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在医学领域，顽固性细菌感染常由休眠细菌（如持留菌和活的非可培养状态细胞 VBNC）引发，但人们对其休眠和复苏机制知之甚少。研究人员围绕细菌休眠和蛋白质聚集展开研究，发现聚集体影响休眠和复苏，为理解细菌感染机制提供依据。
在微观的细菌世界里，存在着一群 “狡猾” 的休眠细菌，它们是导致顽固性细菌感染的幕后黑手，其中包括持留菌（persisters）和活的非可培养状态细胞（VBNC） 。这些细菌能在抗生素的 “攻击” 下存活，给临床治疗带来了极大的挑战。尽管它们在临床上意义重大，但人类对细菌休眠的发展和复苏机制却了解甚少。此前，虽有研究发现蛋白质聚集与大肠杆菌的休眠存在关联，但其中的具体机制仍是谜团，这就像在黑暗中摸索，看不清前行的方向。为了揭开这层神秘的面纱，来自比利时 KU Leuven、VIB-KU Leuven 等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用了多种技术方法来探索这一复杂的机制。在细菌培养方面，使用大肠杆菌（E. coli）BW25113 菌株进行实验，并构建多种基因敲除和过表达菌株。利用定量显微镜技术来测量含有蛋白质聚集体的细胞比例；通过质谱（MS）分析确定聚集体的蛋白质组成；运用荧光共振能量转移（FRAP）和原子力显微镜 - 红外光谱（AFM - IR）等技术研究聚集体的结构和性质。
研究结果如下：
- 蛋白质聚集与休眠时间的关系：研究人员通过删除或过表达与细菌中心调节和代谢过程相关的基因，比较不同基因型大肠杆菌中休眠和聚集的时间。结果发现，在大多数菌株中，聚集的起始时间先于或与持留菌峰值时间一致，且聚集和休眠的时间点高度相关，不过在 ΔrpoS 菌株中两者的时间可比性较低，表明聚集可能诱导持留，但并非唯一决定因素。
- 蛋白质聚集体的成分：对不同菌株的蛋白质聚集体进行质谱分析，发现聚集体中富含与核苷酸转运和代谢、翻译、能量产生及各种代谢过程相关的蛋白质。随着时间推移，聚集体会逐渐隔离更多参与能量产生和翻译的蛋白质，这些蛋白质的隔离和消耗可能导致相应过程的关闭或减少，进而诱导休眠。
- 蛋白质聚集对能量和翻译的影响：测量细胞的 ATP 水平、膜去极化和翻译水平随时间的变化，发现早期 IbpA 聚集先于 ATP 消耗和膜去极化发生，且过表达 obgE 会加速 ATP 消耗和膜去极化，但不影响翻译下降。这表明蛋白质聚集与能量水平下降有关，而与翻译减少无明显关系，聚集可能通过诱导 ATP 消耗来促进休眠发展。
- 操纵蛋白质聚集对休眠的影响：通过删除或过表达伴侣蛋白 DnaK 来操纵蛋白质聚集，发现删除 dnaK 会加速聚集和休眠诱导，但会阻碍持留菌的恢复和再生长；过表达 DnaK 则减少 Ph 聚集并延迟休眠发展，进一步支持了蛋白质聚集促进休眠诱导的观点。
- 蛋白质聚集体的结构变化：利用 1,6 - 己二醇处理和 FRAP、AFM - IR 技术研究聚集体结构，发现早期 IbpA 聚集体具有液体样性质，后期 Ph 聚集体更像固体。随着时间推移，聚集体中的蛋白质会从液体样凝聚物转变为固体样聚集体，且成熟聚集体中分子间 β - 片层数量增加，这使得聚集体更难溶解，阻碍了 VBNC 细胞的生长恢复，表明从持留菌到 VBNC 细胞的转变可能是由于蛋白质凝聚物的固化。
研究结论和讨论部分指出，该研究为蛋白质聚集诱导大肠杆菌休眠的假说提供了有力支持。蛋白质聚集先于 ATP 消耗和休眠发生，且聚集体在休眠细胞恢复生长前被去除。持留菌与早期液体样凝聚物相关，易于恢复生长；VBNC 细胞则与晚期固体样聚集体相关，恢复生长困难。这一发现挑战了传统观点，即 VBNC 细胞并非因能量水平更低而难以恢复，而是由于聚集体的固化。此外，研究还发现细菌休眠过程非常动态，以往对某些基因（如 sdhC）的研究结论可能因未考虑动态过程而不准确，因此建议将抗生素耐受性检测从单点测量改为对持留菌和 VBNC 细胞形成的动态测量。该研究不仅加深了人们对细菌休眠和复苏机制的理解，为开发针对顽固性细菌感染的新治疗策略提供了理论基础，还为生命科学领域中蛋白质聚集与细胞状态关系的研究开辟了新方向，具有重要的科学意义和临床应用价值。
