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细菌如何食用骨骼来维持侵袭性感染

范德比尔特大学医学中心的研究人员已经确定了金黄色葡萄球菌在骨骼中存活的代谢途径。侵袭性金黄色葡萄球菌感染经常发生在骨中,并且众所周知地对抗微生物治疗具有抗性。该研究报告于6月7日至6月11日在佐治亚州亚特兰大举行的美国微生物学会年会ASM Microbe上发表。

细菌如何食用骨骼来维持侵袭性感染

“我们发现金黄色葡萄球菌本身需要合成某些氨基酸,而不是依赖宿主营养素,”范德比尔特感染,免疫学和炎症研究所副主任,医学博士,医学博士Jim Cassat说。研究作者。研究人员专注于金黄色葡萄球菌如何从宿主中获得必需的细胞构建模块。所有生命形式都需要多达13种必需代谢物,用于促进细胞增殖并形成大分子,如蛋白质,核酸和脂质。

“因为这些特殊的氨基酸生物合成途径只在微生物和植物中发现,它们可能是开发新型抗菌化合物的特别有吸引力的目标,”Cassat博士说。总的来说,这项工作揭示了细菌病原体在侵入性感染期间如何从宿主获得关键营养素。

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是最重要的人类细菌病原体之一,部分原因是它能够感染几乎每个器官并导致显着的组织破坏。这种组织破坏使得侵入性葡萄球菌感染特别难以治疗,因为抗生素渗入感染部位是有限的。

在侵入性金黄色葡萄球菌感染期间最常受影响的部位之一是骨,当考虑骨骼的组织特性时这是矛盾的。具体而言,骨骼具有低氧浓度,并且不断被成骨细胞(骨形成细胞)和破骨细胞(骨再吸收细胞)破坏和重组。众所周知,骨感染(骨髓炎)对抗微生物治疗是顽固的,并导致严重的发病率。

“因此,许多骨感染患者需要手术切除感染或受损的骨骼,”Cassat博士说,“我们的实验室研究骨髓炎,目的是确定细菌病原体在如此动态的环境中如何存活,骨细胞如何感知和应对细菌病原体,以及免疫反应如何与骨转换相互作用。“

为了测试金黄色葡萄球菌如何在骨髓炎期间获得这些关键营养素,研究人员使用了一大批细菌突变体,这些突变体缺乏各种代谢途径。他们在小鼠骨髓炎模型中测试了这些突变体,以确定哪些途径有助于骨骼的存活。为了补充这些研究,该团队开发了一种离体检测方法,其中Staph被迫使用骨骼作为唯一的营养来源。这些方法揭示了特定的代谢途径,这些途径对于骨中的细菌存活是绝对必需的

在之前的研究中,Cassat博士和研究人员使用了一种称为“转座子测序”或“TnSeq”的特殊技术来鉴定导致骨髓炎的金黄色葡萄球菌基因。然而,这些实验涉及大量细菌突变体,它们可能彼此竞争,或者甚至可能在感染期间共享营养物。因此,仅使用TnSeq可能难以准确理解哪些代谢途径对骨感染是重要的。

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