抗生素治疗可以抑制细菌生长，但当抗生素滥用、具有抗生素抗药性（antibiotic resistance）的微生物数量增加繁衍，会使得抗生素治疗策略效果降低。根据英国政府委托研究估计，2050 年全球可能有 1,000 万人死于抗药细菌感染，例如院内感染常见的金黄色葡萄球菌（MRSA）、艰难梭状芽孢杆菌（C. difficile）。
近期一项由伦敦帝国学院（Imperial College of London）团队发布于 Nature Microbiology 研究，不仅确认细菌之间会透过接合作用（conjugation）交换获取具有抗药性的 DNA，团队也找到了参与接合作用的主要蛋白，对于未来预测研究传递抗药性基因的高风险细菌提供许多线索。
对付抗生素抗药性有解！首度以噬菌体治疗肺部感染（基因线上国际版）以冷冻电子显微技术观察蛋白接合作用
尽管科学家从 1940 年代起，就已经得知细菌之间的接合作用与基因交流有关，但细菌之间是如何进行紧密附着，使得粒线体 DNA 或质体（plasmid） DNA 可以借此途径传递、交换或者重组，详细机制仍所知有限。
为了观察细菌的接合作用如何产生，研究团队采用冷冻电子显微技术（cryo-electron microscopy），用于观察细菌之间蛋白分子接合过程。
TraN 蛋白促成细菌交换基因
该研究发现来自基因供应细菌的 TraN 蛋白，是促成接合作用的重要关键。TraN 在供应基因的细菌表面像是扮演“插头”，可以附着在细胞膜表面有对应“插座”的受体细菌上，让质体基因可以有效率在两细菌间交换。除此 TraN 蛋白有四种变体，每一种构型都有对应的受体细菌，也就是表现出与特定细菌接合（conjugation species-specificity）特性。
在了解细菌接合作用如何发生后，团队再运用 AI 与生物资讯分析 TraN 蛋白与人类常见的抗药性微生物种，比对结果发现与此类微生物带有抗药性质体的特性吻合，例如肠道菌科（Enterobacteriaceae）中的沙门氏菌（Salmonella）、大肠杆菌（E. coli），反映出多带有含抗药性基因质体的现状。
本研究揭开细菌抗生素抗药性与接合作用的关系，并指出主导该作用的重要蛋白 TraN，对于未来预测微生物产生抗药性机制是一大突破，尤其在已知带有抗药性质体 DNA 的微生物种中，可借由介入接合作用防止基因交换、与加剧的抗药性反应。
延伸阅读：从细菌基因中找寻下一个抗生素！结合计算生物学与基因定序来合成新药分子参考资料：
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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