增强丙酮酸-甲酸代谢通路逆转细菌耐药性的研究

Control of multidrug-resistant bacteria has been mainly dependent upon novel antibiotics. However, the development of new antibiotics is becoming more and more difficult, and the use of the novel antibiotics easily leads to multidrug resistance. Therefore, it is necessary to find out alternative approaches. Very recently, we have revealled that metabolic regulation can promote the existing antibiotics to eliminate antibiotic-resistance bacteria (Cell Metabol, 2015,21: 249–61). .Meanwhile, we have showed that antibioitc resistance of Escherichia coli can be reverted by sodium pyruvate and sodium formate to be susceptible to gentamicin. Based on these findings, the present study further investigates why and how the enhanced pyruvate-formate metabolic pathway have the potential. The investigation will focus on proton motive force (PMF)-depedent reverting mechanisms by which E. coli becomes more sensitive to gentamicine, PMF-depedent mechanism by which antibiotic is uptaked, effect of the reverting on other antibiotics and clinical isolated antibiotic-resistant bacteria, and intracellular antibiotic concentration over multidrug efflux and NDM-1 in the reverting. These studies can establish a new strategy, which is independent on new antibiotics and dependent on existing drugs, to control antibiotic-resistant bacteria. The strategy will decrease the dose of antibiotic used and improves the efficiency to provide a proof for the strategy controlling antibiotic-resistant bacteria based on the exsting antibiotics rather than development of new antibiotics.

长期以来控制耐药菌的主要策略寄托于新抗生素，但新抗生素发现越来越难，使用后又容易导致细菌多重耐药，因此建立新的策略势在必行。新近我们发现通过代谢调节可以利用现有抗生素高效杀死耐药菌的新策略(Cell Metab, 2015; 21: 249–61)。. 本项目拟在前期发现丙酮酸钠和甲酸钠逆转大肠杆菌耐药性的基础上，系统开展增强丙酮酸-甲酸代谢通路逆转耐药性的研究，主要阐明丙酮酸钠和甲酸钠提高细菌对庆大霉素敏感性的质子动力势机制，揭示质子动力势促进抗生素进入细菌胞内的分子机制，探讨这一耐药性逆转调节与其他类型抗生素的关系及其对野生耐药菌的体内外作用，明确通过逆转效应提高的胞内抗生素与多药外排系统和NDM-1降解作用的关系。这些研究结果可以在降低抗生素使用量而保证杀菌效果的基础上，改善细菌耐药性的问题，为建立不依赖发明新抗生素而是利用现有抗生素控制耐药菌的新策略提供进一步的论证。

长期以来，控制耐药菌的主要策略寄托于新抗生素，但新抗生素发现越来越难，使用后又容易导致细菌多重耐药，因此建立新的策略势在必行。新近我们发现通过代谢调节可以利用现有抗生素高效杀死耐药菌(Cell Metab, 2015; 21: 249–61)。.本项目系统开展了增强丙酮酸-甲酸代谢通路逆转耐药性的研究。研究结果证明了甲酸钠可以提高庆大霉素耐药菌的对庆大霉素的敏感性约10,000倍，具有甲酸钠含量、庆大霉素浓度和作用时间的梯度效应；两者药物的协同指数为0.0386，减少庆大霉素用量约24倍。且对耐药菌生物膜细菌亦有效。进一步阐明了丙酮酸钠和甲酸钠提高细菌对庆大霉素敏感性的NADH和质子动力势机制，揭示了质子动力势促进抗生素进入细菌胞内的分子机制，探讨了这一耐药性逆转调节参与的双调节系统和外膜通道蛋白，证明了这一耐药逆转调节的氨基糖苷类抗生素的通用性，明确了通过逆转效应提高的胞内抗生素与多药外排系统和NDM-1降解作用的关系。.综上所述，甲酸钠提高大肠埃希庆大霉素耐药菌对庆大霉素的敏感性，是由于甲酸钠提高了甲酸脱氢酶的表达水平，改变了细菌代谢，使得NADH和PMF增加，同时通过调节双组分系统和YpjA促进庆大霉素的吸收。通过本研究，建立了底物提高酶表达水平改变细菌代谢从而提高细菌对抗生素敏感性的新策略。这些研究结果可以在降低抗生素使用量而保证杀菌效果的基础上，改善细菌耐药性的问题，为建立不依赖发明新抗生素而是利用现有抗生素控制耐药菌的新策略提供进一步的论证。