抗生素是上個(gè)世紀最偉大的發(fā)明之一，但隨著(zhù)抗生素的使用，細菌的耐藥性也不斷增加，甚至出現了越來(lái)越多的“超級細菌”，這引發(fā)了人們對于未來(lái)傳染病治療的憂(yōu)慮。近日，《Cell》期刊一篇最新研究給出了新的對策：日常的膳食元素或許能解決致命的細菌感染，并使細菌與宿主化敵為友。
美國Salk研究所的研究人員最近在《Cell》雜志發(fā)表了他們的最新科研成果：僅僅通過(guò)給予小鼠膳食鐵補充劑，就可以使他們在致命的細菌感染中存活，并使這些致病細菌的**降低。
“抗生素是醫學(xué)上最重要的發(fā)現之一，我們仍然需要繼續努力開(kāi)發(fā)新的抗生素，但我們也需要尋找其他治療傳染病的方法。”論文的通訊作者Janelle Ayres教授說(shuō)，“我們的工作表明，我們可以馴服細菌，約束它們的行為，實(shí)際上我們已經(jīng)促進(jìn)了一些不那么危險的菌株進(jìn)化。”
Ayres教授是研究微生物與其宿主之間相互作用的先驅?zhuān)l(fā)現越來(lái)越多的證據證明，除了殺死病原體的免疫系統外，我們還擁有所謂的合作防御系統，它在宿主-微生物相互作用過(guò)程中促進(jìn)健康。例如，在2017年，她的團隊就發(fā)現，沙門(mén)氏菌可以緩解宿主在生病時(shí)對食物的天然厭惡感，從而為細菌提供更多營(yíng)養，并讓宿主的感染癥狀減輕。2015年時(shí)，Ayres教授的實(shí)驗室在小鼠體內發(fā)現了一種大腸桿菌菌株，能夠通過(guò)減少損耗來(lái)增加動(dòng)物對肺部和腸道感染的耐受性，在嚴重感染時(shí)宿主常常發(fā)生可致命的肌肉組織損耗。
而這次，Ayres教授的研究小組研究了由檸檬酸桿菌（CR）引起的小鼠自然發(fā)生的胃腸道感染，它會(huì )導致腹瀉，體重減輕，并且在極端情況下導致小鼠死亡。為了研究合作防御系統的新機制，Salk團隊使用了一種被稱(chēng)為致死劑量50（LD50）的方法，這種方法可殺死50％的宿主，而另一半的宿主存活下來(lái)。
他們使用了系統生物學(xué)方法，分析了感染但不發(fā)病的小鼠、感染并患病的小鼠以及未感染的健康小鼠的所基因表達情況。該分析顯示，在感染但不發(fā)病的小鼠群體中，宿主的鐵代謝增加了！
為了進(jìn)一步測試鐵代謝在感染期間促進(jìn)合作防御系統發(fā)生作用的機制，Ayres教授和她的合作給了一群老鼠LD100劑量的檸檬酸桿菌（理論上在這個(gè)劑量下小鼠均會(huì )死亡），并將一半的群體喂養正常食物，另一半喂食補充了鐵的食物。在14天之后，兩組均正常飲食。
到第20天時(shí)，在無(wú)鐵補充的實(shí)驗組中，所有小鼠均死于感染。然而，在補鐵組中，即使在第30天，受感染的小鼠仍然全部保持著(zhù)健康狀態(tài)！研究人員還驚訝地發(fā)現，即使給動(dòng)物服用LD100劑量1000倍的病原體，通過(guò)飲食補鐵2周的小鼠依然可以健康地存活。
組織分析顯示，兩組受感染的小鼠具有相當水平的細菌量，但是補鐵組小鼠看起來(lái)很健康，而無(wú)鐵組小鼠卻都死亡了。在進(jìn)一步的研究中， Ayres和她的團隊發(fā)現了膳食鐵抗感染的機制。
他們發(fā)現在飲食中補充鐵會(huì )導致小鼠胰島素抵抗的急性狀態(tài)，這減少了小鼠從腸道吸收的葡萄糖的量，同時(shí)增加了腸道中葡萄糖的量，而腸道中病原體葡萄糖代謝的增加阻止了疾病相關(guān)基因的開(kāi)啟。該團隊同時(shí)還發(fā)現，他們可以繞過(guò)鐵，直接使用葡萄糖補充劑來(lái)產(chǎn)生相同的抗感染結果。
有趣的是，Ayres和她的團隊發(fā)現，一年后感染了檸檬酸桿菌并且接受過(guò)兩周補鐵療法的小鼠仍然健康地活著(zhù)，而它們的胃腸道中仍然有檸檬酸桿菌的定植。“這是非常令人興奮的，因為它表明我們基本上弱化了病原體菌株的致病能力。”Ayres說(shuō)。
為了確定這種弱化情況的存在，研究小組對從這些小鼠中分離出的檸檬酸桿菌進(jìn)行了基因組測序，發(fā)現細菌的基因已經(jīng)產(chǎn)生了突變，引起疾病所必需的基因失去了功能。這意味著(zhù)，我們確實(shí)可以通過(guò)滿(mǎn)足病原體的營(yíng)養需求，來(lái)使病原體與宿主從對抗走向合作。
雖然她的團隊發(fā)現膳食鐵是治療感染性腹瀉的有效方法，但Ayres教授警告說(shuō)，補鐵治療不適用于所有的傳染病。“對一些感染，例如瘧疾來(lái)說(shuō)，補充鐵是一種危險的做法，因為鐵反而會(huì )促進(jìn)寄生蟲(chóng)生長(cháng)。”Ayres說(shuō)。
該小組接下來(lái)計劃研究弱化的細菌菌株是否可以用作一種活**，并且探索弱化的細菌菌株是否會(huì )恢復毒力。
參考資料：
Scientists find that common dietary elements cure lethal infections, eliminating the need for antibiotics
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