4月21日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院獸醫(yī)公共衛(wèi)生安全全國重點實驗室沈建忠院士團隊在《細胞》（Cell）雜志上在線發(fā)表了研究論文《組織幾何結(jié)構(gòu)驅(qū)動細菌感染的時空動態(tài)規(guī)律》（Tissue geometry spatiotemporally drives bacterial infections），發(fā)現(xiàn)了多細胞結(jié)構(gòu)或組織固有結(jié)構(gòu)特性調(diào)控細菌感染的“邊際效應(yīng)”，揭示了細菌感染與生物力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的內(nèi)在機制，研發(fā)了靶向細菌定殖的精準藥物遞送系統(tǒng)，豐富了合理用藥策略，為細菌感染治療提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
抗菌藥物研發(fā)速度嚴重滯后與細菌耐藥性快速演化的矛盾日益突出，導(dǎo)致細菌感染不僅制約養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展，更威脅公共衛(wèi)生安全?，F(xiàn)有藥物對體外游離細菌的拮抗效果與體內(nèi)感染微環(huán)境中的實際藥效存在明顯差異。課題組前期研究已初步揭示致病菌在單細胞水平劫持宿主細胞作為屏障逃避藥物殺傷，但感染部位固有的組織結(jié)構(gòu)特性如何調(diào)控病原菌感染仍不清楚，揭示宿主識別病原感染機制是研發(fā)新型抗菌策略的重要突破口。
闡明宿主如何識別病原感染是研發(fā)高效防控策略的首要問題。本研究融合了生物工程與定量生物學(xué)等研究手段，構(gòu)建了二維多細胞單層和三維腸道芯片模型，發(fā)現(xiàn)了細菌在感染過程中呈現(xiàn)"邊際效應(yīng)"，即在二維模型中優(yōu)先定殖于細胞牽引力較高的外周區(qū)域，而在三維腸道芯片中則相應(yīng)地富集于隱窩樣結(jié)構(gòu)。機制研究表明，機械敏感通道蛋白Piezo1通過感知組織力學(xué)病原菌（如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌和耐萬古霉素腸球菌）的清除效率，減少用藥量和藥物對腸道正常菌群的破壞，實現(xiàn)了從臨床現(xiàn)象-基礎(chǔ)理論-疾病防控的閉環(huán)。研究成果不僅為理解細菌-宿主相互作用的生物學(xué)機制提供了新的理論框架，而且拓展了精準治療耐藥菌感染研究方向和技術(shù)路徑。
宿主多細胞結(jié)構(gòu)識別細菌感染的示意圖
上述研究結(jié)果拓展了經(jīng)典感染生物學(xué)的化學(xué)-分子研究范式，揭示了“組織器官-生物力信號-感染識別”的調(diào)控機制，拓展了基于宿主導(dǎo)向的抗菌治療策略，對指導(dǎo)合理用藥、提高藥物療效、破解細菌耐藥性困局具有重要意義，將為細菌病防控，保障人類健康提供新思路。
北京大學(xué)博士韓益明（現(xiàn)為北京大學(xué)博士后），中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士、北京大學(xué)博士后劉曉曄（現(xiàn)為北京農(nóng)學(xué)院副教授），中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士曲少奇（現(xiàn)為安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)教授）為論文的共同第一作者。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)朱奎教授、北京大學(xué)黃建永研究員、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院黃術(shù)強研究員為該論文通訊作者。本研究獲國家自然科學(xué)基金重點項目（32230106）等資助。
來源： 中國農(nóng)大新聞網(wǎng)
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