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转基因益生菌保护肠道微生物群，并降低抗生素耐药性传播的可能性？

科学家


转基因益生菌保护肠道微生物群，并降低抗生素耐药性传播的可能性？


关于抗生素的最新研究！
转基因益生菌保护肠道微生物群 ， 并降低抗生素耐药性传播的可能性 。

来源：ArtemisDiana / iStock /盖图片社 。
美国麻省理工学院（MIT）的合成生物学研究人员设计了一个系统来保护肠道微生物群免受抗生素的影响 。
这项发表在《自然生物医学工程》上的新研究报告了在小鼠中成功使用“活生物治疗”的情况——一种基因工程细菌 ， 产生一种分解肠道抗生素的酶 。
该论文的高级作者、麻省理工学院教授詹姆斯·柯林斯说：“这项工作表明 ， 可以利用合成生物学来创造一类新的工程疗法 ， 以减少抗生素的不利影响” 。
抗生素的黑暗面
抗生素——杀死或抑制细菌生长的物质——在对抗细菌感染方面非常重要 。
但抗生素也有阴暗的一面 。 人类越来越多地使用抗生素 ， 导致抗生素耐药性上升 ， 这使得许多细菌疾病越来越难以成功治疗 。
抗生素治疗还可以杀死我们常驻健康肠道微生物群中的细菌——生活在我们胃肠道中的数万亿微生物 ， 并有助于食物消化、免疫发育和维生素合成 。
这导致了两个问题：首先 ， 我们可能会失去好的细菌给我们提供的好处；其次 ， 这种破坏可能会使微生物生态系统的平衡转向造成伤害的物种 。
在某些情况下 ， 抗生素的这些滥杀滥伤作用可能会产生危及生命的后果 。 在美国 ， 每年约有15000人死亡 ， 原因是过度使用抗生素后艰难梭菌过度生长引起的腹泻和结肠炎（结肠炎症） 。
因此 ， 虽然抗生素是对抗细菌感染的重要和必要工具 ， 但努力限制抗生素耐药性和肠道微生物群损伤是研究的关键优先事项 。
保护良好的细菌免受抗生素的侵害
麻省理工学院的团队从一种细菌物种乳酸乳杆菌菌菌株开始 ， 该菌通常用于奶酪生产 ， 通常被认为对人类食用是安全的 。
研究人员对L. lactis菌株进行了基因工程 ， 以产生一种名为β-内酰胺酶的酶 ， 该酶分解了β-内酰胺类抗生素 。 β-内酰胺是一类广泛使用的抗生素 ， 包括青霉素、氨苄青霉素和阿莫西林 。 它们目前约占美国处方抗生素的60% 。
研究人员希望将他们工程的L. lactis引入肠道将创建一个β-内酰胺酶屏蔽 ， 以保护局部肠道微生物群免受错误抗生素的损害 。
为了测试他们的发明 ， 他们给小鼠注射了氨苄西林和两剂工程乳酸杆菌 。 他们表明 ， L. lactis成功地产生了β-内酰胺酶 ， 并降解了小鼠肠道中的氨苄青霉素 ， 而没有降低血液中的氨苄青霉素水平 。
麻省理工学院医学工程与科学研究所（IMES）研究科学家、新论文的主要作者Andres Cubillos-Ruiz说：“这有力地证明了这种方法可以保护肠道微生物群 ， 同时保持抗生素的功效” 。
研究人员还证实 ， 用L. lactis和氨苄青霉素治疗的小鼠在肠道微生物群中保持着相似的细菌多样性和组成 。 相比之下 ， 仅接受氨苄西林的小鼠的微生物群发生了变化 ， 包括细菌多样性的显著下降 ， 到实验结束时尚未恢复 。
避免抗生素耐药性
故意将抗生素耐药性机制 ， 如β-内酰胺酶的产生 ， 可能看起来很鲁莽 。 如果引入的细菌利用其抗生素耐药性优势接管微生物群 ， 或将β-内酰胺酶基因转移到另一个继续造成麻烦的物种 ， 该怎么办？
研究团队对此有了一个聪明的计划 。
在设计它们特殊的L. lactis菌株时 ， 研究人员将β-内酰胺酶的基因分解成两部分 ， 并将每个片段放在单独的DNA上 。 这意味着这两个片段不太可能一起转移到另一个细菌细胞 。
相反 ， L. lactis分别产生两个片段 ， 并将其导出到细胞外 ， 在那里 ， 这两个片段可以重新组装 ， 形成一种功能酶 ， 保护整个细菌群落 ， 而不仅仅是L. lactis本身 。
“他们的生物遏制策略使抗生素降解酶能够输送到肠道 ， 而不会有水平基因转移到其它细菌的风险 ， 也不会因活生物疗法获得额外的竞争优势” 。
事实上 ， 研究人员在他们的小鼠实验中发现 ， 与接受细菌菌株的小鼠相比 ， 在没有乳酸杆菌的情况下接受氨苄青霉素治疗的小鼠的肠道细菌中 ， 抗生素耐药基因更普遍 。
两全其美
研究团队现在希望开发一种可以在人类中实验的L. lactis治疗版本——最初是在高危人群中 ， 这些疾病因抗生素治疗而加剧 ， 如艰难梭菌感染 。

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