Nature，Cell两篇论文直击最具挑战性的细菌：发现入侵的秘密

　　

研究人员在《自然》杂志上报告说，他们已经找到了一种方法，可以让抗菌药物穿过铜绿假单胞菌几乎无法穿透的外膜。铜绿假单胞菌是一种众所周知的细菌，一旦感染了人，就很难治疗。

研究小组通过用数百种化合物轰击铜绿假单胞菌，并使用机器学习来确定积聚在其中的分子的物理和化学特征，发现了如何穿透细菌的防御。他们利用这些信息将一种以前对铜绿假单胞菌没有活性的抗菌药物转化为具有活性的药物。

“假单胞菌仍然是最难治疗的革兰氏阴性感染，而革兰氏阴性感染一般来说是非常具有挑战性的，50多年来，美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration)从未批准过针对革兰氏阴性菌的新型抗生素药物。”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学教授Paul Hergenrother说。

革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌的细胞壁组成不同。文章一作Emily Geddes说，铜绿假单胞菌有一个紧密包裹的带负电荷的外膜。“这使得其他分子很难通过被动扩散通过。”

Geddes说，铜绿假单胞菌也有其他防御措施，包括高度专业化的孔蛋白，它允许它进入特定的营养物质，同时阻止其他物质进入，以及排出不需要的化合物的外排泵。

假单胞菌有12个外排泵，Geddes说：“这确实使它具有其他一些细菌物种所没有的多种耐药机制。“

“我们的目标基本上是测试一系列化合物，看看什么类型的分子进入细菌细胞并留在细胞中，希望从中学到一些设计原则。”

早期对铜绿假单胞菌的研究主要集中在抗生素上，测试哪些抗生素可以杀死或削弱细菌，Hergenrother说。

“我们采取了不同的方法——测试各种非抗生素化合物，并跟踪哪些化合物在体内积累。然后，我们使用机器学习来理解蓄能器共有的化学特征”。

该方法表明，在其他特征中，表面带正电荷的化合物和具有更多氢键供体表面积的化合物更有可能在铜绿假单胞菌中积累。

这些化合物“可以在细菌膜上制造出某种缝隙，使其不稳定，从而让其他物质通过”。

一旦知道了一种化合物必须具备什么特征才能穿透假单胞菌，研究人员选择通过修改现有的抗生素药物来测试这些规则，夫西地酸（fusidic acid）用于治疗革兰氏阳性感染，但对革兰氏阴性细菌没有活性。研究人员修改了这种药物，创造了一种叫做FA前药的衍生物，它包含了机器学习练习中发现的特征。

结果表明，实验成功了。

“当我们增加正电荷和氢键供体表面积时，我们看到假单胞菌中FA前药的积累相应增加，经过这些改变，我们发现他们的活动能力提高了64倍。”

“单独使用氟西地酸对假单胞菌没有任何活性，”Hergenrother说。“因此，能够将其构建进去是对规则的有力展示。”

Geddes说，FA前药本身可能不会作为抗假单胞菌感染的候选药物。但在这项研究中学到的原理将有助于设计新的化合物来对抗这些危险的耐药感染。

同时，来自德国科隆大学的Jan Rybnike团队等在Cell杂志上发表了文章，发现感染PA的pwCF会表现出对PcrV的多种B细胞反应，进而产生能消除T3SS所介导毒性的单克隆抗体（mAb），并指出这些抗PcrV mAb可用作高效抗假单胞菌药物。

这项工作表明长期或重复暴露于铜绿假单胞菌会诱导体内产生高度中和的抗菌抗体，可表现出对临床耐药菌株的广泛活性，减少细菌负荷以及体内全身炎症，强调了这些单抗作为靶向铜绿假单胞菌的治疗和预防剂的潜力。

文章标题

Porin-independent compound accumulation in Pseudomonas enables antibiotic discovery

Discovery of highly neutralizing human antibodies targeting Pseudomonas aeruginosa