透過種間或種內代謝物質交換提升抗藥性金黃色葡萄球菌之毒力

Neal D. Hammer, James E. Cassat, Michael J. Noto, Lisa J. Lojek, Ashley D. Chadha,Jonathan E. Schmitz, C. Buddy Creech, and Eric P. Skaar,

Cell Host & Microbe October, 2014; 16: 531–537.

Speaker: Yi-Wen Liu (劉怡彣)                             Time: 14:10~15:00, Mar. 11, 2015

Commentator: Dr. Lien-I Hor (何漣漪 老師)     Place: Room 601

摘要

        金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的小菌落變異(Small colony variants, SCVs)和許多慢性復發性感染有關，例如骨髓炎和囊性纖維化。SCVs的特徵是生長障礙和有限的毒力，除此之外，SCVs通常對多種抗生素具有抗藥性；目前最常見的表型分別是血紅素(hemin)以及甲萘醌(menadione)依賴型SCVs，它們對氨基糖苷類抗生素(aminoglycosides)具有抗性。在本篇研究中，作者發現將生合成途徑分別有血紅素(ΔhemB)以及甲萘醌(ΔmenE)缺失的兩個抗氨基糖苷類抗生素SCVs共同培養，能夠恢復菌株的生長能力、毒力因子表達及細胞毒性，並且未恢復對氨基糖苷類抗生素的敏感性；同時，在液態培養基裡加入血紅素結合蛋白IsdI會降低ΔhemB-ΔmenE的生長能力。這些結果證實了SCVs可以通過互相交換缺失的代謝物質來提高自身的程生長能力。此外，增加ΔhemB-ΔmenE的濃度會增強由輔助基因調節系統(accessory gene regulator system, agr system)所控制的群體感應系統(quorum sensing)，而agr system和許多毒力因子的製造有關；作者分離ΔhemB-ΔmenE所分泌的蛋白，將其和小鼠的成骨細胞共培養，分別比較野生株、ΔhemB、ΔmenE和ΔhemB-ΔmenE上清液對細胞的影響，發現ΔhemB-ΔmenE上清液明顯造成更多的成骨細胞死亡，而在小鼠感染模式中，同時感染ΔhemB和ΔmenE會導致骨內細菌量增加以及更嚴重的骨損傷。接著，作者將S. aureus分別暴露在慶大黴素(gentamicin)及綠膿菌素(pyocyanin)中，得到兩個不同的生長缺陷株SCV^gent以及SCV^pyo，將這兩個菌株共同培養，發現他們能夠在保有對慶大黴素抗性的同時恢復生長能力。最後，作者從病患呼吸道分離出細菌，這些人類上呼吸道的微生物能夠讓S. aureus ΔhemB和ΔmenE恢復生長能力，證實了代謝物的交換也能發生在人類微生物菌叢間。總而言之，種間和種內菌群會透過交互作用補償為了適應環境造成的生長缺失，使S. aureus能夠在不喪失毒力的同時保有抗藥性。

References

1.     Kahl BC. 2013. Small colony variants (SCVs) of Staphylococcus aureus - a bacterial survival strategy. Infect Genet Evol. 21:515-22.