研究挑战了有关结核病细菌如何生长的假设

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杆状结核病 (TB) 细菌被世界卫生组织再次列为全球头号传染病杀手，它是迄今为止观察到的第一个在整个生命周期内保持稳定生长速度的单细胞生物。塔夫茨大学医学院的研究人员于 11 月 15 日在《自然微生物学》杂志上发表了这些发现，颠覆了细菌细胞生物学的核心信念，并暗示了这种致命病原体为何如此轻易地战胜我们的免疫系统和抗生素。
“研究细菌最基本的事情就是它们如何生长和分裂，但我们的研究表明，与更容易研究的模型生物相比，结核病病原体遵循着一套完全不同的规则，”医学院分子生物学和微生物学教授、工程学院生物医学工程教授布里·奥尔德里奇 (Bree Aldridge) 说，她也是该论文的共同资深作者，另一位作者是魏茨曼科学研究所的阿里尔·阿米尔 (Ariel Amir)。
结核病菌之所以能在人体内存活，是因为感染的某些部分可以在宿主体内快速进化，让这些异常菌逃避检测或抵抗治疗。如果某人患有结核病，需要服用数月的各种抗生素才能治愈，即便如此，这种方法也只能在 85% 的患者身上奏效。Aldridge 和她的同事推测，我们对这一现象背后的基本生物学原理的理解存在差距，这阻碍了更有效治疗方法的开发。
然而，要得到答案却是一项缓慢而细致的工作。该论文的第一作者之一、医学院博士后研究员 Christin (Eun Seon) Chung 花了三年时间在专门处理高危病原体的设施中观察单个结核细胞的行为。由于结核病细菌每 24 小时翻一番（而几种模型细菌则为 20 分钟），Aldridge 的团队需要开发和部署新的显微镜方法，在一周的时间内拍摄微生物。Chung 分析了拍摄的镜头，并手动追踪每个结核病细菌及其后代，因为它们非常小且容易移动，所以不能使用自动分析。
这些实验表明，结核杆菌并不遵循预期的细胞生长模式。在其他细菌物种中，生长呈指数增长，这意味着细胞越小，生长速度越慢。对于结核杆菌来说，无论是新生（且较小）还是细胞周期已进行很久并即将分裂，其生长速度都可能相同。
Chung 表示：“这是首次报道的能够做到这一点的生物体。结核病的行为挑战了基本的细菌生物学，因为人们一直认为核糖体（细胞中蛋白质合成的场所）驱动细胞生长速度，但我们的研究表明结核病细菌中可能还发生了其他事情，这引发了有关其生长控制的新问题。”
除了报告称单个细菌细胞的生长行为存在巨大差异外，研究小组还发现了结核杆菌的另一种新生长行为：它们在出生后也可以从任一端开始生长。这是出乎意料的，因为相关细菌只从分裂时与母细胞分离的另一端开始生长。
总之，这些观察结果表明，结核病菌使用替代策略来增加其后代的变异性，挑战了基于更快生长和更统一的模型生物的先前假设。Aldridge 表示，这项研究将帮助她的实验室和其他研究团队更好地理解和利用这些机制进行治疗。
“许多基础微生物学研究都是在快速生长的模型生物中进行的，虽然它们作为模型是有原因的，但这并不意味着它们就是其他类型细菌的代表，”奥尔德里奇说。“我们还没有在基础层面研究大量的生命多样性，这项研究证明了我们为什么需要研究病原体本身。”
这篇论文的另一位共同第一作者、哈佛大学的 Prathitha Kar 和原塔夫茨大学医学院的 Maliwan Kamkaew 也参与了这项研究。