意义:
摘要:
主要结果:
1. 氧化还原活性代谢物(RAMs)降低了铜绿假单胞菌的膜电位、质子泵效率和ATP水平
本研究探讨了RAMs对铜绿假单胞菌生物能量状态的影响。通过比较三种主要苯嗪类物质(吩嗪素—PYO、苯嗪-1-羧酸—PCA、苯嗪-1-羧酰胺—PCN)及毒黄素—TOX的作用,发现它们在有氧营养限制条件下能显著降低菌体的膜电位(ΔΨ)、质子泵效率和ATP水平。使用染料DiOC2(3)测量ΔΨ,结果显示PYO等RAMs导致细胞去极化。通过氧化剂脉冲实验,发现PYO抑制了与呼吸相关的质子泵活性,降低了能量保留能力。PCN、PCA和TOX也表现出类似效应,尽管程度不同。此外,RAMs按抑制ΔΨ的顺序降低了细胞ATP浓度,阻止了营养饥饿条件下的还原性分裂现象。这些结果表明,RAMs通过降低铜绿假单胞菌的生物能量状态,可能影响其生存能力和抗生素耐受性,为理解细菌耐药机制提供了新的视角。
2. 氧化还原活性代谢物(RAMs)以不同速率降低膜电位,并生成独特的亚群以增强抗压能力
进一步探究了RAMs对铜绿假单胞菌膜ΔΨ及妥布霉素耐药性的影响。Δphz突变株与RAMs共孵育后,PYO、PCN和TOX加速了ΔΨ下降,但未达到CCCP的降低幅度。ΔΨ抑制程度与妥布霉素存活率正相关,PCA无显著影响。饥饿条件下,细胞ΔΨ下降,妥布霉素耐受性略增。RAMs处理生成独特ΔΨ群体分布,PYO、TOX和CCCP形成去极化单一群体,PCN异质性增加,PCA抑制强去极化亚群形成。这些结果表明,RAMs通过不同速率降低ΔΨ并生成独特亚群,从而增强细胞抗压能力,为理解细菌耐药机制提供新视角。
3. RAM介导的生物能量抑制是可调的,不依赖于外排泵,并影响对多种抗生素的耐受性
PYO与CCCP共处理无额外效益,而尼可酸逆转PYO的保护作用,证实降低ΔΨ增强抗生素耐受性。PYO的存在对影响妥布霉素存活至关重要,外排泵抑制无显著影响。PYO的保护作用存在剂量依赖,在囊性纤维化痰液中可达高浓度。RAMs对庆大霉素和环丙沙星的耐受性有类似作用,但对黏菌素略呈协同。RAM介导的抗生素耐受性与代谢相关抗生素最为相关,影响细胞能量预算。
4. RAM介导的生物能量抑制和抗生素耐受性能够扩展到生物膜
由于细菌的主要生存方式是存在于生物膜中,即细胞聚集在彼此接近并被细胞外基质包裹的群落中,我们希望确定在浮动培养中观察到的RAM介导的生物能量抑制是否能转化到这一生活方式。因此,我们将PYO作为代表性RAM,重点研究以下几个问题:
1) PYO是否能增加生物膜在妥布霉素面前的生存能力;
2) ΔΨ的抑制是否导致生物膜的保护;
3) 妥布霉素是否在生物膜的有氧外部区域致死,而PYO可能在该区域降低ΔΨ。
使用琼脂生物膜测试法模拟慢性感染环境,发现PYO能增强生物膜对妥布霉素和环丙沙星的生存能力。野生型和PYO补充的Δphz生物膜比Δphz生物膜存活更多。CCCP也保护生物膜免受妥布霉素影响,且Δphz生物膜的保护效果更强,表明生物能量抑制促进抗生素耐受性。细胞损伤主要限于生物膜的有氧区域,进一步证实PYO在该区域降低ΔΨ的作用。这些发现表明RAM介导的生物能量抑制在生物膜抗生素耐受性中起重要作用。
文中图表: