让这些耐抗生素细菌易于受到一种新治疗形式的攻击。

    该研究称，假单胞菌是第一个被发现仅在附着到宿主表面后引发感染的病原体。这种机制意味着，这种细菌，不同于大多数的病原体，不依赖于任何一种宿主特有的化学信号，只是与传染时机成熟的一些生物体接触。

    然而，研究人员发现，当细菌表面一个称为PilY1的蛋白质失效时，细菌就不能感染其他生物体。这表明，一种可能的治疗方法，不是试图消灭病原体，而是靶定细菌自身用以感染的机制。

    大多数细菌、病毒和其他致病菌都依赖“味觉”，来响应与其共进化的宿主特有的化学信号。然而，假单胞菌通过它们的触觉，能够在人类、植物、动物、大量人造表面以及水和土壤中茁壮成长。它们会引发有可能致命的人类器官感染，并且是许多医院获得性疾病（例如败血症）的罪魁祸首。这种细菌在很大程度上不受抗生素的影响。

    Gitai说：“假单胞菌能够感染一切生物的能力，在以前已经知道。不知道的是，它如何能够检测出如此多种类型的宿主。这是本研究的关键部分——通过利用这种触觉，而不是味觉，假单胞菌也能识别出任何一种合适的宿主，引发感染并试图杀死它。”

    研究人员发现，，假单胞菌要引发感染必须满足两个条件：表面附着和“群体感应”。Gitai与本文第一作者、博士后研究人员Albert Siryaporn、达特茅斯学院微生物和免疫学教授George O'Toole、O'Toole实验室资深科学家Sherry Kuchma共同合作完成了这项研究，他说，研究人员专注于表面附着这条线索，因为它真正使得假单胞菌与众不同。

    为了证明细菌广泛的杀伤力，Siryaporn用细菌感染ivy单细胞，然后将变形虫导入相同的样本；假单胞菌立即发现并迅速淹没了单细胞动物。Siryaporn说：“细菌并不知道它所攻击的是什么样的宿主。它们所知道的是，它们在宿主上，所以它们准备进攻。它不能在一个宿主和另一个宿主之间加以区别。”

    然而，当Siryaporn删除细菌表面的PilY1蛋白后，细菌就失去了其感染进而杀死宿主变形虫的能力。Siryaporn说：“我们相信，这种蛋白质是表面传感器。当我们删除这个蛋白质时，细菌仍然在表面上，但是它们并不知道自己在表面上，所以它们不会引发毒性。”

    Gitai说，因为假单胞菌表面的PilY1是毒力所需的，它为开发药物治疗假单胞菌感染，提出了一个全面而易于接近的靶标。

    斯坦福大学生物工程助理教授Kerwyn Huang说，这项研究是一个重要的示范，用一种新兴的方法来治疗病原体——通过禁用而不是消灭它们。

    Huang很熟悉这项研究，但并没有参与其中，他指出：“这项工作表明，PilY1传感器是整个毒性反应的一种关键，为设计特别打乱激活毒力的机制线索的治疗方法，打开了大门。”

    Huang说：“这是一个关键的例子——我们的想法将变成未来抗病毒药和抗生素的范式，试图杀死微生物并不是应对感染的最佳策略。这项研究发现的检测机制线索的分子因素，是设计这样化合物的关键。”

    Gitai说，靶定诸如PilY1这样的蛋白质，为对抗日益严重的细菌抗生素耐药性问题，提供了一种途径。使假单胞菌中的蛋白质失效，并不能阻碍细菌繁殖的能力，只是阻碍其感染能力。

    Gitai说，当一种药物可杀死所有的靶生物体时，会产生抗生素耐药性，留下耐药性细菌。这些突变，以前占少数，以惊人的速度繁殖——大约每30分钟数量翻倍，并成为病原体的优势菌株。如果细菌感染的能力被禁用，但却没有死亡，突变的生物体就不大可能接管。

    Gitai说：“我很乐观的是，我们能够利用靶定PilY1的药物，抑制整个毒性过程，而不是逐个消灭细菌。这可能是一种全新的策略。实际上人们应该做的是，筛选能抑制毒性但保持其生长的药物。这种蛋白质提供了实现这一目标的一种可能途径。”

    Gitai说，PilY1也存在于各种宿主范围的其他细菌中，包括淋球菌或大细菌菌属伯克氏菌，这两种菌分别引起人类淋病，连同假单胞菌一起，是导致囊性纤维化患者肺部感染的主要原因。可能PilY1在检测这些细菌表面和触发感染的过程中发挥类似的作用，从而可能是一个治疗靶标。

    哈佛大学医学院遗传学教授Frederick Ausubel称，该研究可能有助于解释条件致病菌如何能够感染多种类型的宿主。Ausubel没有参与这项研究，但他指出，最近的研究发现了很多关于细菌如何启动一种感染的见解，特别是通过群体感应和化学信号，但是在一系列不相关宿主中这一切是如何完成的，仍然没有答案。

    Ausubel说：“广泛范围的病原菌，如假单胞菌，能够仅仅依靠化学线索，来警惕是否有合适的宿主存在。”

    他说：“假单胞菌会利用表面附着作为其中一个主要输入信号来触发毒力，这合情合理，尤其是如果信号附着到一般表面，而不是一个特定的表面。可能有一种优势，仅在附着到宿主细胞上后才触发毒力，当然也有可能是，其他宿主范围的机会致病菌利用一种类似的策略。”