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抗生素被认为可以消灭细菌，然而药物有时会给微生物带来意想不到的优势。
抗生素被认为可以消灭细菌，然而药物有时会给微生物带来意想不到的优势。
罗格斯大学健康研究所发表在《Nature Communications》上的一项新研究表明，用于治疗尿路感染的主要药物环丙沙星会使大肠杆菌（E.coli）陷入能量危机，从而使许多细胞免于死亡，并加速全面耐药的演变。
Rutgers New Jersey Medical School的学生Barry Li说：“抗生素实际上可以改变细菌的新陈代谢，我们想看看这些变化对有害细菌生存机会的影响。”
Li和资深作者Jason Yang专注于三磷酸腺苷（ATP），一种为细胞提供动力的分子燃料。当ATP水平下降时，细胞会经历“生物能量应激”。为了模拟这种应激，该团队用不断燃烧ATP或其同类烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）的基因排泄物来改造大肠杆菌。然后，他们将工程菌株和正常细菌与环丙沙星进行对比。
结果让研究人员感到惊讶。药物和基因消耗都会削减ATP，但细菌并没有减缓，反而加速了。呼吸急速增加，细胞喷出额外的活性氧分子，可能会破坏DNA。这种狂热产生了两个令人不安的结果。
首先，更多的细菌细胞存活下来。
在时间杀伤试验中，与未受应激的对照组相比，受应激细胞经受致命剂量环丙沙星的次数是受应激细胞的十倍。这些顽强的游荡者，被称为持久细胞，在药物消失之前一直处于低位，然后反弹，引发新的感染。
长期以来，人们将细胞持续形成归咎于代谢迟缓。
“人们预计新陈代谢较慢会导致更少的死亡，”Li说。“我们看到了相反的情况。细胞加速新陈代谢以补充能量，从而启动压力反应，减缓死亡。”
后续实验将这种保护追溯到严格的反应，即细菌报警系统，该系统可以对压力下的细胞进行重新编程。
第二，应激细胞突变更快，进化更快抗生素耐药性.
虽然持续感染会使感染持续发酵，但基因耐药性会使药物彻底失效。罗格斯大学的研究小组通过不断增加的环丙沙星剂量使大肠杆菌循环，并发现应激细胞比正常细胞早四轮达到耐药阈值。DNA测序和经典突变测试指出氧化损伤和容易出错的修复是罪魁祸首。
医学院助理教授，微生物学、生物化学和分子遗传学首席学者Jason Yang说：“新陈代谢的变化使抗生素的作用减弱，并有助于细菌产生耐药性。"
初步测量表明，除环丙沙星外，庆大霉素和氨苄西林也能消耗ATP。应激效应可能涉及非常不同的病原体，包括对ATP电击高度敏感的病原体结核分枝杆菌。
如果是这样，这一发现将为全球威胁带来新的曙光。抗生素耐药性已导致每年127万人死亡。忽视治疗代谢影响的策略可能会失去一个关键杠杆。
研究结果表明抗生素的开发和使用发生了一些变化。
首先，筛选候选抗生素以防止意外的能量消耗副作用。其次，将现有药物与阻止应激途径或清除多余氧自由基的抗进化促进剂配对。第三，重新考虑以尽可能高的剂量冲击感染的本能。早期的研究和新的数据都表明，极端浓度会引发保护细菌的压力。
Yang说：“细菌把我们的攻击变成了训练营。如果我们能切断那个营地的电源，我们就能让抗生素工作更长时间。”
他们计划测试能够缓解生物能量压力的化合物，以期将微生物能源危机转变为阿基里斯之踵，而非盾牌。
