組織(藍色)中結核分枝桿菌(染成紅色)，圖片來自維基共享資源
美國哈佛大學公共衛(wèi)生學院(Harvard School of Public Health, HSPH)研究人員開展的一項新研究給為什么一些肺結核病細胞天生就更加難用抗生素來治療提供一種新的解釋,。這篇研究發(fā)現(xiàn)分枝桿菌(mycobacteria)細胞分裂和生長的方式?jīng)Q定著它們對藥物治療的敏感性,，可能為開發(fā)出更好地攻擊肺結核菌細胞的藥物提供新的方法。2011年12月15日,，該研究提前在線發(fā)表在《科學》上。
該研究的博士后青年和共同第一作者Bree Aldridge說，“我們發(fā)現(xiàn)分枝桿菌的這種簡單和意料之外的生長和分裂模式意味著一些細胞在面臨抗生素時能夠存活,。”
肺結核病是每年殺死150萬多人的傳染病，很難治療,。即便是進行合適的抗生素治療,，一些傳染性細胞似乎仍然能夠存活非常長的時間。
研究小組著手研究是什么決定著存活的細胞與那些死亡的細胞不同,。他們設計了一種獨特的微流體室(microfluidic chamber),，在里面培養(yǎng)行為類似于結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis)細胞的恥垢分枝桿菌(Mycobacterium smegmatis)細胞，同時用一種活細胞成像系統(tǒng)拍照,。
研究人員起初認為恥垢分枝桿菌細胞分裂時將產(chǎn)生相似大小的子細胞,，就像大腸桿菌那樣。相反地,，他們吃驚地發(fā)現(xiàn)恥垢分枝桿菌子細胞是相當多樣性的,，有著高度不同的大小和生長率。他們發(fā)現(xiàn)這種多樣性的產(chǎn)生是由于恥垢分枝桿菌以一種不同尋常的方式生長,，只在一端伸長,。當不對稱的母細胞分裂時，它產(chǎn)生的子細胞在根本上存在著較大的不同,，包括它們的生長性質(zhì),。
研究人員猜測這些生理學上不同的細菌細胞亞群將導致它們在抗生素---能夠作用于對細菌細胞生長和分裂所必需的過程---的敏感性上存在差別。為了測試這種假設,，它們用不同種類的抗生素處理細菌細胞,，隨后觀察子細胞亞群如何做出反應。
結果顯示不同的子細胞對抗生素處理表現(xiàn)出不同的敏感性,，從而證實分枝桿菌細胞群體含有天生地能夠忍受抗生素的細胞,，從而讓人們對為什么肺結核病是如此難治療提供重要的啟示。
研究通訊作者Sarah Fortune說,，“發(fā)現(xiàn)分枝桿菌跟諸如大腸桿菌之類的其他細胞存在著根本上的不同是令人吃驚的,。人們很容易推定大多數(shù)細菌以類似方式發(fā)揮作用。盡管這有時是正確的,，但是這篇研究就顯示細菌物種,，如肺結核細菌，可能彼此之間也存在著顯著性的差別”。研究人員希望利用他們的發(fā)現(xiàn)能夠開發(fā)出治療方案,，在這些方案中抗生素結合使用以便特異性地攻擊耐受性的細胞亞群,。(生物谷：towersimper編譯)
doi:10.1126/science.1216166
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PMID:
Asymmetry and aging of mycobacterial cells leads to variable growth and antibiotic susceptibility
Bree B. Aldridge, Marta Fernandez-Suarez, Danielle Heller, Vijay Ambravaneswaran, Daniel Irimia, Mehmet Toner, Sarah Fortune
Cells use both deterministic and stochastic mechanisms to generate cell-to-cell heterogeneity, which enables the population to better withstand environmental stress. Here, we show that, within a clonal population of mycobacteria, there is significant deterministic heterogeneity in elongation rate that arises because mycobacteria grow in an unusual, unipolar fashion. Division of the asymmetrically growing mother cell gives rise to daughter cells that differ in elongation rate and size. Because the mycobacterial cell division cycle is governed by time, not cell size, rapidly elongating cells do not divide more frequently than slowly elongating cells. Importantly, the physiologically distinct subpopulations of cells that arise through asymmetric growth and division are differentially susceptible to clinically important classes of antibiotics.
