PNAS：大腸桿菌如何造成尿路感染

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-05-07 10:38:00【大中小】

摘要：研究分析了大腸桿菌（E. coli）如何在幾乎無菌的新鮮尿液中利用宿主的營養物質快速繁殖。

由于解剖結構的特殊性，女性特別容易患尿路感染。幾乎有一半的女性在一生中的某個時候會患上尿路感染。

幾十年來，科學家們一直在試圖弄清細菌是如何在健康的人體內立足的。他們從各個方面開展研究，包括微生物如何在膀胱內移動和粘附到膀胱內側，以及它們如何釋放毒素并產生不舒服和疼痛的感覺等。

近日，一項發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的研究分析了大腸桿菌（E. coli）如何在幾乎無菌的新鮮尿液中利用宿主的營養物質快速繁殖。

圖1ABC轉運蛋白作為在尿路致病性大腸桿菌的毒力因子所呈現的作用

由密歇根大學醫學院的微生物學和免疫學教授Harry Mobley領導的研究團隊首先研究了在小鼠模型中繁殖能力較差的突變菌株，以鑒定可能對建立感染很重要的細菌基因。

在此過程中，他們發現一組控制轉運系統的基因是至關重要的。

“當細菌在生長過程中需要某種東西時，比如氨基酸，它們可通過兩種方式獲得，” Mobley解釋說。“它們可以自己制造，也可以利用我們所說的轉運系統從宿主那里竊取。”

Mobley稱，他們之前的基因表達篩選結果表明，近25%的細菌基因是為這種“竊取”策略設計的，包括特定氨基酸的轉運系統，大腸桿菌利用該系統每秒引入數千個分子。

研究人員將大腸桿菌的轉運蛋白庫與其他尿路感染病原體進行交叉對比，以了解哪些轉運蛋白對感染很重要。他們發現，一種名為ABC（ATP結合盒式蛋白）的轉運蛋白似乎至關重要。

然后，他們利用小鼠尿道制成的器官瓊脂證實，ABC轉運蛋白對感染是必不可少的。缺乏這些營養輸入系統的細菌菌株在膀胱和腎臟器官瓊脂上無法生長。

第一作者Allyson Shea博士表示：“細菌似乎對這些ATP轉運系統進行了投資，以便對它們感興趣的能量來源有更高的親和力。這些系統非常擅長將營養物質輸送到細胞內。”

圖2 多種尿路病原體顯示出ABC轉運蛋白的高度保守性

Mobley指出，這些發現為開發尿路感染的新型療法開辟了道路，這在抗生素耐藥性不斷增加的時代尤為重要。

“如果能抑制這些轉運系統，也許就能抑制這些細菌的快速生長，”他說。

不過，Shea也指出，要做到這一點并不容易，因為細菌已經為這類重要的轉運蛋白進化出多個備份系統。

“這個ATP結合蛋白家族有個特點，它們都有一個ATP結合亞基，為轉運系統提供所需的能量，讓營養物質穿過細胞膜。”

這個亞基有望成為一個潛在的靶點，使整個轉運蛋白家族功能失調。

她認為，盡管這并不一定能取代抗生素，但它可以減緩細菌生長，這樣抗生素和宿主免疫系統就能更好地對抗細菌。

參考資料

[1] Emerging roles for ABC transporters as virulence factors in uropathogenic Escherichia coli


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此文關鍵字：大腸桿菌 E. coli ATP結合盒式蛋白

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