这种细菌携带微生物行李

蜡状芽孢杆菌 (Paenibacillus vortex) 在旅途中拥有一种巧妙的技巧来躲避抗生素。

对于有鞭毛的细菌来说,从一个环境转移到另一个环境是一场赌博。无法保证新环境会有利于生存;更有可能的是,会存在压力因素。有些可能是物理性质的,但有些可能是化学威胁。抗生素就是这样一种麻烦的来源。

抗生素在环境中普遍存在,这并非人类或农业使用所致。它们是由大量微生物物种产生的,用于保护它们的领地。这对于任何想要改变居住地或扩散并增加其生物膜的微生物物种来说都可能是灾难性的。

以蜡状芽孢杆菌 (Paenibacillus vortex) 为例。它是一种扩散性细菌,这意味着它能够在一定程度上依靠鞭毛进行移动。每小时实际移动距离约为1/5 英寸(相当于人类的约一英里半)。在几天的时间里,它们就能移动足够的距离,进入一个全新的环境。如果在该区域恰好存在抗生素,这可能意味着旅途的悲惨结局。

但该物种已经想出了一个相当巧妙的方法来在这些航行中保护自己。必要时,它会携带“行李”。更具体地说,它会携带耐抗生素细菌作为货物。正如国际研究人员团队在上周展示的那样,旅行中的安全是可以保证的。

该团队进行了所谓的货物运输测定。将等量的蜡状芽孢杆菌 (P. vortex) 和另一种物种,例如耐抗生素的大肠杆菌 (Escherichia coli) 菌株,放在含有适当抗生素的琼脂平板上。他们将细菌置于培养箱中孵育 18-25 小时,然后返回查看是否有扩散的迹象。他们还尝试了其他几种环境细菌,以确定这是否仅限于大肠杆菌,或者是否能与其他任何物种实现。

结果令人震惊。蜡状芽孢杆菌 (P. vortex) 能够携带活体“行李”移动数英寸。似乎也没有放下的迹象;距离仅受培养皿大小的限制。这个过程更加迷人,因为扩散会停止前进,等待大肠杆菌 (E. coli) 中和抗生素。抗生素含量越高,进展越慢,但从未停止。

故事还有更多内容。随着实验的进展,形成了两个蜡状芽孢杆菌 (P. vortex) 种群。有“旅行者”,它们携带了大肠杆菌 (E. coli),还有“建造者”,它们不需要额外的行李。一旦“旅行者”清除了该区域,建造者就可以进来建立一个菌落。本质上,这些细菌的运作方式与人类先驱者相同。

至于没有抗生素存在的区域,蜡状芽孢杆菌 (P. vortex) 会放下大部分“行李”。有些被滞后的细胞作为预防措施保留,但总的来说,“旅行者”不需要多余的行李。这种做法被认为是“打赌对冲策略”,即领先的细菌选择旅行而不是谨慎。如果它们不幸死亡,那些落后的仍然有“货物”来处理情况。这确保了在环境再次变得有毒时,存在防御机制。

尽管这项实验揭示了环境中微生物生长的迷人方面,但作者们确实建议其具有临床意义。通过这种途径的抗生素耐药性的生态运动可能会导致耐药基因在广阔区域内的传播增加。当测试了临床相关菌株的耐药细菌时,它们也传播了。它们会随“车”一同前行,然后最终被丢弃在新地点。这为建立卫星菌落提供了机会。这不仅发生在对大肠杆菌 (E. coli) 身上,也发生在其他物种身上。

这种微生物的“双赢”局面可能会在医疗保健领域造成麻烦。虽然蜡状芽孢杆菌 (P. vortex) 尚未在这些设施中分离出来,但其他相关的扩散性物种已被发现,并且可能构成设施中一般微生物群落的一部分。如果它们存在并有机会扩散,它们就可以传播抗生素耐药性。如果是这种情况,这种细菌可能需要被感染预防和控制专家作为目标,以确保这些谨慎的细菌旅行者不会最终危害人类健康。

 

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自青少年时期起,Jason Tetro就把实验室视为他的第二个家。他在微生物学和免疫学方面的经验使他涉足多个领域,包括血液传播、食品和水病原体;环境微生物学;消毒和防腐;以及SARS、禽流感和寨卡病毒等新兴病原体。他目前是圭尔夫大学的访问科学家。在公众中,Jason更广为人知的名字是“The Germ Guy”(细菌 guy),他经常在媒体上以其有时非传统的视角解读科学。Jason著有两本书:《The Germ Code》(2014年入围年度科学图书奖)和《The Germ Files》(曾连续几周登上全国畅销书榜)。他还合编了《The Human Microbiome Handbook》(人类微生物组手册),该书从学术角度探讨了微生物对人类健康的影响。他住在多伦多。

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