
一种日常食物中常见的化合物,可能在对抗抗生素耐药性方面展现出意想不到的潜力。
《Engineering》期刊上发表的一项研究指出,肉桂酸(cinnamic acid)——一种天然存在于肉桂中并广泛用作食品添加剂的物质——能够干扰细菌之间传播抗生素耐药性的方式。
抗生素耐药性是日益严峻的全球性危机。世界卫生组织(WHO)已发出警告,随着细菌对常用药物产生防御机制,常见感染的治疗难度越来越大。仅在美国,每年就有超过280万人感染抗生素耐药菌,导致逾3.5万人死亡。这种快速传播的一个主要原因,不仅是细菌自身的突变,更在于它们能够直接交换遗传物质。
这种交换通常通过质粒接合(plasmid conjugation)发生,即细菌将被称为质粒的小型DNA分子相互传递。这些质粒可以携带强大的耐药基因,例如mcr-1、blaNDM-1和tet(X4),使得即使是不相关的细菌物种也能迅速获得耐药性。然而,目前阻断这一过程的尝试有限,许多候选化合物要么具有毒性,要么在活体系统中无法有效发挥作用。
为填补这一空白,研究人员将目光投向了肉桂酸。这种植物源化合物是人类饮食的一部分,并在许多物种中作为防御分子天然产生。研究团队在受控实验室环境、模拟肠道环境和活体动物中测试了肉桂酸的效果,重点关注了几种与临床感染密切相关的质粒。
肉桂酸似乎并非直接杀死细菌,而是破坏它们共享遗传信息的能力。研究结果显示,肉桂酸(CA)以浓度依赖的方式降低了多种耐药质粒的转移率。重要的是,在测试浓度范围内,它并未显著影响细菌的生长。
体外实验中,荧光标记的质粒追踪系统证实,CA能减少肠道微生物群落中的质粒转移。在小鼠实验中,口服CA也以剂量依赖的方式降低了体内接合频率,这表明该化合物在真实的生物条件下仍保持活性。
进一步分析揭示了CA产生这些效应的机制。转录组数据显示,CA扰乱了三羧酸循环(TCA cycle),从而削弱了电子传递链并降低了质子动力。结果,细胞内ATP水平下降,限制了接合所需的能量。此外,CA还抑制了参与配对形成、DNA转移和复制的基因表达,同时略微增加了供体细胞外膜的通透性。
小鼠安全测试表明,CA治疗后没有明显的有害影响。小鼠体重保持稳定,主要器官结构没有观察到显著变化。肠道菌群的组成和多样性也保持不变,这支持了该化合物在体内使用的良好安全性。
总而言之,这些发现将肉桂酸确定为一种广谱的质粒接合抑制剂,其作用机制是通过扰乱细菌的能量代谢。鉴于肉桂酸已被广泛食用并被认为是安全的,CA有望成为当前减缓抗生素耐药性传播策略的实用补充。这些结果也鼓励进一步研究以代谢为靶点的天然化合物,以期在医疗、农业和环境领域控制基因转移。