温和噬菌-抗生素协同灭菌

2022-08-23 00:00:00
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核心提示:迄今为止,所有噬菌体治疗都使用了烈性噬菌体,而非温和噬菌体,因为温和噬菌体可以整合到细菌宿主的基因组中并处于休眠状态。然而,温和噬菌体是相对丰富的,更容易分离。为了利用这些温和噬菌体,作者利用已知的压力原(抗生素)来唤醒这些休眠的整合噬菌体。将温和噬菌体HK97与亚抑菌浓度的环丙沙星共同使用,可在体外消除细菌(>8log降低)。

  迄今为止,所有噬菌体治疗都使用了烈性噬菌体,而非温和噬菌体,因为温和噬菌体可以整合到细菌宿主的基因组中并处于休眠状态。然而,温和噬菌体是相对丰富的,更容易分离。为了利用这些温和噬菌体,作者利用已知的压力原(抗生素)来唤醒这些休眠的整合噬菌体。将温和噬菌体HK97与亚抑菌浓度的环丙沙星共同使用,可在体外消除细菌(>8log降低)。

  概略:

  温和噬菌-抗生素协同灭菌是由溶原耗竭所驱动的:即温和噬菌体通过整合进宿主菌中,导致溶原性宿主的抗生素敏感性降低,低浓度的抗生素诱导溶原菌内噬菌体裂解,耗尽溶原菌株种群,即杀灭耐药细菌。

  亮点:

  1 温和噬菌体HK97与环丙沙星协同杀灭大肠杆菌

  2 机制:温和噬菌体-抗生素协同作用是由溶原耗竭所驱动

  3 机制上不同于传统的噬菌体-抗生素协同作用

  结果:

  1. 温和噬菌体和抗生素协同抑制细菌生长


  温和噬菌体HK97与1/2MIC的环丙沙星(CP)联合使用可协同抑制细菌K12的生长

  2. 定量衡量tPAS的杀菌效果


  噬菌体单独条件下,过夜终点CFU仅降低了10倍,相比之下,在1/2CP-tPAS,细菌被根除与对照组相比,终点菌落的CFU减少了2.7*108。将观察到的数据与噬菌体和抗生素的独立效应的预期乘法进行比较,得到了噬菌体HK97与环丙沙星使用时产生强协同效应的最明确证据(图B)。

  这种联合治疗可以增强抗生素或噬菌体的杀伤效果。

  tPAS背后的机制是什么?

  首先确定是否是传统PAS的已知机制:即抗生素存在时,与噬菌体产量增加有关,包括菌斑大小和噬菌体爆发量。

  3. 温和噬菌体-抗生素协同作用(tPAS )不同于传统的PAS


  噬菌斑大小略有增加(图A);噬菌体滴度仅在½MIC时增加3倍,相比传统PAS增加量要小的多(图B),即tPAS协同作用机制与传统PAS作用机制不同,噬菌体数量的减少不是由更多的噬菌体驱动的;有无环丙沙星,噬菌体HK97的潜伏期不受影响(图C),即tPAS不受裂解时间变化的驱动;有无环丙沙星,噬菌体HK97的爆发量差异(4.1)远小于PAS(>10.5) (图D),即tPAS不受噬菌体爆发量的驱动;K12-recA突变体对单独的抗生素更敏感,与RecA的作用一致 (图E),然而,观察到的协同作用在K12-recA突变体中完全丧失,即SOS反应在tPAS中发挥关键作用,与传统PAS作用机制不同。

  4. tPAS耗尽溶原菌株种群


  存活菌中溶原菌的百分比从没有抗生素的98%和1/8 MIC时的100% 降至1/2MIC时的32%,即随着抗生素浓度的增加,非溶原菌的比例增加;其原因是抗生素通过限制溶原种群的扩张,阻止了溶原菌群的形成。


  KB和MIC测定曲线证实了溶原菌对环丙沙星的敏感性增加(图A, B);暴露在½MIC抗生素下的溶原菌的特征诱导生长曲线(图C),同时在½和¼MIC诱导4小时后HK97噬菌体滴度增加(图D)。表明为抗生素诱导噬菌体的结果。

  即抗生素通过诱导溶原菌裂解,耗尽溶原菌株种群,进而达到tPAS协同消灭细菌的结果。

  总结:

  综上所述,在此系列研究中,作者阐明了温和噬菌体与抗生素协同作用的机制,这种协同作用与之前描述的烈性噬菌体不同,在这种机制中,抗生素不仅仅增加噬菌体的产量,而且通过RecA蛋白(细菌SOS反应的关键元素)起作用,即抗生素通过诱导细菌群落中溶原菌的裂解,耗尽溶原菌株种群,阻止了溶原菌的生存,进而达到tPAS协同消灭细菌的结果。研究的结果为温和噬菌体作为佐剂的应用提供了理论基础,这种协同作用可能为克服耐药性提供了一种有效的方案。

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