沙門(mén)氏菌是一種常見(jiàn)的致病菌，感染后可引發(fā)嚴(yán)重的疾病，在治療沙門(mén)氏菌感染時(shí)，抗生素是不可或缺的手段。然而，即使在沒(méi)有耐藥性的情況下，抗生素的根除失敗也時(shí)有發(fā)生，這通常被歸因于宿主壓力引發(fā)的細(xì)菌藥物耐受性或某些細(xì)菌亞群（如持留菌）對(duì)殺滅作用的抵抗。本研究通過(guò)在感染小鼠和模擬組織的生物反應(yīng)器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)恩諾沙星和頭孢曲松這兩種常用的抗生素在感染小鼠中對(duì)沙門(mén)氏菌的活性遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下的活性，主要原因是嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)限制限制了沙門(mén)氏菌的復(fù)制，從而限制了抗生素的活性。此外，酸性pH、葡萄糖、氧化應(yīng)激、抗菌肽等條件對(duì)沙門(mén)氏菌的殺滅作用影響有限。
圖1 文獻(xiàn)基本信息
持留菌并非主要障礙
在實(shí)驗(yàn)室條件下，持留菌被認(rèn)為是導(dǎo)致抗生素清除障礙的關(guān)鍵因素。然而，本研究通過(guò)更準(zhǔn)確的單細(xì)胞實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在感染小鼠和生物反應(yīng)器中，所謂的持留菌并不是導(dǎo)致恩諾沙星清除障礙的關(guān)鍵因素。實(shí)時(shí)單細(xì)胞檢測(cè)顯示，整個(gè)沙門(mén)氏菌群體都表現(xiàn)出較高的耐受性，而不是只有少數(shù)持留菌具有高耐受性。大量沙門(mén)氏菌的存活最小化了超耐受持留菌的影響。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)觀點(diǎn)，即持留菌是導(dǎo)致抗生素清除失敗的主要原因。
圖2 抗生素在體內(nèi)與體外條件下的殺菌效率對(duì)比
圖3 不同應(yīng)激條件對(duì)恩諾沙星殺菌效果的影響
營(yíng)養(yǎng)限制是關(guān)鍵因素
研究進(jìn)一步揭示，營(yíng)養(yǎng)限制是導(dǎo)致抗生素清除效果差的主要因素。在營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中，沙門(mén)氏菌的復(fù)制速度加快，抗生素的殺滅作用也顯著增強(qiáng)（圖4b）。在模擬臨床感染的小鼠模型中，營(yíng)養(yǎng)限制同樣限制了沙門(mén)氏菌的復(fù)制和抗生素的活性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在營(yíng)養(yǎng)限制條件下，沙門(mén)氏菌的損傷減少，存活率提高，這與體內(nèi)環(huán)境更為相似（圖4c）。這些結(jié)果表明，營(yíng)養(yǎng)限制是導(dǎo)致抗生素清除效果差的關(guān)鍵因素，而不是其他應(yīng)激條件。
圖4 細(xì)菌復(fù)制速率對(duì)抗生素殺傷效率的影響及抗生素暴露時(shí)間與細(xì)菌世代數(shù)的關(guān)系
實(shí)時(shí)單細(xì)胞檢測(cè)的重要性
傳統(tǒng)的CFU檢測(cè)方法可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，因?yàn)樗蕾?lài)于細(xì)菌在平板上的生長(zhǎng)情況，而忽略了抗生素暴露后細(xì)菌的后續(xù)損傷。本研究通過(guò)實(shí)時(shí)單細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)，能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估抗生素的活性。例如，在恩諾沙星暴露后，實(shí)時(shí)檢測(cè)顯示沙門(mén)氏菌的DNA損傷是緩慢且均勻的，而不是像CFU數(shù)據(jù)所暗示的那樣存在一個(gè)快速殺滅階段和一個(gè)緩慢殺滅階段（圖5c）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在營(yíng)養(yǎng)限制條件下，沙門(mén)氏菌的損傷減少，存活率提高，這與體內(nèi)環(huán)境更為相似（圖5g）。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了實(shí)時(shí)單細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)在研究細(xì)菌耐藥性中的重要性，為未來(lái)的研究提供了新的工具和方法。
圖5 暴露于恩諾沙星期間及之后沙門(mén)氏菌的 DNA 損傷
原文出處：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08506-6
來(lái)源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~蒙曉瑩。
