第10章 微生物领域研究的新进展(7)
到目前为止，人们已经知道这些类型的细菌，与天然存在于细菌中的HipA毒素存在关联，但科学家们并不知道这一毒素的细胞靶点，以及它的活性触发细菌休眠的机制。
该研究小组揭示了这种情况发生的机制。他们的研究表明，当抗生素攻击这些细菌时，HipA毒素，会破坏对于细菌利用营养物质构建蛋白质至关重要的化学“信号”过程。细菌将其解读为一种“饥饿信号”，这使得细菌进入到失活（休眠）的状态。在休眠状态下，细菌能够存活下来直至抗菌治疗结束，它们就可以恢复它们的破坏性活动。
多年来，巴拉班实验室针对持久存在的细菌开展研究，侧重于从生物物理学角度了解这一现象。而格拉泽实验室的研究，则侧重于针对性对抗持续存在的细菌。联合两个实验室的研究工作，有望促成更有效的疗法来对抗细菌感染。
（5）从分子角度揭示细菌的耐药性。2015年6月，比利时鲁汶大学生物学家杰安·米迁尔斯领导的一个研究小组，在《分子细胞》期刊发表论文认为，传染性疾病在全球范围内致人死亡的数量，超过其他任何一个单一原因，其中一小部分细菌能在抗生素中瞬时存活下来，并再度回到人体。他们的研究显示，这些所谓的持续形式，通过Obg分子的活动响应不利条件。该分子，在多种细菌的所有重要分子过程中，发挥着重要作用。通过揭示细菌持续性的共享遗传机制，该研究为新诊断工具和更有效治疗策略的研发铺就了道路。
米迁尔斯说：“持久性为治疗细菌、真菌病原体导致的慢性和生物膜感染，带来了障碍。我们根据发现，建议结合抗生素治疗和特定靶点疗法，有可能提高患者的响应，并缩短抗生素疗法时间。”
持久性部分，由能关停蛋白质合成，或能量产生等重要细胞过程的细菌毒素引发，迫使细菌进入休眠状态，以便其不会被抗生素杀死。但这种毒素调节背后的机制尚不明确，并且人们也不清楚环境信号，是如何触发细菌持久性的。
为了回答这些问题，米迁尔斯研究小组，专注于Obg的潜在作用，因为这种酶与蛋白质和DNA合成等重要细胞过程有关联，并且当分子能量变低时，它就会触发细胞休眠。研究人员发现，高水平的Obg能保护大肠杆菌和绿脓杆菌，免受两种阻碍DNA和蛋白质合成的抗生素的影响。米迁尔斯说：“这表明一个共性机理产生了持久性，并且该机理活跃在不用细菌中。因此，Obg将成为开发新疗法的一个针对目标。”
研究人员表示，Obg通过增加一种名为HokB的有毒分子的水平，诱发大肠杆菌出现持久性。HokB能让细菌膜出现小孔，从而阻止细菌的能量产生，最终导致其休眠。但消除HokB并不会降低大肠杆菌的持续性，并且该基因也存在于绿脓杆菌中，因此，科学家认为，持久性还受到至少另外一个Obg调节通路的控制，该路径仍有待发现。未来研究面临的另一个问题是，细胞如何从毒素破坏中恢复过来，并重回正常状态。要回答这些问题，还需要进一步研究。
3.研究人体抗菌机理的新发现
发现人体拥有抵抗艰难梭菌的天然机制。2011年8月21日，《自然·医学》杂志网站发表了一篇防御艰难梭菌感染的论文。这项成果，是由美国加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院、凯斯西储大学和塔夫斯大学等多家研究机构合作完成的，他们在人体内找到一种能抵抗艰难梭菌感染的天然防御机制。这一发现，为治疗肠道疾病展示了一种新模式，也有助于开发治疗各类腹泻和非腹泻细菌感染的新方法。
艰难梭菌感染是一种普通的肠道疾病，会导致腹泻、大肠炎、结肠炎等，甚至死亡，常在医院中传染流行。该感染在美国的发病率比10年前增加了一倍，而且新的高毒性菌种的出现也让治疗变得更加困难。
研究人员介绍说，艰难梭菌在繁殖期会释放两种强力毒素，这些毒素能和InsP6（一种广泛存在于叶类蔬菜和胃肠道中的物质）结合，然后发生变形和断裂，断裂的碎片能穿透细胞壁，导致胃肠道出血性损伤，引起炎症反应和腹泻。
他们在研究中发现，在感染艰难梭菌后，人体肠道内的细胞能释放一种含有亚硝基（-NO）的分子巯基亚硝基化谷胱甘肽（GSNO），该分子能直接占据毒素的活性基位，使其丧失活性，从而遏止了它们穿透和损害肠道细胞。
参与研究的专家指出，这种天然防御机制，是由人体进化而来。它的核心，是巯基亚硝基化（SNO）过程。这一过程，是一种把一氧化氮（NO），与半胱氨酸（cysteine）残基结合在一起的蛋白修饰作用。
在动物实验中，研究人员用药物引发了巯基亚硝基化过程，成功阻止了艰难梭菌毒素破坏肠道细胞。下一步即将开展相关的人体临床试验。
4.研制对付细菌的新疫苗
（1）推进A型链球菌疫苗的研究。2004年8月，美国一个研究小组，在《美国医学协会会刊》上发表论文称，他们对28人进行的A型链球菌疫苗试验表明，这种试验性疫苗能引起一种免疫反应，并且没有严重的副作用。但是，现在还不知道这种疫苗，是否能真正保护人们不受链球菌的感染。这是30年来这类疫苗所进行的第一次人体试验。
A型链球菌是一种常见的细菌，它导致成千上万人的咽喉疼痛，甚至引起致死性的但较罕见的肉腐疾病，影响人类康健。早在20世纪30年代，世界就已开始研究链球菌疫苗。但是，由于此前对A型链球菌研究的失败，使得人们越来越关注安全问题。但研究人员说，这种新的、通过遗传技术改造的疫苗，不含先前疫苗中造成安全问题的物质。
在6种不同的链球菌中，A型链球菌是最常见的一种。在美国，每年导致1000万例链球菌性喉炎、轻度皮肤感染。链球菌性喉炎如果不经治疗，将可能导致风湿热，甚至风湿性心脏病，在全球有1200万人患有风湿性心脏病，每年有40万人因此死亡，多数在发展中国家。由于抗生素的普及，风湿热在美国并不常见。最严重的链球菌A感染，是比较罕见的链球菌坏死性肌膜炎，俗称食肉病，以及中毒性休克综合征，美国每年有9000例这类恶性疾病。
美国联邦疾病控制与预防中心的专家说，确实需要一种A型链球菌疫苗，因为在美国，这种细菌造成一定的经济负担，并导致严重的恶性感染；而在发展中国家则常引起风湿病。
尽管在美国恶性的A型链球菌感染疾病并不常见，但在20世纪80年代到90年代，出现了严重感染上升的趋势。在那以后虽然总体的发病率相对稳定，但也没有任何的下降。专家指出，尚不清楚为什么那时会突然增加了毒性更强的菌株，也很难预测什么时候这种现象会再度暴发。
对该新成果，罗切斯特大学疫苗专家评价说，这个结果是在研究链球菌A疫苗漫长过程中前进的一步，但是距离证实其效果和安全性，还需要更多人参与更多的研究。
（2）研究表明烟草能大量生产抗炭疽杆菌疫苗。2005年12月，中部佛罗里达大学的分子生物学家亨利·丹尼尔教授主持的研究小组，在美国微生物学会出版的《传染和免疫学报》发表研究成果认为，1英亩转基因改良烟草植物，能够产生足够多的抗炭疽杆菌疫苗，为所有美国人安全地、便宜地接种。
丹尼尔说他的方法已经应用于其他疫苗和稀缺药品中，能够消除药品的匮乏，使成本降低，并且可以控制污染的传入，这是传统发酵法生产疫苗中经常遇到的问题。
丹尼尔表示，之所以选择烟草来生产疫苗和其他药品，是因为烟草是一个常年生的、繁殖能力强的物种，每棵植株能生产100万个种子。他说，与玉米和其他可食用的植物不同，一棵经过基因工程改良的烟草，不可能再进入食品供应渠道。
丹尼尔认为，这是一个革命性的观念，研究人员花了20年时间，研究通过转基因作物生产具有治疗作用药物的可能性。他说，这是新时代的技术。为了制造出抗炭疽杆菌疫苗，研究人员把疫苗基因注入烟草细胞的叶绿体基因组中。他还说，在近日全国卫生机构的试验中，在遭受比恐怖分子炭疽杆菌袭击程度高15倍的炭疽杆菌袭击中，注射过烟草生产疫苗的老鼠，存活下来了。
丹尼尔说，除了抗炭疽杆菌疫苗，研究小组正在用烟草产生的疫苗在Ⅰ型糖尿病、C型肝炎、霍乱和瘟疫方面的研究。他说，Ⅰ型糖尿病已经有所控制，注射了他的烟草产生的胰岛素的老鼠，在8星期内有所好转。
（3）培育可对付李斯特菌的新疫苗。2006年3月20日，哈佛医学院副教授达伦·希金斯，与智利厄尔艾免疫研究所研究人员，以及波特兰医学中心免疫学家阿奇·鲍威尔等人组成的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》网络版上发表研究成果称，他们利用开发疫苗的方法，培育出一株活性降低的，可在细胞内致病性的细菌。这项研究表明，疫苗方法，可以保护细胞免受其他的细胞体内致病性细菌的感染。
研究人员说，当致病性细菌攻击细胞表面时，疫苗诱导的抗体，可以组成一个强大的防御体系，来驱逐这些有害微生物。当抗体不能够识别这些致病性细菌时，细菌就会感染细胞，并且在进入到细胞壁内部并寄生下来。
研究小组开始把开发疫苗的方法，应用于李斯特杆菌上。这种细菌，最容易攻击的人群是慢性患者、老年人、怀孕妇女和儿童等，导致他们致病的原因，都是因为食用了感染上这种细菌的食物。在美国，估计每年有2500人，由于感染上这种细菌而患有严重的疾病，其中大约500人会因此而死亡。
活力降低的李斯特菌株被表面抗原细胞吸收后，不能够自身复制，因此很容易被杀死。希金斯说，这是第一次使用活力降低的李斯特菌株作为疫苗，它不需要宿主和细菌之间的反应，而是引起免疫系统提供一些保护性的免疫反应。
研究小组发现，复制缺失的李斯特菌疫苗菌株，在正常的和免疫力低下的小鼠体内消失得很快。同时，体内必需的免疫系统的协调者T细胞会刺激产生免疫力，使得注射了这种菌株疫苗的动物，可以抵抗40倍致死剂量的剧毒李斯特细菌。希金斯说，理论上，我们能够应用这个疫苗的办法，来免疫其他致病细菌例如沙门氏菌。现在，我们所需要的工作，就是找到那样不能在宿主细胞内复制的菌株。
新的李斯特菌疫苗，是根据2002年希金斯小组研究结果研制的。他们利用灭活的大肠杆菌作为运送工具，把抗原运送进体内的抗原表面细胞。在先前的研究中，希金斯以大肠杆菌作为传送工具的疫苗，注射进入老鼠体内。结果表明：那些老鼠在受到黑色素瘤细胞的感染后，不会造成肿瘤的形成。
希金斯说，目前，我们正在着手以大肠杆菌为基础的癌症疫苗的研究，并希望把它扩大到感染性疾病的疫苗研究。我们对李斯特菌的研究表明，一些可以产生疫苗的菌株是有效的，而且对于正常的和免疫力低下的个体都是安全的。
（4）金黄色葡萄球菌疫苗研究取得新突破。2006年10月，芝加哥大学，微生物学教授奥拉夫·西尼文领导的研究小组，在美国《国家科学院学报》上发表论文称，他们通过合成细菌表面四种蛋白质，并在小鼠体内引起明显的免疫反应，成功的研制出多重耐药性金黄色葡萄球菌疫苗。
西尼文指出，金黄色葡萄球菌是引起医院获得性感染最常见的病因，也是社区相关性疾病的传染源。他说，这种菌有一套保护机制来对抗治疗药物，这也是为什么我们将疫苗研究看作重点。细菌在一代又一代的繁殖中逐渐增强抗药性，因此研制保护性疫苗显得尤为重要。
先前的研究，一般采用死的或活的但毒力减弱的细菌，或者选择细菌的亚单位，结果制成的疫苗只具备部分免疫性。本次研制的疫苗不同，它需要激发机体的免疫反应来识别细菌表面特异性蛋白。
研究人员采取了新的方法即“反向疫苗学”。他们先获得金黄色葡萄球菌基因组，并从8个细菌种属里选择19个细胞表面抗原，作为新的疫苗靶位。接着，把每种抗原注射到小鼠体内，评测其免疫反应，并鉴定出其中四种蛋白质能引起最强的免疫反应。他们发现IsdA和IsdB蛋白的作用，在于帮助细菌从宿主的红细胞里获取所需的铁元素，另两种SdrD和SdrE蛋白，则参与了细菌在宿主组织里的黏附作用。最后，研究人员把这四种疫苗，混合接种并证实所有的小鼠都得以存活，而没有接种的对照组小鼠都有确切的肾脏感染。
（5）研制以荚膜多糖抗原为靶点的抗细菌新疫苗。2007年11月，有关媒体报道，美国哈佛大学的研究小组，最近发明“蛋白质—荚膜疫苗”技术，主要以荚膜多糖抗原为靶点。荚膜多糖，是有荚膜细菌性病原体的保护性免疫中，所涉及的主要抗原物质，这类病原体包括脑膜炎奈瑟菌、肺炎链球菌、流感嗜血杆菌以及炭疽芽孢杆菌等。
研究人员说，新病原体、抗药性病原体，以及生物恐怖主义袭击的潜在威胁，使寻找研发疫苗的新途径显得格外重要。新疫苗技术，不仅为多种疫苗的研发提供希望，还有可能大大降低疫苗生产成本。