细菌也会“内斗”：一项新研究揭示致病性与耐药性背后的微生物武器

细菌竞争，不只是“抢营养”

在人们通常的理解中，致病菌之所以危险，往往与毒力因子、抗生素耐药基因或宿主免疫逃逸能力有关。但一篇发表在《Nature Communications》的研究提醒我们：细菌之间的“战争”，也可能是理解病原菌传播和耐药性形成的重要线索。该研究以大肠杆菌中的细菌素为模型，系统分析了细菌携带“攻击武器”的生态意义，发现这些武器并非随机分布，而是与致病性、毒力因子和抗菌药物耐药性密切相关。

细菌常生活在高密度、多物种的微生物群落中，例如人类肠道。这里空间有限、营养竞争激烈，细菌不仅要“吃得上”，还要“站得住”。为此，许多细菌进化出能够抑制或杀死近缘竞争者的系统，细菌素就是其中一类重要武器。研究指出，这些武器可以帮助细菌在复杂群落中获得竞争优势，并影响微生物群落组成；而对于病原菌来说，能否在肠道等环境中定植和持续存在，往往是进一步造成感染的重要前提。

致病型大肠杆菌更“全副武装”

研究团队分析了2601株完整大肠杆菌基因组，发现约23.4%的菌株至少编码一种细菌素，其中质粒编码的细菌素比染色体编码更常见。更值得关注的是，细菌素并不是平均分布在所有大肠杆菌中，而是在肠外致病性大肠杆菌（ExPEC）中更为富集。ExPEC可引发尿路感染、败血症、肺炎和脑膜炎等严重感染，是临床上高度关注的致病菌类型。

一发现说明，携带细菌素的能力可能与病原菌在宿主体内或微生物群落中的适应性有关。研究进一步显示，一些临床重要的ExPEC谱系，如ST95、ST69、ST131等，也较常携带细菌素质粒。这意味着，“细菌武器”可能并不是单纯的附属遗传元件，而可能参与病原菌的生态竞争、定植扩张和感染过程。

毒力、铁获取与耐药基因常被“打包”在同一质粒上

这项研究最有启发性的地方在于，它把细菌素、毒力因子和抗菌药物耐药性联系到了一起。研究发现，许多携带细菌素的质粒同时还编码铁获取系统、黏附因子、溶血素等毒力相关因子，甚至携带多类抗菌药物耐药基因。尤其是靶向铁摄取受体的细菌素，如ColIa、ColIb、ColM、ColB和MccV，常与铁载体系统共同出现。

铁是细菌生长必需元素，但宿主体内常通过限制铁供应来抑制病原菌。病原菌若能更有效地夺取铁，便更容易在宿主体内生存。研究认为，在炎症或低铁环境下，细菌一方面通过铁获取系统增强自身生长能力，另一方面又利用靶向铁摄取受体的细菌素攻击竞争者，从而形成“双重优势”。这种“夺铁+杀敌”的组合，可能帮助病原菌在肠道或其他宿主环境中持续存在，并进一步扩散到尿路、血液等部位。

更令人警惕的是，研究显示62%的铁靶向细菌素质粒含有至少一类抗生素耐药基因，36.7%编码对三类及以上抗生素的耐药能力。也就是说，某些质粒可能同时携带“竞争武器”“致病工具”和“耐药装备”，一旦在细菌间传播，就可能加速危险菌株的形成和扩散。

高流动性让“细菌武器”更具公共卫生风险

研究还发现，细菌素相关质粒具有很强的可移动性。超过97%的大肠杆菌colicin质粒被预测具有移动能力，其中相当一部分能够通过接合转移到其他细菌中。研究还观察到，某些细菌素基因可能通过转座子在不同质粒之间移动。这说明，细菌素不仅能帮助单个菌株竞争，还可能作为可传播遗传模块，在细菌群体中不断重组和扩散。

更进一步，研究发现部分大肠杆菌细菌素质粒还可与沙门氏菌等肠杆菌科病原菌共享，尤其是ColIa和ColIb相关质粒。这提示细菌武器的传播并不局限于同一物种内部，而可能跨越不同致病菌类群。对于公共卫生而言，这种跨菌种传播意味着毒力、竞争能力和耐药性可能在更大范围内联动扩散。

研究提示，未来在监测致病菌时，除了关注传统毒力因子和耐药基因，也应重视细菌素及其所在质粒。因为这些看似属于“菌间战争”的武器，可能正是危险耐药菌株在复杂微生物群落中站稳脚跟、传播扩张的重要助力。

参考文献：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64363-5