抗生素治療可以抑制細菌生長，但當抗生素濫用、具有抗生素抗藥性（antibiotic resistance）的微生物數量增加繁衍，會使得抗生素治療策略效果降低。根據英國政府委託研究估計，2050 年全球可能有 1,000 萬人死於抗藥細菌感染，例如院內感染常見的金黃色葡萄球菌（MRSA）、艱難梭狀芽孢杆菌（C. difficile）。
近期一項由倫敦帝國學院（Imperial College of London）團隊發佈於 Nature Microbiology 研究，不僅確認細菌之間會透過接合作用（conjugation）交換獲取具有抗藥性的 DNA，團隊也找到了參與接合作用的主要蛋白，對於未來預測研究傳遞抗藥性基因的高風險細菌提供許多線索。
對付抗生素抗藥性有解！首度以噬菌體治療肺部感染（基因線上國際版）以冷凍電子顯微技術觀察蛋白接合作用
儘管科學家從 1940 年代起，就已經得知細菌之間的接合作用與基因交流有關，但細菌之間是如何進行緊密附著，使得粒線體 DNA 或質體（plasmid） DNA 可以藉此途徑傳遞、交換或者重組，詳細機制仍所知有限。
為了觀察細菌的接合作用如何產生，研究團隊採用冷凍電子顯微技術（cryo-electron microscopy），用於觀察細菌之間蛋白分子接合過程。
TraN 蛋白促成細菌交換基因
該研究發現來自基因供應細菌的 TraN 蛋白，是促成接合作用的重要關鍵。TraN 在供應基因的細菌表面像是扮演「插頭」，可以附著在細胞膜表面有對應「插座」的受體細菌上，讓質體基因可以有效率在兩細菌間交換。除此 TraN 蛋白有四種變體，每一種構型都有對應的受體細菌，也就是表現出與特定細菌接合（conjugation species-specificity）特性。
在了解細菌接合作用如何發生後，團隊再運用 AI 與生物資訊分析 TraN 蛋白與人類常見的抗藥性微生物種，比對結果發現與此類微生物帶有抗藥性質體的特性吻合，例如腸道菌科（Enterobacteriaceae）中的沙門氏菌（Salmonella）、大腸桿菌（E. coli），反映出多帶有含抗藥性基因質體的現狀。
本研究揭開細菌抗生素抗藥性與接合作用的關係，並指出主導該作用的重要蛋白 TraN，對於未來預測微生物產生抗藥性機制是一大突破，尤其在已知帶有抗藥性質體 DNA 的微生物種中，可藉由介入接合作用防止基因交換、與加劇的抗藥性反應。
延伸閱讀：從細菌基因中找尋下一個抗生素！結合計算生物學與基因定序來合成新藥分子參考資料：
1. https://www.imperial.ac.uk/news/237077/bacterial-intimacy-insights-could-help-tackle/
2. Nature Microbiology, 2022; https://www.nature.com/articles/s41564-022-01146-4
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