2010年12月20日

预防医疗器械的细菌感染

一位老人的照片 这张扫描电子显微镜照片显示了细胞外基质中的一簇表皮葡萄球菌细菌(绿色),该细胞连接细胞和组织国家国际开发署 /落基山实验室。

新的研究发现了一种蛋白质,可以帮助细菌从导管之类的医疗设备中分解出来并传播到整个身体。这一发现深入了解了被称为生物膜的细菌群落如何引起疾病,并为将来的治疗提供了潜在的靶标。

生物膜是复杂的多层微生物群落。它们可以在牙齿等生物表面上形成,也可以在导管内放置在患者体内的医疗设备上形成。生物膜中的细菌对抗菌剂有抵抗力,并且难以治疗。生物膜组成 表皮葡萄球菌 细菌是医院感染的主要原因,并可能导致败血症。

由美国国立卫生研究院过敏和传染病研究所(NIAID)的迈克尔·奥托(Michael Otto)博士领导的研究小组着手确定生物膜中细菌的分离和分散方式。他们研究了表皮葡萄球菌释放的一种蛋白质,称为酚溶性调节蛋白β,或PSMβ。他们之所以选择PSMβ是因为它的结构,这暗示它可能像一种称为表面活性剂的分子一样起作用,可以帮助细菌传播。该研究报告于2010年12月6日在线发布在 临床研究杂志.

科学家们首先证实 表皮葡萄球菌 在生物膜中会产生PSMβ蛋白。然后,为了测试蛋白质是否促进生物膜形成,他们培养了不能产生自身PSMβ的突变细菌。他们发现,向培养基中添加中等水平的PSMβ会导致更多的生物膜形成,而较高的水平会导致更少的生物膜形成。这表明PSMβ可能起双重作用,有助于形成生物膜,同时也帮助细菌从中分离。

为了更直接地观察分离,研究人员对细菌进行了基因改造,使其在制成PSMβ时变成绿色。在显微镜下检查时,产生PSMβ的细菌大多见于生物膜的外层,或分离并漂浮在液体中。此外,通常在细菌从该区域消失之前就出现了强烈的绿色信号。这表明细菌在离开生物膜之前立即产生了PSMβ。

为了研究PSMβ是否可以帮助细菌在活生物体中传播,研究小组在小鼠中插入了2条导管。一个导管上有正常的表皮葡萄球菌。另一个具有缺乏PSMβ的突变体。几天之内,正常细菌扩散到器官和体液,但是缺乏PSMβ的细菌几乎没有迁移。

为了阻止细菌扩散,研究小组用抗PSMβ抗体治疗了小鼠。抗体阻止细菌扩散到除淋巴结外的所有器官,而淋巴结的数目明显减少。

在其他葡萄球菌中也发现了PSM蛋白。尽管这项研究仍处于早期阶段,但它为遏制生物膜相关感染开辟了新途径。奥托说:“这非常重要,特别是因为它将生物膜分离的这种机制与体内感染的传播联系起来。”

—艾里森·比利(Allison Bierly)博士

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