组织(蓝色)中结核分枝杆菌(染成红色)，图片来自维基共享资源
美国哈佛大学公共卫生学院(Harvard School of Public Health, HSPH)研究人员开展的一项新研究给为什么一些肺结核病细胞天生就更加难用抗生素来治疗提供一种新的解释。这篇研究发现分枝杆菌(mycobacteria)细胞分裂和生长的方式决定着它们对药物治疗的敏感性，可能为开发出更好地攻击肺结核菌细胞的药物提供新的方法。2011年12月15日，该研究提前在线发表在《科学》上。
该研究的博士后青年和共同第一作者Bree Aldridge说，“我们发现分枝杆菌的这种简单和意料之外的生长和分裂模式意味着一些细胞在面临抗生素时能够存活。”
肺结核病是每年杀死150万多人的传染病，很难治疗。即便是进行合适的抗生素治疗，一些传染性细胞似乎仍然能够存活非常长的时间。
研究小组着手研究是什么决定着存活的细胞与那些死亡的细胞不同。他们设计了一种独特的微流体室(microfluidic chamber)，在里面培养行为类似于结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)细胞的耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)细胞，同时用一种活细胞成像系统拍照。
研究人员起初认为耻垢分枝杆菌细胞分裂时将产生相似大小的子细胞，就像大肠杆菌那样。相反地，他们吃惊地发现耻垢分枝杆菌子细胞是相当多样性的，有着高度不同的大小和生长率。他们发现这种多样性的产生是由于耻垢分枝杆菌以一种不同寻常的方式生长，只在一端伸长。当不对称的母细胞分裂时，它产生的子细胞在根本上存在着较大的不同，包括它们的生长性质。
研究人员猜测这些生理学上不同的细菌细胞亚群将导致它们在抗生素---能够作用于对细菌细胞生长和分裂所必需的过程---的敏感性上存在差别。为了测试这种假设，它们用不同种类的抗生素处理细菌细胞，随后观察子细胞亚群如何做出反应。
结果显示不同的子细胞对抗生素处理表现出不同的敏感性，从而证实分枝杆菌细胞群体含有天生地能够忍受抗生素的细胞，从而让人们对为什么肺结核病是如此难治疗提供重要的启示。
研究通讯作者Sarah Fortune说，“发现分枝杆菌跟诸如大肠杆菌之类的其他细胞存在着根本上的不同是令人吃惊的。人们很容易推定大多数细菌以类似方式发挥作用。尽管这有时是正确的，但是这篇研究就显示细菌物种，如肺结核细菌，可能彼此之间也存在着显著性的差别”。研究人员希望利用他们的发现能够开发出治疗方案，在这些方案中抗生素结合使用以便特异性地攻击耐受性的细胞亚群。(生物谷：towersimper编译)
doi:10.1126/science.1216166
PMC:
PMID:
Asymmetry and aging of mycobacterial cells leads to variable growth and antibiotic susceptibility
Bree B. Aldridge, Marta Fernandez-Suarez, Danielle Heller, Vijay Ambravaneswaran, Daniel Irimia, Mehmet Toner, Sarah Fortune
Cells use both deterministic and stochastic mechanisms to generate cell-to-cell heterogeneity, which enables the population to better withstand environmental stress. Here, we show that, within a clonal population of mycobacteria, there is significant deterministic heterogeneity in elongation rate that arises because mycobacteria grow in an unusual, unipolar fashion. Division of the asymmetrically growing mother cell gives rise to daughter cells that differ in elongation rate and size. Because the mycobacterial cell division cycle is governed by time, not cell size, rapidly elongating cells do not divide more frequently than slowly elongating cells. Importantly, the physiologically distinct subpopulations of cells that arise through asymmetric growth and division are differentially susceptible to clinically important classes of antibiotics.
