在微生物的世界里，细菌总是不断展现出各种神奇的 “生存智慧”。其中，SOS 反应作为细菌应对 DNA 损伤的一种应激机制，一直备受科学界关注。以往研究发现，许多因素如紫外线、抗生素、抗癌化疗药物等都能触发细菌的 SOS 反应。然而，SOS 诱导的 DNA 释放这一现象在生物医学领域却长期未得到足够重视，其释放机制也尚不明确。同时，生物膜在细菌感染过程中起着关键作用，它不仅能帮助细菌抵御外界不良环境，还与抗生素耐药性密切相关。但 SOS 诱导的 DNA 与生物膜形成之间有怎样的联系，目前还不清楚。这些未知促使研究人员开展深入研究，以揭开其中的奥秘。
研究人员采用了多种关键技术方法。在 DNA 检测方面，运用特定的试剂盒和 Qubit Flex 荧光计，精准测量双链 DNA（dsDNA）和单链 DNA（ssDNA）的含量；通过 DAPI 染色和 GelDoc EZ 仪器对生物膜中的 DNA 进行染色成像与定量分析；还利用蛋白 ase K 和 0.1% 十二烷基硫酸钠（SDS）从生物膜中提取 DNA，以便后续对比分析。此外，通过干燥应激实验，检测细菌在生物膜内和浮游状态下的生存能力差异。
研究结果
DNA 释放时间进程：研究人员以肠杆菌（Enterobacter cloacae）的 E_clo_Niagara 菌株为研究对象，用丝裂霉素 C（mitomycin C）诱导 SOS 反应。时间进程实验显示，添加丝裂霉素 C 约 2.5 小时后，dsDNA 和 ssDNA 开始在培养液上清中被检测到，且 ssDNA 的释放量超过 dsDNA，但二者并非先后释放。这表明之前认为 ssDNA 释放先于 dsDNA 的假设不成立。
DNA 结合蛋白对 DNA 分布的影响：研究人员向培养液中添加纯化的外源 RecA 蛋白和真核生物 DNA 结合蛋白组蛋白 III-S（histone III-S），观察其对 DNA 释放的影响。结果发现，RecA 和 histone III-S 不仅减少了培养液上清中 dsDNA 和 ssDNA 的量，还显著增加了气液界面生物膜中的 DNA 含量。由此推测，这些 DNA 结合蛋白促使 DNA 从液相转移到了生物膜中。
生物膜对细菌生存的保护作用：实验发现，陷入生物膜中的细菌在干燥应激下的生存能力远高于浮游细菌。经丝裂霉素 C 和 histone III-S 处理的细菌，在干燥 16 小时后，其存活率相较于未处理的对照细菌有显著提升，增长了约 436 倍。这充分证明了生物膜对细菌具有强大的保护作用。
生物膜与培养液中 DNA 的差异：研究人员对生物膜和培养液上清中的 DNA 进行对比分析。琼脂糖凝胶电泳结果显示，培养液上清中的 DNA 片段大多小于 600bp，呈现为宽条带；而从生物膜中提取的 DNA 除了有类似片段外，还存在约 600bp 和 1100bp 的高分子量条带。这表明生物膜中的 DNA 与培养液上清中的 DNA 在性质上存在差异，可能是因为生物膜中的 DNA 受到了部分保护，免受核酸酶的作用。
变形杆菌（Proteus mirabilis）的生物膜形成：研究人员以变形杆菌（Proteus mirabilis）的 HI 4320 野生型菌株为对象，用丝裂霉素 C 诱导 SOS 反应。结果发现，该菌株同样会释放 dsDNA 和 ssDNA，且 ssDNA 释放量更多。添加 histone III-S 后，培养液上清中的 DNA 含量减少，生物膜形成增强。在尿素存在的情况下，变形杆菌会形成鸟粪石晶体（struvite crystals），这些晶体与细菌、细胞外 DNA 共同构成混合生物膜。这一发现对理解尿路感染的发病机制具有重要意义，因为喹诺酮类抗生素在治疗尿路感染时，也会诱导 SOS 反应，可能促进鸟粪石晶体形成，进而导致肾结石和导尿管堵塞等问题。
药物对 SOS 诱导 DNA 释放的影响：研究人员测试了多种药物对 SOS 诱导 DNA 释放的影响。抗抑郁药氟西汀（fluoxetine）虽有促进丝裂霉素 C 诱导 DNA 释放的趋势，但效果不显著，这表明不同物种对氟西汀的敏感性可能存在差异。去甲二氢愈创木酸（dequalinium）作为一种一般应激反应抑制剂，能强烈抑制 dsDNA 和 ssDNA 的释放，且不仅减少了生物膜中的 DNA 含量，还抑制了生物膜的形成。醋酸锌（zinc acetate）与 dequalinium 联合使用时，对 DNA 释放的抑制效果呈现相加作用。这为未来治疗生物膜感染提供了潜在的干预策略，可考虑联合使用抑制 SOS 诱导 DNA 释放的药物和脱氧核糖核酸酶 I（DNase I，美国 FDA 已批准的药物）进行治疗。
研究结论与讨论 综上所述，该研究虽未明确 DNA 从细菌细胞中释放的具体途径，但深入揭示了 SOS 诱导药物作用下 DNA 释放与生物膜形成的关系。研究表明，DNA 结合蛋白促进生物膜形成，生物膜中的 DNA 与培养液上清中的 DNA 存在差异，且生物膜能显著增强细菌的生存能力。此外，不同细菌对 SOS 诱导药物的反应存在差异，这为进一步研究细菌的耐药机制提供了方向。
SOS 诱导的 DNA 释放可能存在多种途径，如诱导潜伏噬菌体裂解细菌细胞，或通过胞外囊泡释放等，这些途径可能同时存在。同时，研究还发现 SOS 诱导的 DNA 释放可促使通常不被视为生物膜生产者的细菌形成生物膜，且不同菌株的 SOS 反应存在异质性。这一系列发现为理解细菌感染机制和开发新的治疗策略提供了重要依据。在未来的研究中，有望基于这些发现，开发出更有效的抗菌药物，针对 SOS 反应关键靶点进行干预，从而更好地应对细菌感染性疾病，为人类健康提供更有力的保障。
