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|必讀|科學家發現常見營養素可治癒致命感染,無需抗生素

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索爾克的科學家近日發表在《細胞》雜誌上的一項研究發現:補充常見的營養素鐵劑可治癒致命性感染,將患者與病原體之間的關係從對抗轉為合作,不再依賴於抗生素。

抗生素的使用促使抗生素耐藥性流行,雖然許多敏感細菌被殺死,但更多的耐葯菌株存活下來,並在停葯後大量繁殖。如果抗生素都不能成為感染性疾病的最後一道防線,那麼,什麼才能抵禦致命感染呢?

索爾克的科學家發現,常見的食物營養素可治癒致命性感染,不再依賴於抗生素。

索爾克研究所的研究人員發現:給小鼠餵食鐵劑能使它們在致命的細菌感染中存活下來,並可降低這些細菌的後代毒性。這項研究成果近日發表在《細胞》雜誌上。

臨床前研究表明,使用非抗生素策略,比如補充鐵劑,可將患者與病原體之間的關係從對抗轉為合作。

尋求抗生素替代方案

這項研究的主要作者賈內爾·艾爾斯教授認為:抗生素是醫學發展史上最偉大的進步之一,人類肯定需要繼續致力於開發新型抗生素的研究。但需要從歷史中吸取教訓,並考慮治療感染性疾病的替代方案。

這項研究表明,如果能促進宿主的健康,而不是殺死細菌,可以馴化細菌的行為,減少引發疾病的可能性,還能促進低致病性菌株的進化。

微生物與宿主合作防禦系統

艾爾斯教授一直致力於研究微生物與宿主之間的相互作用機制,她發現越來越多的證據表明,人體的免疫系統除了可以殺死病原體,還能形成所謂的合作防禦系統,在宿主與微生物相互作用時促進健康。

例如,在2017年,艾爾斯教授的團隊發現,沙門氏菌能克服宿主在生病時厭食期,為細菌提供更多的營養,並減輕宿主的感染。

嚴重感染時較常見的是肌肉組織被消耗,然而在2015年,艾爾斯教授實驗室在小鼠身上發現了一種大腸桿菌,這種大腸桿菌可以通過防止組織消耗來提高動物對肺部和腸道感染的耐受性。

合作防禦系統的新機制

艾爾斯教授的團隊目前研究了一種由檸檬酸桿菌(CR),它能引起的小鼠自發性胃腸道感染,這種感染會導致腹瀉、體重減輕,在極端情況下還會導致死亡。(CR與人類食品召回相關的致病性大腸桿菌有關。)

為了闡明合作防禦系統的新機制,索爾克的研究人員採用了一種創新的方法,稱之為致死劑量50 (LD50),這是一種能殺死50%宿主種群的細菌劑量,感染後僅一半宿主能存活下來。

他們通過系統生物學方法,分析了受感染健康小鼠與受感染的患病小鼠以及未被感染的健康小鼠的基因活性。通過分析,他們發現在受感染的健康組群中,體內鐵代謝增加。

為了測試在感染期間,鐵代謝在促進合作防禦系統的重要性,艾爾斯和她的團隊進行了為期兩年的實驗。她們給小鼠LD100劑量的枸櫞酸桿菌 (應該能殺死100%的宿主),並將其分成兩組,其中一組給予正常飲食,另一組則給予補充鐵劑的飲食,在14天后又恢復到正常飲食。

鐵劑有助於抵禦致命性感染

第20天時,未補充鐵劑組中所有受感染小鼠均死於這種致命劑量的感染。與之相反的是,在補充鐵劑組中100%的受感染小鼠均健康存活下來,甚至是到了第30天仍健康存活。

研究人員發現,即便給動物注射了1000倍於LD100劑量的病原體,兩周的鐵劑補充療程也能讓動物保持健康。

在實驗過程中,分析結果顯示兩組受感染的小鼠的細菌水準相當,補充鐵劑組看起來很健康,而未補充鐵劑組病情加重。艾爾斯和她的團隊用飲食中的鐵劑作為工具來研究鐵代謝治療感染的機制。

他們發現短期的鐵劑補充飲食導致了小鼠的胰島素抵抗,減少了腸道中葡萄糖的吸收,間接增加了腸道中供病原體代謝的糖量。葡萄糖代謝的增加阻止了病原體引起疾病的基因啟動。

此外,研究小組還發現,他們可以繞過鐵,轉而使用葡萄糖補充劑,達到同樣的效果。

突變引起基因功能缺失

令研究人員驚訝的是,一年後,那些補充了兩周鐵劑,受感染檸檬酸桿菌的小鼠仍能健康存活,它們的胃腸道裡仍有病原體存在。研究人員推測也許是這種方式促使細菌致病性減弱。

為了驗證這一想法,研究小組對從這些動物身上分離出來的檸檬酸桿菌基因組進行了測序,發現這些細菌導致疾病的主要基因發生了多重突變,使這些基因功能缺失。

這意味著,通過增加病原菌可利用的葡萄糖量,阻止了導致宿主更多疾病癥狀的基因啟動。而且,隨著時間的推移,通過滿足其營養需求,病原體變得不那麼具有侵襲性,反而更具合作性。

補充鐵劑需慎重

雖然研究人員在臨床前研究中發現飲食中補充鐵劑是治療感染性腹瀉的有效方法,但艾爾斯教授提醒:鐵劑並不能會對所有的感染性疾病起作用。有一些傳染病,比如瘧疾這種傳染病就行不通,因為這種病原體依靠鐵繁殖。

然而,這些發現依然使研究人員十分振奮,這表明調整宿主的代謝狀態和病原體共同飲食元素,在治療感染方面可起到積極作用。這也意味著可以用更通用的策略來治療感染。

研究人員下一步計劃探索將弱化菌株作為一種活疫苗,以及弱化菌株能恢復毒性或致死率的機制。總之,無論哪種研究方向獲得成果,都將有益於感染性疾病的預防和治療。

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