罗马尼亚斯卡里索阿拉洞穴深处坐落着全球最大的地下冰川之一,这块形成于约1.3万年前的巨型冰层规模相当于40个奥运会标准游泳池。
研究该洞穴冰层中远古微生物的科学家表示,他们解冻分析的一种细菌菌株对10种现代抗生素具有耐药性,这些抗生素常用于治疗尿路感染和结核病等疾病。虽然目前没有证据表明该细菌对人类有害,但唤醒沉睡数千年的微生物听起来犹如科幻小说情节。然而这项新研究证明,在某些情况下,耐药性早在现代抗生素被研发或医生开出处方前,就已在自然环境中自然演化形成。
"古细菌能抵抗现代抗生素,是因为抗生素耐药性是微生物在数百万年竞争中形成的古老进化特性,"罗马尼亚科学院布加勒斯特生物研究所微生物学部门高级科学家、本周发表在《微生物学前沿》科学期刊上的研究报告资深作者克里斯蒂娜·普尔卡雷亚表示。
研究指出,在数百万年演化过程中,细菌通过交换小段DNA(甚至在不同菌种间)共享有益特性,这种进化军备竞赛的生存策略恰巧导致某些菌株对特定抗生素产生免疫——这类现象在极端环境生存的微生物中更为普遍。"现代抗生素可能加速耐药性传播,但其分子机制在人类研发这些药物前就已存在于自然界,"普尔卡雷亚补充道。
科学家表示,这项研究获得的洞见或有助于对抗当前无法用常规抗生素治疗的现代超级细菌。
冰芯核心发现
普尔卡雷亚及其同事研究的新发现菌株Psychrobacter SC65A.3是一种嗜冷菌,无法感染人类。"该菌株是嗜冷菌,意味着它适应寒冷环境而非人体。Psychrobacter属物种通常存在于冰层或冷藏环境,包括食品中,"她解释道。
研究样本取自洞穴"大殿区"钻取的25米(82英尺)圆柱形冰芯,该冰芯包含1.3万年的冻结物质,但本研究分析的样本来自5000年前的冰层。在实验室中,研究人员分离出多种细菌菌株并测序其基因组,以评估哪些基因使其能在低温生存,哪些与抗菌耐药性相关。
针对SC65A.3菌株,当暴露于28种常规抗生素时,研究人员发现它对包括甲氧苄啶(trimethoprim)、克林霉素(clindamycin)和甲硝唑(metronidazole)在内的10种抗生素具有耐药性,这些药物用于治疗细菌感染。
普尔卡雷亚表示,随着地球变暖导致冰川和冰洞融化,被困数千年的微生物可能被释放。"尽管大多数无害,但某些可能携带抗生素耐药性或未知生物分子,影响现有生态系统,"她通过邮件补充道。她与同事并非唯一研究全球变暖背景下远古微生物风险及抗菌耐药性古老起源的团队,其他研究者已复活冻土中4.8万年前的病毒,评估长期休眠病原体引发疫情的低概率但被低估的风险。
风险与希望
最新研究发现的细菌菌株也为对抗超级细菌带来希望。Psychrobacter SC65A.3基因组分析揭示出11种基因,可能具有杀死或抑制其他细菌、真菌和病毒生长的能力。
多数抗生素源自土壤中的细菌和真菌,但近几十年因过度使用,病原体对许多此类药物产生耐药性。世界卫生组织数据显示,全球每年近500万人死亡与抗菌耐药性相关,寻找新型抗生素候选药物的紧迫性从未如此迫切。
英国牛津大学药物化学博士后研究员马修·霍兰德(未参与本研究)表示,研究人员正在冰洞和海底等新型极端环境中搜寻可开发成新型抗生素的生物分子。"罗马尼亚团队发现这种特殊细菌对10种较先进合成抗生素具有耐药性,这本身就很有意思。但他们还报告该菌株分泌的分子能杀死多种已具耐药性的有害细菌。因此希望在于,我们能否研究其产生的分子,探索开发新型抗生素的可能性。"
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