革兰氏阳性菌Priestia megaterium通过表观遗传记忆预先形成"启动细胞"以应对致死性抗生素胁迫

抗生素耐受性（persistence）是导致慢性感染和耐药性进化的重要机制。本研究首次在革兰氏阳性菌Priestia megaterium中发现"启动细胞"（primed cells）亚群，这些细胞通过表观遗传记忆将应激准备状态传递给后代，显著提高过渡期和稳定期的持久菌（persisters）数量。研究采用改良的Luria-Delbrück波动试验（FT）揭示该现象在多种抗生素和化学胁迫中的普适性，为开发靶向持久菌的新型疗法提供理论依据。

　　

抗生素耐药性已成为全球健康危机，每年导致数百万人死亡。更棘手的是，细菌群体中存在一类特殊细胞——持久菌（persisters），它们虽不具备遗传耐药性，却能通过进入休眠状态逃逸抗生素杀伤。这种"耐受性"导致治疗周期延长，大大增加了耐药突变产生的风险。传统观点认为持久菌随机产生，但最新研究发现某些细菌能"未雨绸缪"，在遭遇抗生素前就预先做好准备。

美国特拉华大学（University of Delaware）的研究团队在《Communications Biology》发表突破性研究，首次在革兰氏阳性菌Priestia megaterium（原Bacillus megaterium）中发现"启动细胞"（primed cells）亚群。这些细胞通过表观遗传机制将应激准备状态传递给后代，使细菌群体在遭遇致死剂量抗生素时产生更多持久菌。研究创新性地采用改良版Luria-Delbrück波动试验（Fluctuation Test, FT）结合单细胞培养技术，通过比较群体水平（Noise Control, NC）和单细胞水平的持久菌数量差异，证实启动细胞的存在。此外还运用生长曲线分析、最小抑菌浓度（MIC）测定和化学应激（氟化物）实验等多重验证手段。

P. megaterium培养物含有"启动细胞"

通过对比常规培养（NC）和单细胞克隆培养（FT）的持久菌数量差异，发现FT组出现高达60倍的波动幅度（图3C），远超过NC组的2倍差异。关键控制实验排除了耐药突变的可能性：高持久菌克隆的MIC值与野生型相同（0.064 μg/mL），且在100×MIC浓度下无生长。

启动细胞具有短期记忆

记忆测试显示，1:2和1:10稀释的克隆培养物间持久菌数量保持强相关性（图4B），该记忆可维持约9代。表观遗传机制可能是这种跨代记忆的基础，而非染色体可逆重排（RCRs），因为记忆丢失呈现规律性而非随机性。

持久菌数量不依赖生长速度

与传统认知相反，研究发现在OD₆₀₀ 0.3-0.8范围内，细菌生长速率与持久菌数量无显著相关性（图4C）。这表明代谢状态而非生长速度才是决定持久菌形成的关键因素。

启动细胞在生长后期增加

过渡期（OD₆₀₀~1.0）和稳定期（OD₆₀₀~1.5）的持久菌数量分别比对数期增加2倍和4倍（图5C,D）。但波动系数（CV）和极差保持不变，说明这是启动细胞数量增加所致，而非产生新型持久菌。研究否定了I型（稳定期）和II型（对数期）持久菌存在本质差异的观点。

广谱应激适应性

在60 mM氟化钠胁迫下，FT组出现78倍的持久菌数量波动（图6A），稳定期存活率比对数期高2.5倍（图6B）。这表明启动细胞能应对多种化学应激，不仅是抗生素。

该研究颠覆了对抗生素耐受性的传统认知，揭示细菌通过表观遗传编程主动"备战"的进化策略。启动细胞的存在解释了为何稳定期细菌更难根除，也为临床治疗提供新思路：针对表观遗传通路的药物可能有效清除持久菌。研究在Bacillus subtilis中的验证表明该机制可能广泛存在于革兰氏阳性菌中（补充图S4A）。未来研究将聚焦启动细胞形成的分子机制及其在生物膜感染中的作用，为开发"抗持久菌"疗法开辟新途径。