超级细菌，即对多种抗生素耐药的细菌，代表了现代医疗的重要障碍。最近的研究指出了这些细菌适应和抵抗抗生素的机制中的一个脆弱性。
超级细菌或对多种抗生素耐药的细菌，给现代医疗带来了相当大的挑战。来自Dresden工业大学分子生物工程中心（B CUBE）和巴黎巴斯顿研究所的研究小组发现了细菌系统中促进抗生素耐药适应的缺陷。他们的研究在期刊Science Advances上发表，可能会提高现有抗生素的疗效。
自1928年青霉素被发现以来，抗生素革命性地改变了医疗，使治疗细菌感染变得更加容易。然而，抗生素的出现引发了医疗科学和细菌之间的持续斗争，细菌迅速进化以智胜这些药物，导致许多治疗变得无效。这些常被称为“超级细菌”的抗生素耐药性细菌，对患有慢性疾病或免疫系统受损的人构成严重风险。
“我们不是在创造新的抗生素，而是旨在深入了解细菌如何发展耐药性，”该研究的首席研究员、Dresden工业大学B CUBE的施利尔夫教授（Prof. Michael Schlierf）解释道。这项研究揭示了不同细菌发展抗生素耐药性的速度差异，揭示了新对策的潜在途径。
遗传工具箱的应用
“我们的研究围绕整合子系统展开，它充当一种遗传工具箱，使细菌能够通过共享基因适应环境，包括负责抗生素耐药的基因，”与施利尔夫教授的团队合作的巴黎巴斯顿研究所研究组负责人马泽尔教授（Prof. Didier Mazel）表示。
整合子系统像一个工具箱，使细菌能够与后代和邻近细胞存储和交换耐药基因。它依赖于特定蛋白质（称为重组酶）所促进的分子“剪切和粘贴”策略。虽然整合子系统已经得到了广泛研究，但细菌获得新耐药性的速度可能会有显著差异。
这种差异主要是由于整合子系统内DNA序列的不同。“DNA序列被独特的DNA发夹所包围—因其U形外观而得名—允许重组酶附着并创建能够切割和替换DNA片段的结构，”马泽尔教授详细说明。
施利尔夫实验室利用最前沿的显微镜技术研究了重组酶蛋白与各种DNA发夹序列结合的强度。他们的结果表明，蛋白质与DNA之间更强的结合复合物在获取耐药基因方面更为有效。
利用力量
施利尔夫团队利用被称为光学镊子的先进显微技术，测量了分离不同蛋白质-DNA对所需的微小力量。“通过光学镊子，我们本质上是用光从两端握住一条单链DNA并将其拉开，类似于松开绳索上的结，”参与研究的施利尔夫实验室科学家埃卡特琳娜·沃罗别夫斯卡娅（Dr. Ekaterina Vorobevskaia）解释道。
该小组观察到，拆解蛋白质-DNA复合物所需的力量与剪切和粘贴动作的有效性之间存在直接关系。“强大的蛋白质-DNA复合物可以有效地切割DNA并迅速插入新的耐药基因。相反，容易崩溃的弱复合物需要不断重新组装，这解释了为什么某些细菌获得抗生素耐药性比其他细菌更快，”沃罗别夫斯卡娅博士评论道。
利用弱点
“整合子系统长期以来一直是微生物学家关注的焦点，但我们的贡献在于将生物物理数据整合，以通过物理角度阐明该系统的行为，”施利尔夫教授表示，并补充道“这种对力量的易感性可能反映了各种生物系统中的更广泛原则。”
研究人员相信，在整合子系统中发现的这一脆弱性可能为创造额外疗法提供指导，旨在利用或诱发DNA-蛋白质复合物的不稳定性，以补充现有抗生素并提高其对抗细菌的疗效。
