细菌群体空间异质性导致抗生素耐受

一项科学研究揭示了细菌对抗生素产生群体抗性的新机制，为开发针对细菌群体的抗生素治疗策略提供了新方向。

何为空间异质性？

病原细菌在感染过程中以群体形式存在。细菌群体常表现出空间异质性，群体中不同空间区域的细菌处于出不同的生理状态，这使得抗生素的疗效具有很强的空间依赖性。此外，空间异质性能够促进细菌产生跨区域的相互作用，导致群体抗性。

抗生素的在细菌群体中的分布

研究团队研究了抗生素在大肠杆菌生物被膜群体中的空间分布，发现以四环素为代表的多种抗生素富集在细菌群体的外围区域，然而在内部区域的富集程度较低。这种空间差异性的富集取决于支持群体生长的碳源葡萄糖的空间分布。

空间异质性如何导致细菌群体耐受效应？

研究显示，大肠杆菌群体外围区域可以在抗生素的作用下维持正常的葡萄糖消耗。这种消耗阻止了葡萄糖扩散到群体的内部区域，导致内部维持在葡萄糖匮乏的状态，从而避免了抗生素在群体内部的聚积、保护了群体的内部区域。研究团队发现，群体外围区域之所以能够维持葡萄糖消耗，是因为其具有较低的膜电势。低膜电势导致抗生素积累缓慢，为细菌适应抗生素提供了时间窗口。

图. 细菌群体能够更好得适应抗生素，并通过持续性的葡萄糖消耗维持群体的空间异质性，确保了群体在抗生素撤除后能够更好得恢复生长

关键发现

抗生素在细菌中的积累是由葡萄糖的可用性决定的。

群落外围在多种抗生素作用下都能保持葡萄糖消耗，而且这种现象具有群落特异性。

抗生素在群落中的空间效应是由葡萄糖的空间可用性通过其对膜电位的影响决定的。

结论

细菌群落生活导致细菌的低膜电位，允许缓慢的抗生素积累治疗和更好的适应。葡萄糖的消耗由群落外围区域维持，从而限制了葡萄糖向群落内部的渗透。由此产生的葡萄糖可用性的空间异质性以膜电位依赖的方式保护了内部免受抗生素积累的影响，确保了抗生素治疗后社区的快速恢复。该研究结果揭示了细菌对抗生素产生群体抗性的新机制，为开发针对细菌群体的抗生素治疗策略提供了新方向。

参考文献：

Zhang Y, Cai Y, Jin X, et al. Persistent glucose consumption under antibiotic treatment protects bacterial community[J]. Nature Chemical Biology, 2024: 1-9.