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与实验室相比细菌在人体中的表现如何

我们今天所了解的关于铜绿假单胞菌等致命细菌的大多数都是从实验室环境中进行的研究中获得的。5月14日在美国国家科学院院刊上发表的研究报告显示,这些基于实验室的信息可能对预测这些虫子入侵人类后的行为方式有重要限制。

与实验室相比细菌在人体中的表现如何

其中的差异是导致抗生素抗性的基因表达增加,这是目前用于治疗多种感染的药物的祸害。这项新研究可以帮助科学家了解如何从他们的实验室工作中得出更准确的结论- 并为医生提供更好的治疗细菌感染的信息。

“人类感染的细菌往往能够耐受抗生素,但当我们将它们培养在人体外时,它们非常容易受到感染,”佐治亚理工学院生物科学学院教授,​​埃默里联合主任马文·怀特利说。 -Children的囊性纤维化中心。“在本文中,我们发现,与我们的实验室和小鼠建模系统相比,几种对抗生素耐受性很重要的基因在人体中高度诱导。人类似乎有一些独特的促进抗性的因素。”

可能导致这种差异的原因仍然是个谜,尽管已知细菌会受到环境的影响。了解细菌基因及其表达水平在人类中的差异可以让研究人员寻找更好地模拟人类条件的实验室条件,并为使用抗生素提供更好的指导。

“理解哪些抗生素抗性基因在人体中高度表达可能会为我们关于抗生素使用的治疗决策提供信息,”怀特利说道,他在佐治亚理工学院担任分子和细胞生物学的Bennie H.和Nelson D. Abell主席,并且是乔治亚研究联盟。杰出的学者。“例如,人们可能会预测感染群体对基因表达数据的抗生素耐药性,而无需在临床实验室培养微生物。”

该研究得到了美国国立卫生研究院,囊性纤维化基金会和伦德贝克基金会的支持。除佐治亚理工学院的研究人员外,该研究团队还包括德克萨斯理工大学健康科学中心,密西西比大学医学中心,加州大学以及丹麦的几个临床和研究机构的科学家。

铜绿假单胞菌是一种威胁免疫功能低下者的重要病原体,包括患有囊性纤维化,糖尿病和肥胖症的人。这是一种主要的医院获得性感染,疾病控制和预防中心将多种耐药性细菌菌株定性为严重威胁。

在他们的研究中,科学家分析了人类临床感染和实验室实验的RNA测序数据。人体样本来自合作的临床医生,他们直接从患者身上取样并将其放入保存RNA的化学物质中以备后续处理。实验室实验在各种生长条件下研究了不同的细菌菌株,从抗生素处理到与其他细菌的竞争。

研究人员还包括以前发表的Whiteley实验室和其他研究团队的体外和小鼠实验数据。数据分析技术包括称为支持向量机的机器学习方法,其用于区分取自人和体外来源的样品的基因表达谱。

“我们看到了一些因抗生素抗性而臭名昭着的基因的高表达,包括编码从细胞中挤出抗生素的外排泵的基因以及降解某些抗生素的酶,如氨苄西林,”Whiteley实验室研究科学家Daniel Cornforth说。这篇论文的第一作者。“研究抗生素耐药基因的研究也较少,其中三项与锌转运相关,我们之前的工作已确定为关键的抗生素耐药决定因素,这些因素也在人类患者中高度表达。”

虽然这项研究只针对一个麻烦的病原体,但怀特利认为结果可能会产生更广泛的影响。“我们实际上对人类感染过程中的细菌行为知之甚少,而且大多数模型系统无法复制人类感染的大多数方面。我希望这项工作可以推广到其他细菌。”

通过确定与标准实验室设置相比,细菌在人体中的表现如何不同,该工作可为更多样本和不同类型的感染进行额外研究奠定基础。

“这项研究的关键点在于,现在微生物学家可以对一系列人类感染的细菌群体进行转录组学研究,因此我们可以更好地了解细菌在这些临床感染中的实际作用,”Cornforth说。“我们还可以确定我们的实验室模型在哪里成功以及它们在模仿这些感染环境方面失败的地方。”

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