限制抗生素耐藥性傳播的潛在新方法
當前對全球健康構(gòu)成的最大威脅之一是多重耐藥細菌的增加,這是由抗生素耐藥性的傳播引起的。為了對抗這種威脅,EMBL的研究人員已經(jīng)揭開了主要抗生素抗性轉(zhuǎn)移機制的分子基礎(chǔ)。他們還開發(fā)了分子和阻止這種轉(zhuǎn)移的原理驗證。結(jié)果發(fā)表在Cell上。
細菌已經(jīng)對目前使用的大多數(shù)藥物化合物產(chǎn)生了抵抗力。多重耐藥細菌的實例包括作為健康微生物組的一部分并因此難以根除的生物,包括MRSA(耐甲氧西林金黃色葡萄球菌),VRE(耐萬古霉素腸球菌)和產(chǎn)生ESBL(擴展光譜β-內(nèi)酰胺酶)腸桿菌。
跳躍的DNA:阻力傳播的載體
細菌之間傳播阻力的主要驅(qū)動因素之一是轉(zhuǎn)座子,也稱為跳躍DNA:可以自主切換基因組中位置的遺傳元件。當在細菌之間轉(zhuǎn)移時,轉(zhuǎn)座子可在其中攜帶抗生素抗性基因。
EMBL的Barabas小組的研究重點是轉(zhuǎn)座子及其分子結(jié)構(gòu)。該團隊現(xiàn)在提供蛋白質(zhì)-DNA機器的第一個晶體結(jié)構(gòu),其在受體細菌中插入轉(zhuǎn)座子,包括它們攜帶的抗性。
研究小組發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)座子插入機器的主要作用是轉(zhuǎn)座酶蛋白,具有不尋常的形狀。這使其能夠以非活性狀態(tài)與DNA結(jié)合,從而防止切割并因此破壞轉(zhuǎn)座子,直到它可以將抗生素抗性基因粘貼到新的宿主基因組中。蛋白質(zhì)的特殊形狀也迫使轉(zhuǎn)座子DNA解開并打開,使其能夠在極其多樣化的細菌中的許多地方插入抗生素抗性貨物。
“如果你想到繩索或繩子,它們通常是捆綁在一起并卷起來使它們更堅固。如果你想要撕開或切割它,如果你先解開并放松它就會容易得多,”EMBL組長Orsolya Barabas說。誰領(lǐng)導了這項工作。“DNA也是如此,轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)移機制利用了這一點。”轉(zhuǎn)座酶蛋白首先解旋并分離轉(zhuǎn)座子的DNA鏈,這使得它們更容易在受體基因組的新位點切割和粘貼。
限制抵抗擴散的策略
基于晶體結(jié)構(gòu),Barabas和她的同事們還開發(fā)了分子,并提供了阻斷轉(zhuǎn)座子運動的原理驗證。“從長遠來看,這可能有助于控制抗生素耐藥基因的傳播,”她說。它們提供了兩種阻斷轉(zhuǎn)移的策略,例如,可以防止被診斷為抗生素抗性細菌攜帶者的抗性轉(zhuǎn)移。
第一種方法是通過用新設(shè)計的肽(一種短鏈氨基酸)阻斷其結(jié)構(gòu)來阻止轉(zhuǎn)座酶蛋白進入其活化構(gòu)象。
第二種方法是DNA模擬物,其與轉(zhuǎn)座子內(nèi)的開放位點結(jié)合,從而阻斷了抗性轉(zhuǎn)移所需的DNA鏈置換。Barabas:“我們相信這些特征廣泛存在于這些跳躍的DNA元素中,但不存在于相關(guān)的細胞系統(tǒng)中,它們可能對轉(zhuǎn)座子非常特異。這樣,我們只能靶向我們想要的細菌,而不是許多有益細菌在我們的身體和環(huán)境中。“
在顯示體外抗性轉(zhuǎn)移機器的分子結(jié)構(gòu)和未來應用之間還有很長的路要走。這就是為什么Barabas及其同事現(xiàn)在將專注于更好地理解現(xiàn)實生活中的轉(zhuǎn)移機制,并測試和進一步制定限制轉(zhuǎn)移的策略。他們正在與國際研究小組合作,在實驗室和診所進行研究。
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