免疫學 微生物與免疫學 科學報導

胞外菌誘使宿主細胞釋放Asparagine以利其生長

細菌感染一直以來是困擾全球人類健康的一大問題,同時開發抵禦感染的療法也對科學家來說是一大挑戰。對於一株病原體來說,一次成功的感染其至關重要的關鍵在於能否在感染的過程中改變宿主的微環境進而大量產出病原體所需的特定營養物質。而該篇的研究主題都圍繞在 A型鏈球菌(GAS)如何改變宿主的內部環境導致原本正常生化合成的機轉被轉換成提供A型鏈球菌生長所需的供應鏈。

每年,GAS 感染導致全球50萬人死亡,感染途徑以上呼吸道或皮膚為主,往往給些感染者帶來了嚴重的後果。尤其是 necrotizing fasciitis(NF)(壞死性筋膜炎)俗稱食肉病。是一種極為嚴重的細菌感染,其常常迅速地侵犯全身軟組織,醫生幾乎沒有時間去阻止或延緩它的進展。當前主要的治療方法包括給予抗生素及手術切除感染組織。然而即便給予及時治療,這一細菌仍會在約25%的患者中傳播並導致他們死亡。在探索 GAS 進展機制的過程中,希伯來大學醫學院的 Dr. Hanski 團隊發現了能夠在感染早期影響 GAS 感染力的一個新機制。

研究指出當 GAS 附著並感染宿主細胞時,它將兩種鏈球菌溶血素 streptolysin O(SLO)、streptolysin S(SLS)送入到這些細胞中。這些毒素造成內質網內的生化壓力驟升進而破壞人體的蛋白質合成質量控制機制,使 asparagine synthetase(ASNS)的表現量提升,進一步提高了 asparagine 的生成。一旦 GAS 感知到 asparagine 的生成量提高,即會改變它的基因表現使它的增殖速率提升(圖一)。

了解其機轉後,研究團隊進一步發現在動物模式與人類血液中給予一種已廣泛使用於白血病化療的藥物 Asparaginase ,透過其已知的機轉將 asparagine 代謝成 aspartic acid 來阻止 GAS 生長。

這項研究結果促成了人們在觀念上的一個重大的突破:了解在感染過程中病原體和宿主之間的代謝變化可以推動開發出更有效的、對抗感染疾病的新型治療方法(圖二)。

目前該團隊正在為這一研究發現申請專利,並尋求商業合作夥伴幫助開發出對抗侵襲性鏈球菌感染更有效的療法。

*JS95ATG : GAS bacteria strain ; Kidrolase: Asparaginase

圖一(原文章 Figure 7):Kidrolase (Asparaginase)的治療效果。

圖二(原文章 Figure 6E)。

參考文獻及圖片來源

  1. Baruch, M., Belotserkovsky, I., Hertzog, B. B., Ravins, M., Dov, E., McIver, K. S., … & Hanski, E. (2014). An extracellular bacterial pathogen modulates host metabolism to regulate its own sensing and proliferation. Cell156(1-2), 97-108.
    https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.12.007

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