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分枝桿菌不對稱分裂導(dǎo)致肺結(jié)核難以治愈
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在細(xì)菌分裂后，你通常能夠得到更多相同的東西：一個細(xì)胞一分為二，并產(chǎn)生兩個完全一樣的拷貝。然而一項新的研究表明，對于導(dǎo)致人類肺結(jié)核(TB)的分枝桿菌卻并非如此，這或許能夠解釋為什么這種疾病是如此難以治愈。分枝桿菌能夠不對稱地分裂，由此生成的細(xì)胞能夠按照不同的速度生長，具有不同的大小，以及對于抗生素具有不同的易感性，從而至少增加了一些細(xì)胞幸存下來的幾率。研究人員希望這一發(fā)現(xiàn)能夠幫助他們研制出對付這些特別難以殺死的細(xì)胞的藥物。 文章的第一作者、美國波士頓市哈佛公共衛(wèi)生學(xué)院的免疫學(xué)家Sarah Fortune表示：“真的難以置信，我們直到現(xiàn)在才找出這些基本的東西。但它反映了一個事實，即對分枝桿菌的研究還相對不足�！� 據(jù)估計，全世界有超過1/3的人口被結(jié)核分枝桿菌所感染。大多數(shù)人的免疫系統(tǒng)能夠控制這種細(xì)菌，但是一個千載難逢的機(jī)會卻將1/10的休眠感染轉(zhuǎn)化為肺結(jié)核；這種疾病依然每天導(dǎo)致4000人死亡。肺結(jié)核采用半年或更長時間的抗生素結(jié)合治療——這是一個很大的缺點，因為患者通常會過早地放棄治療，從而增加了出現(xiàn)對藥物具有抗性的菌株的風(fēng)險�？茖W(xué)家曾認(rèn)為，分枝桿菌之所以難以被殺死，是因為即便在那些發(fā)病的病人體內(nèi)依然存在休眠的細(xì)胞，并且這些細(xì)胞與代謝活躍的細(xì)菌相比對抗生素缺乏易感性。 然而Fortune和她的同事發(fā)現(xiàn)了第二種更令人驚訝的機(jī)制。他們在一個小營養(yǎng)箱中培育了恥垢分枝桿菌——這種細(xì)菌與結(jié)核分枝桿菌相近，但生長速度更快，從而能夠觀測單個活體細(xì)胞的生長和復(fù)制。與其他桿狀細(xì)菌（例如大腸桿菌）不同，分枝桿菌細(xì)胞能夠不對稱分裂，從而形成了大小和生長速度具有廣泛差異的一系列細(xì)胞類型。研究小組在日前的美國《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報告了這一研究成果。 通過用熒光染料標(biāo)記分枝桿菌的細(xì)胞壁，并觀測新的、未染色的細(xì)胞壁在紡錘極的生長，研究人員發(fā)現(xiàn)，子細(xì)胞主要在它們的“老”極生長。隨著由細(xì)胞分裂產(chǎn)生的新末端越來越大，細(xì)胞也伸長得越來越快。并且隨著細(xì)胞經(jīng)過多次分裂，具有許多不同“年齡”的紡錘極逐漸浮現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致了各種各樣的生長速度。 重要的是，這些細(xì)胞在其對于抗生素的易感性上同樣存在差異——“較老的”、快速生長的細(xì)胞對于異煙肼和環(huán)絲氨酸更為易感；而“年輕的”、生長緩慢的細(xì)胞對于利福平則更為易感。Fortune表示：“當(dāng)我開始對分枝桿菌進(jìn)行研究時，曾設(shè)想所有的細(xì)菌都是無法區(qū)分的。這是關(guān)于為什么細(xì)胞的表型不同的首個深刻認(rèn)識�！彼f，不對稱是分枝桿菌保持其群體多樣性的方式，就像病毒通過發(fā)瘋般地突變來形成多樣性一樣。 德國柏林市馬普學(xué)會傳染生物學(xué)研究所的免疫學(xué)家Stefan Kaufmann表示：“這是一項重要的研究，因為它表明我們對于生物體的認(rèn)識是錯誤的�！盞aufmann警告說，“隨著我們著眼于單個微生物，我們發(fā)現(xiàn)了多樣性”，但大多數(shù)實驗都是用恥垢分枝桿菌進(jìn)行的，因此要用結(jié)核分枝桿菌加以證實。但他說：“這至少可以部分證明為什么肺結(jié)核如此難以治療，并且為合理尋找由能夠殺死不同細(xì)菌類型的藥物構(gòu)成的新的組合治療鋪平了道路�！� Asymmetry and Aging of Mycobacterial Cells Lead to Variable Growth and Antibiotic Susceptibility Aldridge, Bree B.; Fernandez-Suarez, Marta; Heller, Danielle; Ambravaneswaran, Vijay; Irimia, Daniel; Toner, Mehmet; Fortune, Sarah M. 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. 文獻(xiàn)鏈接：http://www.sciencemag.org/conten ... 3-bba3-824ec2b86d8e |
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