许多抗生素都能失去杀死细菌的能力——杜克大学的生物工程研究人员相信他们的一项新研究结果能够解释该现象发生的原因之一. （常用抗生素溶液 ）
通过分子生物学和数学建模方法的综合利用,研究人员确定了一个新机制,它是使抗生素失去杀死细菌能力的主要原因之一.它叫做“接种效应（inocolum effect）”,是内科医生们众所周知的一个现象,即对于任何剂量的抗生素来说,随着细菌种群数量的增加,它们杀死细菌的能力都会逐渐下降.这一效应存在于我们现在使用的大部分抗生素中.
研究人员还根据抗生素使用的时间和频率,解释了这一现象是如何影响治疗效果的. （抗真菌放线菌的筛选及抗生素的初步鉴定 ）
杜克大学普莱特工程学院的生物医学工程师Lingchong You说：“综合来看,我们的结果对于理解‘细菌种群如何利用非基因机制来忍受抗生素的治疗’具有显著的指导意义.更重要的是,我们揭示了一直被忽视的抗生素治疗随时间推移的效果机制.”
本项研究结果发表在Molecular Systems Biology杂志上.前研究生Cheemeng Tan和前博士后助理Robert Smith是这篇文章的第一作者.
“抗生素一直是治疗细菌引发疾病的主要方法.然而,几十年的过度使用和滥用造成了重大的危机,细菌已经发展了对几乎所有抗生素的耐受性.同样重要的是,与新抗生素开发所需的时间相比,它们产生耐药性的速度是非常惊人的.” 为了开发新的抗生素,研究人员需要更好的理解细菌产生抗生素耐受性的机制.
接种效应的出现能够增加这些感染疾病的死亡率.因为临床医生使用了不够剂量的抗生素,在这种情况下,如果一个特殊细菌能产生酶来分解抗生素,这样接种效应就能很容易解释细菌耐药性产生的原因. You对一种细菌进行了研究,它的核糖体可以成为某些抗生素的靶标.核糖体是所有活细胞内都有的结构,对于DNA最终产生蛋白质是至关重要的. You说：“在我们的试验中,细菌生长的双稳态抑制能够解释这种接种效应.我们的结果表明,双稳态是抗生素诱导的核糖体快速降解的关键必须条件.”
双稳态描述了这样一种状态：一个单独的细胞或个体有潜力同时生活在两个状态下,当发生刺激时,它的行为取决于它所处的“状态”,这种现象不只是生物学特有的.在电工程学中,双稳态描述的是一个切换开关的作用方式,该开关可以采用两个位置中的任何一个来打开或关闭. （Everlab-Note）
You提到,核糖体的快速降解将导致处理后细菌的生长出现延迟恢复,这对于确定抗生素使用的时间具有十分关键的意义.
他说：“接种效应和核糖体延迟恢复的结合能够减少周期性抗生素治疗的有效性.随着中间计量期疗效的大大减少,时间可以是几分钟到几天.”
“尽管之前已经进行了广泛的理论研究,但是该机制既没有被预测也没有用文字的方式展示.根据我们的结果和提出的机制,缺乏对不同恢复动力学的考虑是之前计算研究的关键疏忽. （Everlab-E3）
有趣的是,这项工作的灵感来自于Tan早期的一个研究——宿主的生理学状态如何影响细胞内人工合成的基因电路以及如何被它们影响.研究人员最后发现这项工作的数学原理与抗生素耐药性的数学原理几乎是完全相同的.
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