研究进展|肺炎链球菌的致病性与糖代谢有关

肺炎链球菌是一种常见的致病细菌，5%～10%正常人上呼吸道中携带此菌。正常情况下，上呼吸道上细菌数量少，不会致病。但肺炎链球菌扩散到肺，血液和大脑，或者更局部地扩散到耳朵，则会引起疾病，例如肺炎，菌血症，脑膜炎和中耳炎。

肺炎链球菌示意图

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新陈代谢是生命的最基本特征,物质和能量的变化贯穿始终。细菌作为单细胞生命体，可溶性糖为其提供能量。我们今天的主角——致命的肺炎链球菌，它能高效地获取棉子糖(raffinose)。科学家正试图解开链球菌与棉子糖之间关系，从而解释链球菌在人体中传播途径与致病性，从而寻找更多的治疗方法。

棉子糖是自然界中最知名的一种三糖，由半乳糖、果糖和葡萄糖结合而成，它也被称为蜜三糖(melitriose)、蜜里三糖

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阿德莱德大学的Vikrant Minhas教授在《自然通讯生物学》上发表了关于肺炎链球菌的最新研究，文中介绍了不同菌株间负责棉子糖摄取的rafR基因差异，基因差异能调节肺炎链球菌对棉子糖的利用，进一步又会导致致病性的差异。

论文封面截图

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糖与细菌致病性

Minhas教授团队研究发现，在实验样本中分离出了两种与疾病密切相关的肺炎链球菌菌株，一种来自患者血液，另一种来自耳道中。经过基因组比对，负责棉子糖摄取的调节基因rafR存在显著差异，rafR的差异使得血样菌株较耳道菌株，对棉子糖有更高利用效率，并且与致病性呈正相关。

肺炎链球菌培养

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为了进一步研究肺炎链球菌的致病性，研究人员设计了小鼠鼻内（IN）攻击模型，研究结果表明两种肺炎链球菌株在小鼠体内的传播和致病表现出显著差异。血液样本会残留在小鼠肺部，从而导致侵袭性疾病。但是，耳道样本会从小鼠肺部清除，无法引起疾病。

不同肺炎链球菌菌株的体内转移
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值得注意的是，在菌株之间交换rafR基因改变了菌株利用棉子糖的能力，疾病进展的方式也都发生了逆转。这证实了rafR基因在引起疾病中发挥了重要作用。

rafR基因与疾病

为了进一步研究rafR基因对疾病发展的影响，研究团队在小鼠感染期间使用尖端测序技术，结果表明rafR基因的差异改变了小鼠和细菌对感染的反应方式。值得注意的是，含有耳道样本的rafR的菌株在感染部位产生了更多的中性粒细胞。进一步突出了rafR基因的单一差异能增加中性粒细胞水平，从而防止肺炎链球菌引起侵袭性疾病。

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潜在的研究影响

棉子糖主要存在于蔬菜，谷物和豆类中。目前尚不清楚人体是否具有足够高的水平来显着影响疾病的可能性。它可能是结构类似于棉子糖的碳水化合物，而是激活了棉子糖调节剂rafR。

尽管如此，我们的研究提供了关于肺炎链球菌如何引起疾病的见识。当我们了解是什么导致这种致命细菌在人体中传播时，就会有更多的途径来阻止这种细菌的传播。

如果这种棉子糖现象被证明在肺炎链球菌菌株中普遍存在，则阻止其使用棉子糖的能力可能会阻止它们在肺中存活，从而侵入肺部。与简单地抑制或杀死细菌相比，防止肺炎链球菌在体内扩散的治疗方法可能更有利于预防疾病。

肺炎链球菌可以留在我们的鼻子和喉咙，不会引起疾病。它在这个生态系统中起着重要的作用。当这种细菌被杀死时，其他致命的细菌可能会取代它并传播到诸如肺部等部位，从而引起疾病。

无法找到新疗法的风险

1.肺炎链球菌能对现有抗生素快速耐药性，这导致世界卫生组织和美国疾病控制与预防中心将其列为优先病原体，这意味肺炎链球菌的是一种极大潜在威胁。

2.尽管有可用的疫苗，但它们远非完美，无法涵盖所有不同的肺炎链球菌菌株。如果新的治疗方法和疫苗不能高效研发，肺炎链球菌的致命威胁会增加。

3.新的抗生素研发缓慢。研发失败率高，研发动力不足。

在最坏的情况下，到2050年，耐药细菌每年可能杀死多达1000万人。为了避免这种灾难，需要对细菌如何引起疾病进行更多的研究。有了这些知识，我们也许可以减少未来大流行的可能性

参考资料：

[1]https://sciencex.com/news/2020-06-weve-deadly-bacteria-common-sugar.html

[2]https://www.nature.com/articles/s42003-020-1018-x