我們今天所了解的關(guān)于銅綠假單胞菌等致命細(xì)菌的大多數(shù)都是從實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行的研究中獲得的。5月14日在美國國家科學(xué)院院刊上發(fā)表的研究報(bào)告顯示，這些基于實(shí)驗(yàn)室的信息可能對(duì)預(yù)測這些蟲子入侵人類后的行為方式有重要限制。

其中的差異是導(dǎo)致抗生素抗性的基因表達(dá)增加，這是目前用于治療多種感染的藥物的禍害。這項(xiàng)新研究可以幫助科學(xué)家了解如何從他們的實(shí)驗(yàn)室工作中得出更準(zhǔn)確的結(jié)論- 并為醫(yī)生提供更好的治療細(xì)菌感染的信息。

“人類感染的細(xì)菌往往能夠耐受抗生素，但當(dāng)我們將它們培養(yǎng)在人體外時(shí)，它們非常容易受到感染，”佐治亞理工學(xué)院生物科學(xué)學(xué)院教授，??埃默里聯(lián)合主任馬文·懷特利說。 -Children的囊性纖維化中心。“在本文中，我們發(fā)現(xiàn)，與我們的實(shí)驗(yàn)室和小鼠建模系統(tǒng)相比，幾種對(duì)抗生素耐受性很重要的基因在人體中高度誘導(dǎo)。人類似乎有一些獨(dú)特的促進(jìn)抗性的因素。”

可能導(dǎo)致這種差異的原因仍然是個(gè)謎，盡管已知細(xì)菌會(huì)受到環(huán)境的影響。了解細(xì)菌基因及其表達(dá)水平在人類中的差異可以讓研究人員尋找更好地模擬人類條件的實(shí)驗(yàn)室條件，并為使用抗生素提供更好的指導(dǎo)。

“理解哪些抗生素抗性基因在人體中高度表達(dá)可能會(huì)為我們關(guān)于抗生素使用的治療決策提供信息，”懷特利說道，他在佐治亞理工學(xué)院擔(dān)任分子和細(xì)胞生物學(xué)的Bennie H.和Nelson D. Abell主席，并且是喬治亞研究聯(lián)盟。杰出的學(xué)者。“例如，人們可能會(huì)預(yù)測感染群體對(duì)基因表達(dá)數(shù)據(jù)的抗生素耐藥性，而無需在臨床實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)微生物。”

該研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院，囊性纖維化基金會(huì)和倫德貝克基金會(huì)的支持。除佐治亞理工學(xué)院的研究人員外，該研究團(tuán)隊(duì)還包括德克薩斯理工大學(xué)健康科學(xué)中心，密西西比大學(xué)醫(yī)學(xué)中心，加州大學(xué)以及丹麥的幾個(gè)臨床和研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家。

銅綠假單胞菌是一種威脅免疫功能低下者的重要病原體，包括患有囊性纖維化，糖尿病和肥胖癥的人。這是一種主要的醫(yī)院獲得性感染，疾病控制和預(yù)防中心將多種耐藥性細(xì)菌菌株定性為嚴(yán)重威脅。

在他們的研究中，科學(xué)家分析了人類臨床感染和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的RNA測序數(shù)據(jù)。人體樣本來自合作的臨床醫(yī)生，他們直接從患者身上取樣并將其放入保存RNA的化學(xué)物質(zhì)中以備后續(xù)處理。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)在各種生長條件下研究了不同的細(xì)菌菌株，從抗生素處理到與其他細(xì)菌的競爭。

研究人員還包括以前發(fā)表的Whiteley實(shí)驗(yàn)室和其他研究團(tuán)隊(duì)的體外和小鼠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析技術(shù)包括稱為支持向量機(jī)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，其用于區(qū)分取自人和體外來源的樣品的基因表達(dá)譜。

“我們看到了一些因抗生素抗性而臭名昭著的基因的高表達(dá)，包括編碼從細(xì)胞中擠出抗生素的外排泵的基因以及降解某些抗生素的酶，如氨芐西林，”Whiteley實(shí)驗(yàn)室研究科學(xué)家Daniel Cornforth說。這篇論文的第一作者。“研究抗生素耐藥基因的研究也較少，其中三項(xiàng)與鋅轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)，我們之前的工作已確定為關(guān)鍵的抗生素耐藥決定因素，這些因素也在人類患者中高度表達(dá)。”

雖然這項(xiàng)研究只針對(duì)一個(gè)麻煩的病原體，但懷特利認(rèn)為結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生更廣泛的影響。“我們實(shí)際上對(duì)人類感染過程中的細(xì)菌行為知之甚少，而且大多數(shù)模型系統(tǒng)無法復(fù)制人類感染的大多數(shù)方面。我希望這項(xiàng)工作可以推廣到其他細(xì)菌。”

通過確定與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置相比，細(xì)菌在人體中的表現(xiàn)如何不同，該工作可為更多樣本和不同類型的感染進(jìn)行額外研究奠定基礎(chǔ)。

“這項(xiàng)研究的關(guān)鍵點(diǎn)在于，現(xiàn)在微生物學(xué)家可以對(duì)一系列人類感染的細(xì)菌群體進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究，因此我們可以更好地了解細(xì)菌在這些臨床感染中的實(shí)際作用，”Cornforth說。“我們還可以確定我們的實(shí)驗(yàn)室模型在哪里成功以及它們?cè)谀７逻@些感染環(huán)境方面失敗的地方。”