皮肤细菌金黄色葡萄球菌常常发展出抗生素抗性，这使得它能够引起难以治疗的感染。波恩大学的研究人员揭示了一种特定金黄色葡萄球菌株保护自己免受重要抗生素万古霉素影响的巧妙方式。研究结果已发表在《微生物学光谱》杂志上。
在研究中，研究人员调查了一种对人类无害的金黄色葡萄球菌株的抗性发展。为此，他们在实验室的营养介质中培养了该菌株，并逐渐增加万古霉素的浓度。金黄色葡萄球菌是快速突变的细菌。所研究的菌株也缺乏通常修复这些遗传变化的机制。这意味着它特别快速地获得新特性，包括对万古霉素更大的耐受性。在抗生素的存在下，只有这些突变体能够存活。
“这使我们在八周内获得了一种能够应对抗生素浓度增加100倍以上的菌株，”波恩大学医院医学微生物学、免疫学和寄生虫学研究所的Gabriele Bierbaum教授解释道。研究人员现在想知道指定为VC40的菌株是如何做到这一点的。
细菌是单细胞生物，被一层薄薄的脂质膜包围。这几乎像肥皂泡一样脆弱，金黄色葡萄球菌细胞的内部压力会破坏这层膜。因此，膜被细胞壁包围，细胞壁像一件极其坚固的保护服一样包围着细菌。这个墙由几层通过肽交联的碳水化合物链组成，即肽聚糖。这创造了一个稳定的结构。
金黄色葡萄球菌和其他细菌在细胞内产生这种结构的基本构件，然后通过膜将它们输送出去。抗生素万古霉素在那里捕获它们，阻止它们被纳入墙内。结果，细胞死亡。
“我们的细菌菌株的细胞壁比正常金黄色葡萄球菌厚得多，”Bierbaum说。“细胞壁还含有许多分子链，其末端几乎没有交联。这些非交联位点可以结合万古霉素。”细胞壁因此像一块海绵一样吸收抗生素，并阻止其到达膜。同时，结合的万古霉素堵塞了这块海绵的孔隙，从而阻塞了通向膜的路径。
然而，这种策略是有代价的：“由于交联较少，墙壁被削弱，”Michael Hort解释道，他是Bierbaum研究小组的博士生。“因此，它更容易被某些称为自溶素的酶破坏。”自溶素在细菌繁殖过程中是必需的，例如：它们在细胞分裂期间切割细胞壁，并确保细胞能够分离。即使细胞生长，分子剪刀也会不断打开保护服的接缝，以便可以插入新的肽聚糖补丁。因此，自溶素非常重要。
然而，它们对细胞壁减弱的细菌构成威胁。
研究人员能够展示金黄色葡萄球菌株如何防御其中一种最重要的自溶素：S. aureus VC40修改了细胞壁的特定成分，即壁磷壁酸。这些在正常交联中只起次要作用，并执行其他任务。S. aureus VC40菌株将某些糖分子结合到磷壁酸上。这使它们能够抑制自溶素与细胞壁的结合。“我们生成了一个不包含这些糖分子的S. aureus VC40的子菌株，”Bierbaum说。
“这使其对万古霉素的敏感性几乎增加了20倍。”
金黄色葡萄球菌可以在许多地方找到，包括大多数人的皮肤上。它们通常在那里是无害的。然而，如果它们进入伤口或血液，它们可以引起严重的感染。所谓的MRSA菌株（缩写代表“耐甲氧西林金黄色葡萄球菌”）通常对几种抗生素具有抗性，因此难以控制。
“我们的研究表明，突变如何以如此复杂的方式相互补充，以至于菌株因此发展出明显的抗性，”Gabriele Bierbaum解释道。“通过这种方式，它增加了我们对金黄色葡萄球菌通过自发遗传变化适应其环境并逃避抗生素影响的理解。”
参与机构和资助：除了波恩大学外，蒂宾根大学也参与了这项研究。该研究由德国研究基金会（DFG）资助。