物理学家确定致命细菌用来抵御抗生素的简单机制

麦克马斯特大学的物理学家首次发现了一种可能致命的细菌用于抵御抗生素的简单机制，这一发现为细菌如何在前所未有的细节水平上适应和表现提供了新的见解。今天在“ 自然通讯生物学 ”杂志上发表的研究结果可能会对抗全球抗生素耐药性的斗争产生影响，从而能够设计出更好，更有效的抗感染药物。

“有很多很多细菌，有很多抗生素，但通过提出适用于其中许多抗生素的基本模型，我们可以更好地了解如何更好地解决和预测抗药性，”MaikelRheinstädter说。麦克马斯特大学物理与天文系教授，该研究的主要作者。

研究人员研究了细菌膜如何与抗生素多粘菌素B(PmB)相互作用，后者常用于治疗尿路感染，脑膜炎，血液和眼部感染。

他们专注于PmB，因为它曾被认为是同类药物中最强的药物，是医生们在没有其他工作时的最后一道防线。这种故障安全状态在2016年受到质疑，当时中国科学家发现了一种允许细菌甚至对多粘菌素产生抗性的基因。

“我们想知道这种细菌是如何在这种特殊情况下停止使用这种药物的，”健康科学本科生和该研究的第一作者Adree Khondker说。“如果我们能够理解，我们可以设计出更好的抗生素。”采用物理学家通常用于材料研究的技术，该团队使用高度专业化的设备深入细菌膜，捕获分辨率非常高的图像，可以看到人体头发宽度的1 / 1,000,000宽度的单个分子。

“如果你服用细菌细胞并添加这种药物，就会在墙壁上形成洞，就像打孔器一样，杀死细胞。但是关于这些洞是如何形成的，首先就存在很多争论。” Khondker解释道。

当这些抗生素正常工作时，研究人员知道物理学的基本定律适用：因为药物带正电，它会被带负电的细菌所吸引。同时，细菌膜在试图排斥药物时采用排斥力。

通过成像和模拟，研究人员确定了抗生素的哪一部分进入膜，它进入的位置以及它进入的深度。他们在实验室中使用高端游戏计算机在微秒时间尺度上模拟这些过程。

他们确定，当细菌变得耐药时，其膜更加僵硬，电荷更弱，使其对药物的吸引力更小，更难以渗透。“对于这种药物来说，就像从切割Jello到切割岩石一样。” Khondker说。

“对这种机制有很多猜测，”Rheinstädter说。“但我们第一次证明膜更坚硬，而且过程变慢。”

世界卫生组织(WHO)认为抗菌药物耐药性问题是对公众健康构成的全球性威胁，威胁着我们治疗常见传染病的能力，导致长期疾病，残疾和死亡。全世界估计每年有70,000人死于抗药性细菌感染，艾滋病毒/艾滋病，肺结核和疟疾。

专家警告说，到2050年，全球每年的死亡人数将飙升至1000万。