印度科学家发现牛肠道酶可以分解细菌屏障

印度科学院的科学家们发明了一种方法，利用牛消化道中的一种酶，来分解由致病细菌分泌的生物膜屏障。

　　

大多数致病细菌在自身周围分泌基质样的层，称为生物膜。这些生物膜就像厚厚的屏障，限制了药物的进入，帮助细菌对抗生素产生耐药性。

现在，印度科学研究所（IISc）的一组科学家发明了一种方法，利用牛消化道中的一种酶来打破这种生物膜屏障。该研究结果发表在npj Biofilms and Microbes杂志上。

肺炎克雷伯菌是一种机会性细菌，会感染医院里的病人，导致肺炎、尿路感染和脑膜炎等疾病。在糖尿病患者中，它会感染伤口，最终愈合缓慢，导致并发症，有时可能导致截肢。

肺炎克雷伯菌分泌一种坚硬的基质状生物膜，主要由糖、脂肪、蛋白质和DNA组成。这种基质中的糖分子串在一起形成多糖，多糖在使生物膜更坚固方面起着关键作用。

IISc团队决定开发一种生物相容性策略来分解这些多糖并破坏保护性生物膜。他们意识到多糖降解酶可以达到这个目的，而牛的肠道是寻找它们的理想场所。牛的肠道中含有微生物酶，这些酶可以消化动物从植物性食物中摄取的各种复杂的多糖，如纤维素和半纤维素。

纤维素多糖与细菌生物膜中的多糖非常相似。该团队专注于一组被称为糖苷水解酶（GH）的酶，仔细观察它们的蛋白质结构，以确定那些可能有效分解多糖的酶。他们放大了在瘤胃（最大的胃区）中发现的一种他们称之为GH-B2的物质，并在实验室中人工合成了它。

当他们对从不同医院病人身上分离出来的四种不同的肺炎克雷伯菌菌株进行实验室制造的GH-B2测试时，他们发现它成功地破坏了所有四种细菌的生物膜。

“这种酶的广泛活性令人惊讶，因为菌株的血清型不同，”无机和物理化学系助理教授、该研究的通讯作者Debasis Das说。同一种细菌的不同菌株对宿主免疫细胞的反应不同，导致被称为血清型的变异。

研究人员发现，用这种酶处理成熟的生物膜——导致生物膜基质崩溃——使细菌对一种名为美罗培南的广谱抗生素的敏感性提高了15倍。当他们在生物膜形成初期加入这种酶时，这种酶阻止了生物膜的形成，细菌对抗生素的敏感性提高了250倍。生物膜的破坏也使肺炎克雷伯菌更容易受到小鼠和人类免疫细胞的攻击。

该团队还在伤口感染肺炎克雷伯菌的实验室老鼠身上测试了他们的酶。同时用酶和美罗培南处理伤口可以使生物膜完全清除。

“（细菌）获得耐药性的机会非常小，因为我们的酶不会直接伤害细菌；它只是破坏了母体，”达斯实验室的博士生、该研究的第一作者Reshma Ramakrishnan说。“这将是一种组合疗法——我们可以使用这种酶和抗生素来治疗肺炎克雷伯菌生物膜相关感染。”

研究人员现在正计划将这种酶加入到可穿戴的东西中，比如伤口敷料。微生物学和细胞生物学（MCB）系教授、该研究的另一位通讯作者Dipshikha Chakravortty说：“对于局部感染，特别是糖尿病患者的皮肤感染，这是非常有希望的。”

达斯认为，这种酶也可以用作医疗设备上的涂层材料，以防止生物膜的形成。

“我们需要制定新的策略来打破细菌的生活方式，”Chakravortty说。“对我们来说，不断寻找这些有效的酶来对抗目前构成威胁的传染病是很重要的。”

Combating biofilm-associated Klebsiella pneumoniae infections using a bovine microbial enzyme