破解抗生素耐药性：科学家发现细菌致命弱点，或为无药控制开辟新天地

随着抗生素耐药性感染逐年增加，全球公共卫生正面临前所未有的挑战。1990年至2021年间，每年因耐药性感染导致的死亡人数已超过100万，而预测显示，到2050年，这一数字可能激增至近200万。这一趋势促使科学家们寻找抗生素以外的解决方案，以控制耐药性细菌的传播。近日，加州大学圣地亚哥分校的一项突破性研究揭示了抗生素耐药性细菌的致命弱点，为遏制这一危机提供了新的可能性。

抗生素耐药性的代价：从优势到负担

抗生素耐药性是细菌对药物产生抵抗力的能力，这种能力通常被视为细菌在恶劣环境中生存的主要优势。然而，研究人员发现，这种生存优势并非毫无代价。加州大学圣地亚哥分校的 Gürol Süel 教授及其团队，通过研究枯草芽孢杆菌中的核糖体突变，揭示了抗生素耐药性的另一面：它为细菌提供抗药能力的同时，也会带来显著的生理负担。

细菌生存依赖于多种资源，其中镁离子是其重要的生命元素之一。镁离子对于细胞内的核糖体——一种合成蛋白质并翻译遗传信息的微型机器——至关重要。突变使核糖体能够抵御抗生素的攻击，但同时，它们也与三磷酸腺苷 (ATP) 争夺镁离子资源。ATP 是细胞的主要能量分子，这种争夺造成了细胞内资源的紧张分配，从而削弱了突变细菌的生长和繁殖能力。

“尽管细菌获得了抗药性，但它们也为此付出了巨大的代谢代价，”Süel 解释道。“这种代价在资源有限，特别是镁离子缺乏的环境中尤其明显。这种代谢负担限制了抗性细菌在群体中的竞争力，也为我们提供了干预点。”

揭开抗生素耐药性的分子机制

研究团队采用了原子级建模技术，对细菌核糖体如何利用镁离子进行了深入分析。他们发现，与未突变的“野生型”核糖体相比，突变核糖体对镁的需求显著增加。这种变化导致细胞内部的资源分配发生冲突，进一步阻碍了细菌的繁殖能力。

研究以一种名为“L22”的核糖体突变体为例，证明了这一机制的影响。L22 核糖体突变显著增加了对镁离子的依赖性，但由于镁的供应有限，突变细菌在资源竞争中陷入困境，导致其增长受限。研究团队的数学模型进一步证实了核糖体与 ATP 在镁离子上的竞争是限制抗性细菌繁殖的关键因素。

从理论到实践：抑制耐药菌的新方法

这一发现为开发无药控制细菌感染的新方法提供了可能。传统抗生素通过直接杀死细菌或抑制其生长来控制感染，但长期使用导致细菌对药物产生耐药性，使抗生素效力逐渐下降。Süel 团队的研究则提供了一种不同的视角：通过改变细菌的环境条件，削弱其对抗生素的抗性，而无需直接杀灭细菌。

例如，研究人员提出，可以通过螯合细菌环境中的镁离子，选择性地抑制耐药菌株的生长，而不影响未突变的野生型细菌。由于野生型细菌不依赖高水平的镁离子，它们能够在这种环境下正常生长，甚至可能取代耐药菌株。

“我们表明，通过了解抗生素耐药性细菌的分子和生理特性，可以找到不使用药物的控制策略，”Süel 说道。“这不仅有助于减少抗生素的使用，还能避免药物滥用带来的环境和健康风险。”

探索更多无药控制抗生素耐药性的方法

这一研究并非科学家首次尝试通过无药途径控制抗生素耐药性。2023年10月，Süel 和芝加哥大学的研究团队开发了一种生物电子设备，可以利用细菌天然的电活动抑制其生长。该设备通过调节皮肤表面细菌的离子平衡，有效减少了表皮葡萄球菌的有害影响。这种细菌以引发医院感染而闻名，并且常表现出极高的抗生素耐药性。

在两项研究中，带电离子的作用被证明是调控细菌行为的重要工具。这些成果为未来开发环境友好型抗感染方法奠定了基础。

迎接无药时代：应对抗生素危机的未来展望

抗生素耐药性已经成为全球医疗系统无法回避的严峻挑战。从北极到海洋，从地下水到我们的日常生活，抗生素污染的广泛存在使细菌的耐药性不断增强。Süel 强调：“几十年来，抗生素的滥用使我们有效的抗菌武器几乎耗尽。我们迫切需要新的解决方案，尤其是无药物替代方法。”

研究的突破性发现为应对耐药菌提供了重要线索。通过削弱耐药菌对资源的竞争力，科学家们找到了另一条道路，或许可以避免传统抗生素的不足。尽管未来还有许多挑战，但这些研究为解决全球抗生素危机提供了新的思路，也许可以在不久的将来扭转抗生素耐药性蔓延的趋势。

抗生素耐药性的战斗正迈向一个新的阶段，而这一切才刚刚开始。

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