科研人員在“毒藥”旁邊找“解藥”

 細菌表面噬菌體圖解    圖片來源：Tatiana Shepeleva / stock.adobe.com

瑞典隆德大學的研究人員發現了一種抗毒素機制，有望中和數百種不同的毒素，并可能保護細菌免受病毒攻擊。其被命名為Panacea（靈丹妙藥）。他們表示，深入了解細菌毒素和抗毒素，對將來噬菌體成功治療抗生素耐藥性感染至關重要。這項研究近日發表在美國《國家科學院院刊》上。

所謂的毒素—抗毒素系統是許多細菌DNA基因組中的一種開關控制，越來越多的研究發現它可以保護細菌免受噬菌體的攻擊，噬菌體則是一種侵襲細菌的病毒。毒素的激活使細菌種群進入某種鎖定狀態，從而限制了生長和病毒傳播。因此，了解這些系統的多樣性、機制和進化，對于噬菌體療法治療抗生素耐藥性感染的最終成功十分關鍵。

毒素—抗毒素對由一個編碼毒素的基因和一個相鄰的編碼抗毒素的基因組成。毒素能顯著抑制細菌生長，抗毒素則能抵消毒性作用。這就像把一瓶毒藥放在一瓶解毒劑的旁邊。

領導這項研究的隆德大學研究人員Gemma Atkinson解釋說，雖然之前已經發現毒素—抗毒素的進化與新的毒素或抗毒素有關，但Panacea的中和能力規模是前所未有的。

共同第一作者、隆德大學博士生Chayan Kumar Saha編寫了一個計算機程序，用于分析細菌基因組中彼此相鄰的各種基因。然后，研究小組利用這種工具，預測了在他們之前研究過的一些毒素旁邊發現的非常有效的新的抗毒素基因。

“我們驚訝地發現，在含有數十種不同毒素的毒素—抗毒素的排列中，可以發現一種特定的抗毒素蛋白質折疊。其中許多毒素在科學上也都是新發現的。”他說。

噬菌體療法的原理是用噬菌體的混合物——感染細菌的病毒來治療患者，以殺死引起感染的細菌。然而，細菌攜帶各種防御系統來保護自己免受噬菌體的攻擊，其中包括毒素—抗毒素系統。

Atkinson解釋說：“因此，識別病原體的毒素—抗毒素系統可能有助于我們在未來設計能夠對抗這一防御層的噬菌體療法。”

到目前為止，人們對毒素—抗毒素系統多樣性的了解可能只是冰山一角。團隊正在尋找新的毒素—抗毒素系統，并了解它們在噬菌體防御中的作用。全套毒素—抗毒素系統可能是調節細菌代謝和控制細菌細胞資源的分子“工具箱”。“這在工業和制藥生產中非常重要”。