细菌感染对农业和医学构成了重大挑战，尤其是在抗生素耐药细菌病例持续增加的情况下。作为回应，德克萨斯A&M AgriLife Research的科学家正在阐明细菌感染病毒解除这些病原体的方法，从而开创了新治疗方法的可能性。
在他们最近发表在《科学》杂志上的研究中，德克萨斯农工大学农业与生命科学学院生物化学和生物物理学系的Lanying Zeng博士和Junjie Zhang博士详细介绍了噬菌体使细菌失效的精确机制。
该团队共同致力于解释自1970年代初以来科学家试图理解的一系列相互作用。
需要新的治疗方法
铜绿假单胞菌是一种细菌，可引起血液、肺部和身体其他部位的感染。这些感染在医疗机构中尤为常见，因为医疗机构经常会遇到耐药细菌。根据美国疾病控制和预防中心的数据，2017 年住院患者中有超过 30,000 例耐多药铜绿假单胞菌感染病例。
抗生素耐药性假单胞菌感染的流行使它们成为噬菌体疗法的实际焦点，噬菌体疗法是一种使用噬菌体或噬菌体的治疗方法，德克萨斯 A&M 噬菌体技术中心的研究人员正在探索作为典型药物的替代品。
该中心的联合主任Zeng和Zhang以及动物科学系副教授Jason Gill博士正在探索噬菌体的有用性，甚至超越噬菌体疗法，深入研究其结构和机制。
允许铜绿假单胞菌相互传递抗菌素耐药基因，以及四处移动并产生称为生物膜的难以治疗的结构的因素之一是称为菌毛的附属物，该附属物以拉丁语中的矛命名。这些圆柱形结构从细菌表面延伸出来。
一些噬菌体通过附着在细菌菌毛上并允许细菌将噬菌体卷到表面来利用细菌菌毛，在那里噬菌体可以开始感染细菌。
在由德克萨斯农工大学研究生Jirapat Thongchol和Zihao Yu共同撰写的《科学》研究中，研究人员使用荧光显微镜，低温电子显微镜和计算建模逐步研究了这一过程。他们观察了一种名为PP7的噬菌体如何通过附着在菌毛上来感染铜绿假单胞菌，然后菌毛缩回并将噬菌体拉到细胞表面。
在病毒的进入点，菌毛弯曲并折断，菌毛的丢失使铜绿假单胞菌感染自身宿主的能力大大降低。
正在进行的研究
这项工作是2020年发表的先前研究的延续，当时Zeng的团队发现了一种噬菌体，该噬菌体可以类似地破坏大肠杆菌细胞的菌毛，从而阻止细菌彼此共享基因 – 这是抗生素耐药性传播的常见方式。
这项新研究是该团队最近一系列研究的一部分。上个月，他们在《自然通讯》（Nature Communications）上发表了关于另一种细菌不动杆菌与感染它的噬菌体之间相互作用的研究结果。另一项研究预计将于下个月发表，将涵盖第三种细菌和其他噬菌体。
该团队在确定精确蛋白质结构和分子相互作用方面的进展是通过AgriLife Research的新型冷冻电子显微镜实现的，该显微镜于2022年底在德克萨斯农工大学开放，可以在原子水平上解析结构。
“在我们早期对大肠杆菌的研究中，我们并没有真正探索这种机制，”Zeng说。“在我们对假单胞菌的研究中，我们能够更多地解释到底发生了什么，包括菌毛分离的力量和速度，并了解为什么以及如何发生这种情况。
在医学上的用途
这项正在进行的研究的意义可能被证明对治疗抗菌感染很重要。张说，医生不需要像噬菌体疗法那样使用噬菌体来杀死细菌，但可以简单地让病毒解除细菌的武装，这可能使免疫系统有机会自行抵抗感染，或者允许医生用较低剂量的抗生素治疗患者。
“如果你只是杀死细菌，你就会破坏细胞，它们会从细胞内部释放有毒物质到宿主体内，”张说。“我们的方法是使用一种特定类型的噬菌体来解除细菌的武装。我们通过折断这个附属物来消除它们交换耐药基因或四处走动的能力。
噬菌体科学家团队表示，他们将继续寻找类似的噬菌体实例，以抑制病原菌的毒力。
“我们正在采取协同方法，”张说。“我们正试图了解这种噬菌体的普遍机制，以及它们如何影响其他类型的细菌。这就是我们合作的总体目标：试图解决多重耐药细菌的问题。
合作工作还包括：
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://today.tamu.edu/2024/04/17/researchers-solve-mystery-of-how-phages-disarm-bacteria/