新的研究在液滴中建立了微小的抗生素工厂,液滴的体积为1万亿分之一升。
莎拉Vitak:这里是科学美国人新利18luck体育的60秒科学。我是莎拉·维塔克。
现代医学和细菌病原体正在进行一场军备竞赛。我们用抗生素来控制它们。然后它们适应并对这些抗生素免疫,进化成超级细菌。
这是一场不对称的战斗——我们在战斗中没有那么多的选择。我们的大多数抗生素来自于细菌——绝大多数来自于单一属:链霉菌属.大多数抗生素都使用相同的几种策略来攻击细菌。
但我们只使用自然界中抗生素化学物质的一小部分是有原因的。
米利暗Rosenbaum:在过去的30年里,这种对全新物质的探索都没有成功。但是很难确定我们找到了一种抗生素——一种由微生物产生的物质,它对其他微生物有毒,但对人类无毒。
Vitak:米利暗Rosenbaum他是德国汉斯Knöll研究所的合成生物技术教授。
但是,既然它们如此难以找到,科学家们怎么知道我们只找到了一个一小部分自然中存在的抗生素物质?
罗森鲍姆:我们知道这一点,因为在过去的20年里,我们一直处于测序的生物学革命中。
Vitak:像罗森鲍姆这样的研究人员已经将这场革命带入了地下——字面上的意思是进入了泥土。
罗森鲍姆:通过这些环境测序活动,我们发现,微生物世界实际上比我们想象的要大得多。这就是为什么我们知道我们在实验室里只有5%,因为我们只看土壤样本中的DNA——我们看到有95%多。但是它们在哪里呢?我们没有细胞。我们知道的不仅仅是它们的名字——或者不仅仅是它们存在于那里。我们看他们有什么基因。
Vitak:他们没有细胞,因为自然界中只有大约1%到15%的细菌种类目前可以在实验室中培养。这就像在一个房间里寻找指纹,结果发现这个地方完全被覆盖了——而且在那些你没有身份证的房间里。还有,派对还在你周围进行,但你看不到客人。
Rosenbaum什么可以从序列可以看出,这些看不见的细菌做制造更多不同种类的抗生素。
那么是哪种细菌制造的呢?有没有可能让他们活到确认身份的时候?罗森鲍姆的答案是:微生物泳池派对。
罗森鲍姆:在很长一段时间里,我们变得越来越小。现在我们看到的是皮升大小的液滴,比你能看到的一毫升或几乎看不见的一微升小得多。它比微升小一百万倍。所以这些,这些皮升液滴,现在是这些微生物的家。
Vitak:微观水屋。
罗森鲍姆:我们把一个细胞放入其中一个液滴中,每个细胞都有自己的房子。然后,因为它们很小,我们可以在一个实验中培养数百万个这样的小液滴屋。所以我们从一个几克的土壤样本中,我们得到了数百万的细菌细胞,我们把它们都放在它们各自的房间里。然后我们看看什么会生长。
Vitak:这项研究发表在杂志上eLife。[丽莎·马勒等人,高度平行的液滴培养和自然微生物群落中抗生素生产者的优先级]
他们发现,他们能够培养出一组完全不同于传统细胞培养技术所培养出的细菌。
罗森鲍姆:所以通常,我们把它们放在一个摇瓶里,摇瓶有一只手那么大,然后我们有一些微生物细胞在里面,它们基本上在海洋中消失了。或者我们把它们放在琼脂培养皿上放在固体培养基上它们通常不会在这种环境中生长。
Vitak:给它们单独生长的私人空间可能也有帮助……
罗森鲍姆:让它们脱离竞争给它们一个真正成长的机会在没有竞争的情况下成长没有人生产抗生素和对抗它们,等等。
Vitak:微型水屋被证明是非常灵活的孵化器。它们非常小,所以可以在一个试管中培育出数百万个,而且它们可以被操纵。因此,它们可以被单独放在琼脂板上,让细菌在那里更好地生长。或者它们可以用来在每个液滴内部不同的条件下做实验。
但目标一直是把它们变成小型抗生素工厂。
罗森鲍姆:所以我们取了所有在其中生长的液滴,然后我们添加了一种指示细菌,它有一个发光标签,一个荧光标签。如果这些指示细菌在被添加到液滴中时能够生长,那么我们就会得到一个光信号——这个液滴的绿色或红色信号。
Vitak:所以红色或绿色光来自液滴意味着野生细菌不会产生抗生素,而抗生素会杀死液滴中的指示细菌。光的颜色很容易告诉他们哪种细菌还活着。
但是一个黑暗水滴——也就是没有任何光线的水滴——意味着野生细菌正在杀死指示细菌阻止它阻止它生长,阻止它发光。所以它一定产生了抗生素。
罗森鲍姆:所以我们可以选择所有的深色液滴,然后将它们沉积。现在我们想要得到这些培养物;我们要抓到生产抗生素的人。现在我们想把它们从液滴中取出来。
Vitak:这意味着他们可以快速轻松地筛选数百万细菌的抗生素特性。
在这些微生物聚会中,人类可能会在与超级细菌的军备竞赛中占据上风。
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