沙門氏菌是一種常見的致病菌，感染后可引發(fā)嚴重的疾病，在治療沙門氏菌感染時，抗生素是不可或缺的手段。然而，即使在沒有耐藥性的情況下，抗生素的根除失敗也時有發(fā)生，這通常被歸因于宿主壓力引發(fā)的細菌藥物耐受性或某些細菌亞群（如持留菌）對殺滅作用的抵抗。本研究通過在感染小鼠和模擬組織的生物反應(yīng)器中進行實驗，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沙門氏菌的活性遠低于標準實驗室條件下的活性，主要原因是嚴重的營養(yǎng)限制限制了沙門氏菌的復(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、抗菌肽等條件對沙門氏菌的殺滅作用影響有限。

圖1 文獻基本信息

持留菌并非主要障礙

在實驗室條件下，持留菌被認為是導(dǎo)致抗生素清除障礙的關(guān)鍵因素。然而，本研究通過更準確的單細胞實時檢測發(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。實時單細胞檢測顯示，整個沙門氏菌群體都表現(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，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比

圖3 不同應(yīng)激條件對恩諾沙星殺菌效果的影響

營養(yǎng)限制是關(guān)鍵因素

研究進一步揭示，營養(yǎng)限制是導(dǎo)致抗生素清除效果差的主要因素。在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中，沙門氏菌的復(fù)制速度加快，抗生素的殺滅作用也顯著增強（圖4b）。在模擬臨床感染的小鼠模型中，營養(yǎng)限制同樣限制了沙門氏菌的復(fù)制和抗生素的活性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)限制條件下，沙門氏菌的損傷減少，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 細菌復(fù)制速率對抗生素殺傷效率的影響及抗生素暴露時間與細菌世代數(shù)的關(guān)系 

實時單細胞檢測的重要性

傳統(tǒng)的CFU檢測方法可能會產(chǎn)生誤導(dǎo)，因為它依賴于細菌在平板上的生長情況，而忽略了抗生素暴露后細菌的后續(xù)損傷。本研究通過實時單細胞檢測技術(shù)，能夠更準確地評估抗生素的活性。例如，在恩諾沙星暴露后，實時檢測顯示沙門氏菌的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快速殺滅階段和一個緩慢殺滅階段（圖5c）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)限制條件下，沙門氏菌的損傷減少，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)強調(diào)了實時單細胞檢測技術(shù)在研究細菌耐藥性中的重要性，為未來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氏菌的 DNA 損傷

原文出處：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08506-6

來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~蒙曉瑩。