密歇根州立大學(xué)微生物學(xué)、遺傳學(xué)和免疫學(xué)系教授杰瑪·雷格拉說：“好消息是，我們的鼻腔和口腔環(huán)境通常能夠抑制這些細(xì)菌。”
當(dāng)這些微生物(如金黃色葡萄球菌及其抗生素耐藥性變體MRSA)深入呼吸道或進入心臟等其他身體部位時，就會引起嚴(yán)重甚至致命的感染。
雷格拉和她的同事們現(xiàn)在已經(jīng)證明，我們的身體會在不知不覺中創(chuàng)造出將葡萄球菌(包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌)引入這些危險區(qū)域的條件。
“你知道在機場揮舞著操縱桿指揮飛機的人嗎?就是那樣的，”雷格拉說，他的團隊在《mBio》雜志上發(fā)表了這項新研究。
另一方面，該報告還提供了新的見解和技術(shù)，可以幫助研究人員防止自然居民擴散到不該擴散的地方。
“這些都是我們體內(nèi)的生物，”雷格拉說。“這就像擁有一個你不喜歡的鄰居。我們需要學(xué)會與它們共處。”
密歇根州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌在粘膜產(chǎn)生的蛋白質(zhì)(稱為粘蛋白)存在下更容易傳播。圖片來源：KristinJacob博士
葡萄球菌滑落
了解這些細(xì)菌如何進入身體的不同部位是一個復(fù)雜的難題，兩個簡單的事實可以解釋這一點。
一是這些微生物顯然會四處移動，使人患病。二是它們沒有很好的能力這樣做。葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌和它們的同類缺乏諸如尾狀鞭毛之類的附屬物，而這些附屬物可以幫助其他類型的細(xì)菌四處移動。
面對這兩個看似矛盾的事實，對于雷格拉的團隊來說是一個新問題。
她和她的團隊最出名的可能是他們對土壤細(xì)菌的廣泛研究，他們已經(jīng)證明這些細(xì)菌可以吸收放射性元素。但在海軍研究辦公室的支持下，研究人員為葡萄球菌(葡萄球菌的復(fù)數(shù))以及棲息在我們鼻子、嘴巴和中耳的其他細(xì)菌的研究帶來了獨特的生態(tài)視角。
“口周環(huán)境最吸引我的一點是，它環(huán)境的多樣性以及在如此小的空間內(nèi)其化學(xué)成分可以發(fā)生如此大的變化，”雷格拉說。“這對我來說是一個新領(lǐng)域，需要付出巨大的智力努力，因為關(guān)于人類相關(guān)細(xì)菌的文獻令人印象深刻。但我們做了我們最擅長的事情：我們通過微生物生態(tài)學(xué)的視角來觀察這些微生物。”
參與該項目的博士生克里斯汀·雅各布(KristinJacob)和來自哥倫比亞安第斯大學(xué)的訪問博士生圣地亞哥·埃爾南德斯-維拉米薩爾(SantiagoHernandez-Villamizar)幫助該實驗室開辟了進軍這一新領(lǐng)域的道路。
研究小組首先發(fā)現(xiàn)，人體粘膜產(chǎn)生的一種名為粘蛋白的蛋白質(zhì)可以作為葡萄球菌菌落的潤滑劑。這些粘蛋白使微生物更容易傳播，但這仍然不足以解釋它們在最壞情況下的傳播情況。
Villamizar博士。改編自KMJacob等人(2024)mBio.0:e01562-24。https://doi.org/10.1128/mbio.01562-24
“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)潤滑劑充足時，菌落可以被動擴張，”雷格拉說。“但要想感染，你需要的不僅僅是被動的東西。這需要更加主動和協(xié)調(diào)。”
通過培養(yǎng)從健康人類志愿者身上分離出的不同種類的葡萄球菌的不同菌株，該團隊系統(tǒng)地培養(yǎng)了一批具有不同基因的“參賽者”，以觀察哪些細(xì)菌可以在模擬的生物環(huán)境中主動傳播。
他們發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，金黃色葡萄球菌和一種名為表皮葡萄球菌的細(xì)菌會勝出。當(dāng)這些細(xì)菌的菌落長得足夠大時，周圍擁擠的微生物會相互發(fā)出信號，表示是時候制造自己的潤滑劑并快速滑走。
為了深入研究，該團隊與密歇根州立大學(xué)副教授、葡萄球菌專家尼爾·哈默(NealHammer)合作。該團隊研究了某些群體感應(yīng)系統(tǒng)被停用的MRSA菌株。在此過程中，他們發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌產(chǎn)生的肽，這些肽也可以作為潤滑劑來幫助細(xì)菌移動。
粘蛋白和分泌肽的正確組合幾乎從字面上為細(xì)菌的傳播打開了大門。
“我們的粘液表面含有化學(xué)物質(zhì)，就像為細(xì)菌鋪開的紅地毯，讓它們進入我們最脆弱的部位，”雷格拉說。“突然間，細(xì)菌開始制造自己的肽，勢不可擋。它們可以占領(lǐng)新的區(qū)域并不斷生長。”
雖然這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一系列需要在提供新的治療思路之前解答的新問題，但它也提供了新的測試和技術(shù)來幫助研究人員進行這一探索。
雷格拉說：“這項研究的臨床和治療方面將真正推動我們?nèi)绾慰创@一現(xiàn)象。”
與此同時，雷格拉也享受著個人和職業(yè)上的成就感，因為她的實驗室發(fā)展到了一個新的研究領(lǐng)域。她將這一成功歸功于勤奮無畏的研究生團隊，以及慷慨合作的哈默研究員。
“我這輩子從沒想過我會和葡萄球菌打交道，”她說。“我為我的學(xué)生感到驕傲，也感謝我的同事、現(xiàn)在的合作者尼爾·哈默的專業(yè)見解。”
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