细菌的战斗
达拉斯德州大学的微生物学家站在威胁整个人类的军备竞赛的第一线.
在接受他的 1945年诺贝尔奖, 发现青霉素的科学家警告说，传染性细菌对抗生素产生抗药性的危险. 到20世纪40年代末，青霉素耐药细菌 金黄色葡萄球菌它会导致肺炎、败血症和皮肤感染，已经成为全球流行病.
Dr. 亚历山大·弗莱明(Alex和er Fleming)的可怕预言在现代被放大了:随着致病细菌迅速进化并适应生存，一线抗生素几乎已经过时了. 这是一场人类可能会输掉的军备竞赛, 除非研究人员能够开发出比掠夺微生物领先一步的策略.
云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业的微生物学家也在争论中, 发现细菌躲避抗生素的诡计，开发对抗传染病的新方法.
细菌101
细菌是单细胞的 这些生物几乎生活在地球上的任何地方——空气、水和土地. 它们分解土壤，为植物生长提供养分. 它们生活在人体上，产生体味，并在体内消化食物. 人体内和体表的细菌细胞和人体细胞一样多, 从而形成健康的共生关系.
在人的胃肠道中, 有益细菌的集合体, 被称为肠道微生物群, 在个体中被认为是独一无二的吗.
无论他们住在哪里, 细菌种类相互争夺食物, 它们已经进化出了防御能力来阻止它们的对手. 科学家们已经发现了细菌产生的许多化学武器，可以杀死它们的竞争对手, 制药业随后利用这些发现生产救命药物——抗生素——杀死导致人类疾病的细菌.
但目前使用的几乎所有抗生素都是基于30多年前的发现, 根据皮尤慈善信托基金会的抗生素耐药性项目. 细菌不断变异, 有些人已经开发出了不局限于一种抗生素的生存方式, 但许多, 因其耐多药而获得“超级细菌”的称号. 这种抗生素耐药性在一定程度上是由于药物的过度使用和不当使用而加速的, 例如，对由病毒引起的感染服用抗生素. (抗生素不能杀死病毒.)
研究走红
具体怎么做 细菌产生抗生素耐药性? Dr. 凯利帕默, 生物科学副教授，2012年加入自然科学与数学学院, 是否正在研究细菌相互获得抗生素抗性基因的潜在机制. 她的工作主要由美国国立卫生研究院资助.
例如，在一项发表在 细菌学杂志, 帕尔默, 她的学生和同事们阐明了一种叫做共轭的基因交换过程, 哪一个, 她告诉她的学生, 就像细菌性行为.
“不同种类的细菌可以通过结合交换抗生素抗性基因, 这就要求他们在近距离见面并进行身体接触, 比如人的伤口或医院的表面,帕尔默说。, 研究员, 塞西尔H. 和艾达·格林主持的系统生物科学.
Dr. 凯莉·帕尔默和她的达拉斯德州大学实验室的成员，包括研究科学家博士. 魏亚涵(音译)等人正在研究细菌是如何对抗生素产生耐药性的.
帕尔默实验室的研究——她很快注意到这是由有才华的学生推动和进行的——也研究了病毒如何被用来对抗抗生素耐药性.
一种只感染和杀死细菌的病毒被称为噬菌体，或简称噬菌体. 噬菌体不会感染人类、动物或植物细胞.
就像细菌会对抗生素产生耐药性一样, 它们还能迅速进化出对噬菌体感染的抵抗力. 在最近的研究中, 由前生物系18级学生Khang Ho领导, 现在是德州大学奥斯汀分校的研究生, 帕尔默的研究小组观察到这种情况发生在一群 粪肠球菌 细菌细胞. 就像通常在肠道中发现的其他细菌一样， E. 粪 如果它扩散到身体的其他部位，比如血液，会引起危险的感染吗. 一些 E. 粪 菌株已经具有高度的抗生素耐药性.
帕尔默说:“云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业唯一做的就是把噬菌体和这些细菌相互引入。. “然后，在低频率下，出现了对噬菌体具有抗性的细菌突变体. 花了一天时间.”
突变的细菌细胞改变了它们的表面，阻断了噬菌体通常攻击的对接部位. 但这种适应是有代价的.
“当这种菌株对噬菌体产生抗药性时, 这意味着它不能再被噬菌体杀死, 同时，它变得更容易受到抗生素的影响,帕尔默说。. “那太棒了. 这意味着, 你也许可以开发一种联合疗法利用噬菌体来杀死致病细菌和, 如果发生了抵抗, 带着抗生素过来.”
不浪费，不匮乏
除了…之外 帕尔默说，噬菌体疗法，未来的另一波可能是粪便微生物群移植.
不可否认, 粪便移植听起来很恶心, 但实际上，它正在成为治疗某些难以治愈的细菌感染的一种更主流的方法, 尤其是感染 艰难梭状芽胞杆菌. 当病人服用广谱抗生素时, 这种机会性细菌通常以孢子形式在肠道中存活, 在大多数其他有益细菌被杀死后出现.
没有任何竞争， C. diff 生长旺盛，可导致慢性腹泻. 疾病控制和预防中心认为它是“一个主要的健康威胁”，感染了500人,美国每年有1000人死亡.S. 杀死了15000人. 对于反复发作的患者 C. diff 感染, 已发表的研究表明，粪便微生物群移植的有效性为80%至90%, 尽管医疗程序仍被认为是调查性的. 它本质上是通过将健康捐赠者的粪便注入胃肠道来恢复患者健康的肠道微生物群.
“粪便移植很便宜. 这就是便便，”帕尔默说.
“我认为，了解生物如何在自然环境中相互竞争——它们确实是这样做的, 利用这一优势来战胜耐药菌株是一个可行的选择,”她说。.
案例研究:尿路感染
尿路感染 (uti)是刺激和痛苦的，有时会使人虚弱. 大多数尿路感染是由以下原因引起的 大肠杆菌, 这种细菌通常生活在人体肠道中，但有时会进入尿道, 哪里不受欢迎.
在美国，大约10%的女性是男性.S. 每年都会经历一次尿路感染. 对大多数人来说——这些感染主要发生在妇女身上——它们是一种暂时的状况，可以用现有的抗生素有效治疗.
但对于一些绝经后的女性, 尿路感染频繁复发，成为慢性疾病, 由于引起感染的细菌逐渐对每种新药产生耐药性，需要每天服用剂量越来越大的抗生素.
这张显微镜图像显示的是细菌, 在绿色, 反复尿路感染患者的膀胱壁组织内.
对于老年妇女来说，这些感染可能持续数十年. 达拉斯德州大学生物科学助理教授妮可·德·尼斯科说. “最终，病人的最后手段可能是切除膀胱.”
大多数关于尿路感染的流行病学研究都是在20多岁和30多岁的女性中进行的, 比绝经期的典型发病年龄要早得多. 同样的, 该疾病主要在幼年动物模型中进行了研究, 所以绝经后妇女对它的了解非常有限, 德尼斯科说.
“尿路感染被忽视的原因之一是因为它影响女性, 一般来说，当涉及到疾病时，这是一个未被充分研究的群体, 尤其是老年妇女, 谁更没有得到充分的研究,德·尼斯科说.
她说:“尿路感染不会杀死你，但对病人的生活影响可能是深远的。. “许多女性将退出社会和活动, 因为如果你不得不使用外部袋子作为你的膀胱, 你的生活质量会受到很大影响.
“我认为这是一种犯罪，这是云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业所能做的最好的.”
Dr. 妮可·德·尼斯科进行的研究旨在了解绝经后妇女复发性尿路感染的基础. 在她的实验室里，学生们监测细胞培养皿中各种细菌的生长情况.
双管齐下的治疗
加入之前 达拉斯德州大学的教职员工, 德·尼斯科是德州大学西南医学中心霍华德·休斯医学研究所的博士后. 麻省理工学院的毕业生, 在研究复发性尿路感染方面，De Nisco与Dr. 菲利普Zimmern, 泌尿学教授，也是西南德克萨斯大学女性健康的费莉娅和约翰·凯恩主席.
德·尼斯科认为，长期使用抗生素治疗复发性尿路感染不仅不能永久清除感染, 但可能会加剧绝经后妇女的问题.
“这有点争议. 你可不想告诉病人, “我不会给你开抗生素,但越来越多的人接受了使用抗生素进行长期预防性治疗, 不管你有没有感染, 难道这不是处理反复感染的最好方法吗,她说. “虽然低剂量的抗生素通常被患者耐受, 微生物学家知道，如果你在这种药物的亚抑制浓度下培养细菌, 他们很快就会对这种药产生抗药性. 科学家和临床医生之间的这种脱节是我和我的同事们希望弥合的鸿沟.”
德尼斯科的目标是确定辅助治疗的目标, 或组合, 更有效地阻止尿路感染复发的疗法. 她的方法是检查致病菌的行为以及它们感染的宿主组织. 宿主炎症似乎是一个焦点.
她解释说，感染性细菌通常会显著改变宿主环境. 在尿路感染的情况下，入侵细菌就像 E. 杆菌 触发宿主细胞中环氧合酶ii酶(COX-2)的产生. 这种酶产生一种叫做前列腺素E2 (PGE2)的化学物质, 是什么吸引了免疫细胞, 导致炎症. 这种COX-2产物很容易在尿液中检测到.
如果不解决，炎症会对宿主组织造成永久性损伤.
“云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业正在调查患者组织样本中COX-2水平是否升高. 云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业还可以看到他们尿液中的COX-2产物是否升高。. “这些患者的初步结果表明，如果你有复发性尿路感染的病史, 尿中PGE2的水平高于没有病史的人.”
这些发现表明，COX-2抑制剂——一种阻断COX-2活性的非甾体抗炎药(如西乐葆)——可能是一种减少炎症的有效疗法, 给组织一个愈合的机会，让它不那么适合 E. 杆菌 细菌.
德尼斯科说:“这是云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业希望通过临床试验瞄准的一种炎症途径。. “如果云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业能够在两个点上攻击感染循环——同时使用抗生素和选择性抗炎药——也许云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业将有更好的机会打破复发循环，治愈疾病，而不仅仅是控制它.”
复发性尿路感染的另一个重要目标可能是微生物群.
“云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业也开始明白，通常存在于泌尿道中的细菌是一种泌尿微生物群. 微生物群的不平衡, 通常是由抗生素引起的, 可能在复发中起作用,德·尼斯科说.
德尼斯科和帕尔默正在共同研究绝经后妇女尿液微生物群的特征. 他们使用一种称为全基因组宏基因组测序的先进技术，通过尿液中的DNA来识别细菌种类. 目的是确定是否存在特定的微生物群，是保护性的还是易感性的复发性尿路感染.
“通过对整个基因组进行测序, 云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业可以开始更好地了解不同的微生物物种如何协同工作或相互对抗，以创造健康与不健康的微生物群,德·尼斯科说.
“为了我想做的科学和我参与的合作, 达拉斯德州大学是一个完美的地方,”她说。.
从好奇的孩子到严肃的科学家
一个自称 “女童子军的心，”微生物学家 Dr. 妮可·德·尼斯科 总是喜欢解决问题.
“我是那种从来不需要别人告诉我要做作业的孩子，”她说. “我一直很喜欢学习, 和, 作为一名科学家, 你永远不会停止学习和寻找新问题来解决.
“这听起来很老套，但我想让这个世界比我发现它时更好. 这是我父母灌输给我的核心价值观. 正因为如此, 我努力将我的研究与改善人类健康的最终目标紧密联系起来.”
当微生物学家 Dr. 凯利帕默 进入大学, 她默认读医学预科，因为“这是对科学感兴趣的聪明孩子被告知要做的事情。,”她说。. 她家里唯一的科学家, 帕尔默的研究生涯始于在一家微生物实验室洗盘子.
她说:“我非常喜欢这个实验室，所以我转行去做研究，再也没有离开过。. 作为一名本科生, 我自愿去化学实验室做研究, 但我只是在分析数据, 我讨厌它. 教授看得出来，建议我去生物实验室. She was right; I enjoy h和s-on research, growing things. 我只是喜欢生物学的混乱.”
妮可·德·尼斯科
凯利帕默
迪伦绘制, 神经科学专业的大四学生, 和Nhi Nguyen, 生物化学大四学生, 学会了科学家用来发现新抗生素的技术.
抗生素在课堂上的发现
改良的微生物学 达拉斯德州大学的实验课程正在教授本科生调查技能，这些技能可能会导致下一种新型抗生素的出现.
学习的过程从一把泥土开始.
“在第一周，我要求每个学生带一个土壤样本到课堂上。. 负责该课程的生物科学高级讲师Iti Mehta说. “从我提供的这些样品和其他样品中, 他们将不同种类的细菌分离出来，看看它们是否会产生任何能起到抗生素作用的化学物质.”
类, 2019年春季首次授课, 不同于标准的微生物学课程，因为它采用基于项目的方法来教授微生物学研究技术. 这个概念的灵感来自于博士开发的课程. 乔现在, 他是威斯康星大学麦迪逊分校威斯康星发现研究所所长. 她的计划, 叫做小地球, 鼓励全世界的大学生进行研究，基本上是将抗生素的发现众包.
“云顶集团rt电子游戏-云顶集团4008om电子手游|登录-云顶集团创办人:2元起家,50岁创业借此机会对这门课进行了重新构想，将它从传统的烹饪书式实验课转变为真正的研究型课程,”医生说。. 斯蒂芬·斯皮罗，达拉斯德州大学副教务长和C.L. 和阿米莉亚A. 伦德尔生命科学特聘教授. “以它的新形式, 这门课是一个开放式的调查项目，学生参与原创研究，希望能有新的发现. 他们也在学习团队合作、批判性思维和沟通方面的重要技能.”
学生们, 两人一组, 首先从土壤中分离细菌，并使用DNA测序技术鉴定物种, 一种在本科实验室中通常不会教授的高级技术. 下一个, 他们测试他们的细菌是否产生任何可以杀死临床相关细菌的化学物质. 他们还测试了这些化学物质，看看它们是否对植物细胞有任何不利影响.
增加发现新化合物的机会, 长期目标是将该方法扩展到土壤以外的其他环境.
学生们将他们的发现与已知抗菌剂的数据库进行比较,梅赫塔说, 她于2018年在达拉斯德州大学获得分子和细胞生物学博士学位. “即使他们没有发现任何新奇的东西, 他们正在学习技术，并希望对发现过程和可能的研究事业感到兴奋.”
