败血症和蜂拥而至的葡萄球菌病例

研究人员发现金黄色葡萄球菌可能如何在体内传播
改编自:10.1038/srep25233

金黄色葡萄球菌,俗称葡萄球菌,是一种众所周知的机会致病菌。在皮肤表面,它是无害的。但一旦它穿过保护屏障,就会引起一系列的健康问题。

最基本的皮肤相关问题是脓疱病疖子。但当这种细菌进入皮肤深层区域,如伤口或导管时,它会迁移到血液中,引起一种称为败血症的危及生命的疾病。

Staphylococcus aureus
来源:美国疾病控制与预防中心公共卫生图像库。

尽管感染的后果是已知的,但细菌如何在体内传播却一直不清楚。与许多细菌物种不同,金黄色葡萄球菌没有迁移能力。它只是在原地生长形成菌落。然而,在败血症发生时,是会发生迁移的。

这种运动能力最基本的解释是利用液体流动进行被动迁移。菌落表面的细菌被带走并扩散,直到它们在另一个区域静止下来。然而,这并不能解释在没有液体流动的区域的传播。

现在,多亏了一群台湾研究人员,可能有了答案。上周,他们公布了一种潜在的机制,解释了该细菌如何在体内传播。他们声称,诀窍在于提取水分并使用生物洗涤剂。

该团队研究了一组参与细菌生长的特定分子。它们被称为酚溶性调理素,或 PSMs。这些蛋白质复合物已知参与细胞间通讯,称为群体感应。这个过程允许细菌相互发出信号,从而理解环境的性质。群体感应分子可以影响微生物的生长模式,尽管在感染的情况下,这种现象可以调节免疫反应,以阻止我们的防御机制协调有效的攻击。

在化学层面,PSMs是生物表面活性剂,这意味着它们的作用类似于洗涤剂。当它们与水混合时,它们可以分解团块,让细菌从群体中分离出来并漂移到别处。

该团队在实验室中使用了最常见的微生物培养方式——琼脂培养皿进行了实验。正常情况下,琼脂提供了一个固态环境,几乎没有水流。因此,金黄色葡萄球菌形成大的圆形菌落,并且不移动。这是完美的对照。

实验中使用的细菌是已知在半固体环境中具有迁移能力的菌株。使用了两种不同的形式;一种能够产生 PSMs,另一种已发生突变,失去了这种特性。对于研究人员来说,这种菌株可以帮助他们确定 PSMs 是否参与了运动。

不幸的是,当细菌被放在普通的琼脂平板上时,无论是否表达 PSMs,菌落都是圆形的。如果 PSMs 参与其中,一定还有其他因素。该团队发现这个因素是水。

当琼脂浓度降低,导致水可用但未流动时,情况发生了戏剧性的变化。当存在 PSMs 时,该组观察到的不是圆形,而是从菌落延伸出的触须。而在缺乏调理素的情况下,菌落仍然是圆形的。

尽管该小组实现了证明 PSMs 参与运动的主要目标,但他们又提出了另一个更令人担忧的问题。即使在较低的琼脂浓度下,也没有容易获得的水来产生水流。不知何故,带有 PSMs 的细菌找到了分配积聚水的方法。

通过显微镜,该团队找到了答案。所有细菌菌落都用水冲洗,表明它们已从下面的表面提取了液体。但是,带有 PSMs 的细菌也形成了微小的水坑。相比之下,缺乏调理素的细胞在菌落外几乎没有水。当检查这些水坑时,它们含有漂浮的细菌薄膜,随时准备寻找下一个家。

对于研究人员来说,这一观察结果是决定性的。细菌提取水分以促进生长。然而,当存在 PSMs 时,它们充当表面活性剂,破坏水的表面张力,导致水池形成。在此过程中,一些细菌被卷入水流并移动到下一个位置。

在感染的情况下,研究人员建议这一初步发现可能为关心细菌传播的人提供重要信息。当细菌找到富含水分的地方,例如皮肤下方时,它们就会生长。然后,在 PSMs 的帮助下,它们会分解水团,导致传播。根据培养皿上的信息,传播速度很快,可能在数小时到数天内导致危及生命的疾病。

 

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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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