金黄色葡萄球菌持留菌形成机制的研究进展

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是一种重要的院内感染致病菌,是导致人类各类感染最重要的病原体之一。金黄色葡萄球菌耐药问题一直是临床慢性感染治疗的最大障碍。随着细菌耐药机制研究的不断深入,研究者发现持留菌可能是导致疾病的持续性和复发性感染的真正原因。近年来持留菌的存在引起的耐药问题被高度重视,金黄色葡萄球菌持留菌的基本特征和形成机制的研究对临床上更好地控制耐药及感染问题具有重要的意义。为此,本文将从金黄色葡萄球菌持留菌的特性、生物膜、能量代谢、基因调控等多方面对金黄色葡萄球菌持留菌进行系统全面的综述。     

毒素-抗毒素系统介导持留菌形成机制的研究进展

毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统是广泛存在细菌基因组上的由两个基因组成的操纵子,分别编码稳定的毒素蛋白和不稳定的抗毒素,其中毒素蛋白具有多种生物学功能。持留菌是指能够耐受高浓度抗生素或不利环境的一类细菌,它们同样具有TA系统。现就毒素-抗毒素系统介导持留菌形成机制的研究进展作一综述。     

食品中不同环境条件对沙门氏菌持留菌形成的影响

由于食品环境因素对于沙门氏菌持留菌形成的影响尚不明确,选取食品中常见环境因素pH、NaCl和温度,研究其对沙门氏菌持留菌形成的影响。采用两倍梯度稀释法测定环丙沙星最低抑菌浓度(MIC),根据不同浓度倍数MIC处理沙门氏菌的结果,将50倍MIC处理4 h作为分离并得到持留菌的条件。采用单因素实验分别控制不同的pH、NaCl浓度和温度等沙门氏菌生长的环境条件,结果发现：与pH为7.0、1.0%NaCl、37℃时的沙门氏菌持留菌相比,pH为4.0、6.0%NaCl、15℃时的沙门氏菌持留菌形成数量上升,分别上升了1.47、1.32和1.54(以lg(存活率)计),P<0.05)。此外,本文验证了沙门氏菌持留菌的数量和比例与沙门氏菌生长呈正相关关系,为后续探究食品环境中沙门氏菌持留菌形成机制和防控奠定了基础。     

金黄色葡萄球菌sdhCAB操纵子影响持留菌形成机制的研究

持留菌是细菌群体中的一小部分细菌,可耐受致死浓度抗生素的处理,是引起慢性感染的重要原因。金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S. aureus)作为常见致病菌,有重要临床意义。分别敲除sdhA和sdhB后,金黄色葡萄球菌持留菌形成水平下降,但sdhCAB操纵子对持留菌形成的作用及机制尚不明确。本研究敲除sdh操纵子,通过酸压力、氧化压力、热压力及抗生素压力实验检测敲除株的持留菌水平,转录组测序检测敲除株的代谢通路变化,高通量微生物细胞表型检测评估敲除株的代谢水平变化。结果显示,敲除sdhCAB或sdhAB后,金黄色葡萄球菌对酸压力、氧化压力的耐受能力均下降;而在抗生素压力、热压力条件下,分别仅sdhCAB敲除株、sdhAB敲除株耐受能力下降。转录组测序发现,sdhCAB敲除后三羧酸循环、甲烷代谢通路及聚合酶Ⅳ等基因表达上调,耐药相关基因、氨基酸代谢基因、糖类代谢基因、卟啉代谢基因及一些转运体基因等表达下调,提示这些通路的基因参与sdhCAB影响持留菌形成的过程。此外,高通量微生物细胞表型检测发现,敲除sdhCAB可降低金黄色葡萄球菌对琥珀酸、柠檬酸、糖原、L-天冬氨酸等64种碳源的代谢。结果提示,sdhCAB操纵子对金黄色葡萄球菌持留菌形成水平有重要影响。本研究初步阐明了sdhCAB操纵子影响持留菌形成的可能机制,为研究和治疗金黄色葡萄球菌慢性感染提供了新的思路。     

对硝基苯酚对细菌产生持留菌的影响及其相关机制

【目的】研究对硝基苯酚(PNP)对大肠杆菌和铜绿假单胞菌产生持留菌的影响,并对转录组进行分析,阐明对硝基苯酚影响持留菌形成的相关机制。【方法】采用氧氟沙星抗生素探究对硝基苯酚对细菌产生持留菌的影响,并通过检测细菌自溶情况和呼吸抑制剂羰酰氰氯苯腙(CCCP)对持留菌比例的影响,然后通过转录组分析其相关基因的表达,最后通过实时荧光定量PCR和反义核酸进行相关功能基因的验证。【结果】PNP可以通过抑制大肠杆菌和铜绿假单胞菌的呼吸作用使其产生持留菌的比例增加,PNP不同浓度、作用不同时间和作用不同生长时期的菌体都会影响细菌产生持留菌的比例。PNP和呼吸抑制剂CCCP均能够抑制2个菌体的自溶情况,包括溶解氧含量的变化、蛋白质降解情况、细胞尺寸的变化和RNA完整性。转录组分析和实时荧光定量PCR实验结果表明加入PNP后,cyo A、app C两个基因在大肠杆菌和铜绿假单胞菌中的表达量均显著下降,再通过反义核酸抑制cyo A、app C的表达发现持留菌的比例和原始菌株相比均有所增加。【结论】PNP可以通过抑制细胞呼吸作用来增加细菌产生持留菌的比例。     

持留菌及其对微生物膜的耐受性影响研究进展

持留菌（persisters）是细菌种群中所占比例不到0.1%的一类特殊亚群,具有与种群内普通菌、抗性突变菌所不同的特征,其形成机制复杂,不易分离培养.持留菌可通过“休眠-生长-增殖”应对逆境的胁迫,维持自身生存和菌体结构稳定,在生物膜的多药耐受性与多金属耐性中发挥着重要作用,对于维持微生物群落结构稳定具有重要意义.本文从持留菌的研究历程、特点、基因调控机制及其对微生物膜的耐药性与多金属耐性的影响等方面进行了综述,并对今后的研究方向进行了展望.     

细菌持留与抗生素表型耐药机制

持留菌是细菌群体中一小部分具有表型耐药的细菌。自1944年被发现后,近几十年来因其在慢性持续性感染和生物膜感染中的重要作用而得到越来越多的重视。已有的研究结果表明,细菌持留的机理复杂,涉及的相关信号通路有毒素-抗毒素系统、细胞能量代谢及蛋白核酸合成等生理状态的降低、DNA保护修复系统、蛋白酶系统、反式翻译、外排泵系统等。虽然不同细菌的持留机理有一定的相似性和保守性,但不同细菌的持留机制也存在差异,如毒素-抗毒素系统在大肠埃希菌(Escherichia coli)中的过度激活可导致持留菌增加,但在金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)中却并无相同作用。本文从持留菌的研究历史出发,综述了当前对革兰氏阴性菌和阳性菌的持留机制方面的研究进展,同时探讨了在持留菌相关感染疾病方面的治疗策略,以期为更好地解决持留菌带来的问题,缩短治疗时间提供新的思路。     

鲍曼不动杆菌耐药持留菌的特征及Ⅱ型毒素-抗毒素系统的多样性

摘要:【目的】研究鲍曼不动杆菌持留菌的特征,分析鲍曼不动杆菌Ⅱ型毒素-抗毒素(TA)系统的多样性及分布,探讨TA系统与持留菌形成的潜在关联。【方法】采用分属于6 大类中的6种不同抗生素分别筛选的方法分离并定量鲍曼不动杆菌的持留菌;应用PSI-BLAST及TBLASTN程序分析721株鲍曼不动杆菌中的Ⅱ型TA系统;通过聚合酶链式反应(PCR)方法检测44株临床多重耐药(MDR)的鲍曼不动杆菌中5个Ⅱ型TA系统的分布。【结果】我们发现不同抗生素处理得到的鲍曼不动杆菌持留菌的数量并不相同;对多数抗生素而言,浓度越高,得到的持留菌数量越少;处于生长平台期的菌株中相比对数期含有更多的持留菌;多粘菌素B及妥布霉素均具有杀灭部分持留菌的能力;鲍曼不动杆菌所有菌株中均含有Ⅱ型TA系统,HTH/GNAT类型在菌株中分布最为广泛;所有700余株鲍曼不动杆菌基因组中共含有15个潜在的Ⅱ型TA系统;三类普遍存在于已知基因组中的明确功能的Ⅱ型TA系统在临床多重耐药菌株中同样分布广泛,且HigB/HigA的表达量在标准株的持留菌中显著增高。【结论】鲍曼不动杆菌的持留菌水平与菌株的生长状态、抗生素的种类及浓度密切相关。Ⅱ型TA系统在鲍曼不动杆菌已知基因组和临床多重耐药菌株中普遍存在,其中,HTH/GNAT、GP49/Cro(HigB/HigA)及DUF497/COG3514三种类型的Ⅱ型TA系统可能在鲍曼不动杆菌持留菌的形成中扮演重要角色。     

A型肉毒毒素轻链胞内持留模型的建立

[目的] 建立A型肉毒毒素轻链胞内持留模型来模拟A型肉毒毒素引起的长期中毒。[方法] 设计构建pcDNA3.1-ALC-GFP重组质粒,提取质粒进行PCR验证,并将其转染进Nureo-2a细胞中表达,利用Western Blot与细胞免疫荧光分析验证ALC-GFP的表达情况及其在细胞内的长时间持留,建立A型肉毒毒素轻链的胞内持留模型,并将该模型用于抗肉毒药物的筛选。[结果] 成功构建pcDNA3.1-ALC-GFP重组质粒并将其转染进Nureo-2a细胞中,验证了ALC-GFP在细胞内具有长时间持留性,成功建立了A型肉毒毒素轻链胞内持留模型,并利用该模型筛选出潜在抗肉毒药物CB3。[结论] 成功建立了A型肉毒毒素轻链胞内持留模型,并初步应用于CS1,CE2和CB3药物筛选,为A型肉毒毒素长期中毒的解毒研究奠定了基础。     

植物发酵液提取物对铜绿假单胞菌生物膜的作用

【目的】探讨植物发酵液提取物(plant fermentation extract,PFE)对铜绿假单胞菌生物膜的抑制作用,为临床上铜绿假单胞菌感染相关疾病的治疗提供参考。【方法】通过划线法分离临床标本中的铜绿假单胞菌并进行鉴定,通过报告菌株测定铜绿假单胞菌的毒力因子,采用试管法和激光共聚焦扫描显微镜测定生物膜的形成。【结果】在分离出的16株铜绿假单胞菌中,PFE对PA007菌株的作用效果最好,1%PFE显著降低PA007菌株生物膜、绿脓菌素和N-(3-oxododecanoyl)-HSL(3-oxo-C12-HSL)的产量(P0.05)。同时,也显著降低Las A蛋白酶的活性以及持留菌存活率(P0.05)。荧光定量PCR实验结果表明PFE能显著抑制las I和pqs A基因的表达(P0.05)。【结论】PFE具有抗铜绿假单胞菌感染能力,在临床上铜绿假单胞菌感染疾病的治疗中具有巨大的潜在价值。     

Identification of a potent indigoid persister antimicrobial by screening dormant cells

The subpopulation of bacterial cells that survive myriad stress conditions (e.g., nutrient deprivation and antimicrobials) by ceasing metabolism, revive by activating ribosomes. These resuscitated cells can reconstitute infections; hence, it is imperative to discover compounds which eradicate persister cells. By screening 10,000 compounds directly for persister cell killing, we identified 5-nitro-3-phenyl-1H-indol-2-yl-methylamine hydrochloride (NPIMA) kills Escherichia coli persister cells more effectively than the best indigoid found to date, 5-iodoindole, and better than the DNA-crosslinker cisplatin. In addition, NPIMA eradicated Pseudomonas aeruginosa persister cells in a manner comparable to cisplatin. NPIMA also eradicated Staphylococcus aureus persister cells but was less effective than cisplatin. Critically, NPIMA kills Gram-positive and Gram-negative bacteria by damaging membranes and causing lysis as demonstrated by microscopy and release of extracellular DNA and protein. Furthermore, NPIMA was effective in reducing P. aeruginosa and S. aureus cell numbers in a wound model, and no resistance was found after 1 week. Hence, we identified a potent indigoid that kills persister cells by damaging their membranes.     

Bacterial persisters are a stochastically formed subpopulation of low-energy cells

Persisters represent a small subpopulation of non- or slow-growing bacterial cells that are tolerant to killing by antibiotics. Despite their prominent role in the recalcitrance of chronic infections to antibiotic therapy, the mechanism of their formation has remained elusive. We show that sorted cells of Escherichia coli with low levels of energy-generating enzymes are better able to survive antibiotic killing. Using microfluidics time-lapse microscopy and a fluorescent reporter for in vivo ATP measurements, we find that a subpopulation of cells with a low level of ATP survives killing by ampicillin. We propose that these low ATP cells are formed stochastically as a result of fluctuations in the abundance of energy-generating components. These findings point to a general “low energy” mechanism of persister formation.

Persisters represent a small subpopulation of non- or slow-growing bacterial cells that are tolerant to killing by antibiotics, but the mechanism of their formation has remained elusive. This study of E. coli shows that stochastic heterogeneity in levels of energy-generating enzymes results in a subpopulation of cells with low ATP that are tolerant to antibiotics.     

The vulnerable versatility of Salmonella antibiotic persisters during infection

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Electrochemical biofilm control: a review

One of the methods of controlling biofilms that has widely been discussed in the literature is to apply a potential or electrical current to a metal surface on which the biofilm is growing. Although electrochemical biofilm control has been studied for decades, the literature is often conflicting, as is detailed in this review. The goals of this review are: (1) to present the current status of knowledge regarding electrochemical biofilm control; (2) to establish a basis for a fundamental definition of electrochemical biofilm control and requirements for studying it; (3) to discuss current proposed mechanisms; and (4) to introduce future directions in the field. It is expected that the review will provide researchers with guidelines on comparing datasets across the literature and generating comparable datasets. The authors believe that, with the correct design, electrochemical biofilm control has great potential for industrial use.     

昆虫黑化现象

昆虫黑化是自然界中普遍存在的一种多型现象,也成为揭示物种在自然界中进化与适应的经典范例。昆虫黑化形成的原因与类别多种多样,黑化的遗传调控和分子基础也各不相同。本文根据国外黑化昆虫研究取得的主要进展,结合我国东方粘虫Mythimna separata种群中发生的黑化现象,对昆虫黑化的形成原因、类别、遗传调控、生物学变异以及黑化的分子基础等方面研究现状进行了概述,并对该领域的未来研究热点进行探讨。