Aminoglycoside antibiotics induce bacterial biofilm formation¹

Nature, VOLUME 436, 1171~1175, 2005

微免所 碩二 李璟采 s46931059

由Pseudomonas aeruginosa 在囊腫纖維症的病人肺部造成感染後所形成的生物膜可使綠膿桿菌持續感染。作者發現低濃度的醣胺類抗生素會刺激綠膿桿菌產生生物膜（Fig.1）。所以，他們使用了一株不會產生褐藻膠的突變株證明了，妥布霉素引起的生物膜增加並不是透過增加其細胞外基質，如：褐藻膠。

                 Fig.2                                                 Fig.1

他們也在由菌血症的患者身上所分離到的大腸桿菌看到相同的現象。根據之前的研究得知，c-di-GMP可調控細菌黏附到細胞的能力。作者利用transposon mutagenesis的方式找到38個基因可能是調節子具有調控細胞內c-di-GMP的能力。他們發現其中一個基因arr與妥布霉素引起的生物膜形成有關。他們發現arr基因的EAL區域具有磷酸酶的活性，而使c-di-GMP不活化並且可引起更大量的生物膜形成(Fig.2)。他們也用了不會形成鞭毛與線毛的突變株進行相同的實驗，發現由抗生素引起的生物膜產量並沒有太大的改變。因此，作者排除這些生物膜的形成是受到鞭毛與線毛的影響。但是，他們發現當arr基因突變時，其生物膜的產量則較野生株明顯的少了許多(Fig.3)。並且，他們發現當此基因突變時，其細菌的生長數量也有明顯的下降。因此，作者們認為是透過此基因導致形成生物膜的細菌數量大量的減少，以致於我們看到生物膜的產量減少。因此，作者們認為可以透過調控c-di-GMP 的代謝增加細菌對於一般標準療程中抗生素的敏感性，而降低其生物膜的產量，進而使其對抗生素沒有抵抗的能力(Fig.4)。

                     Fig.4                                            Fig.3

References:

1. Hoffman L. R., et al. Aminoglycoside antibiotics induce bacterial biofilm formation. Nature, 436, 1171~1175, 2005 .

2. Goodman, L. S. & Gilman, A. The pharmacological basis of therapeutics. Macmillan, New York, 2001 pp.1219~1238

3. Simm, R., Morr, M., Kader, A., Nimtz, M. & Romling, U. GGDEF and EAL domains inversely regulate cyclic di-GMP levels and transition from sessility to motility. Mol. Microbiol. 53, 1123–-1134 (2004).