利福霉素大自然的馈赠：来自土壤的抗生素

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几十年来，我们一直在使用抗生素治疗结核病。然而，导致这种疾病的微生物结核分枝杆菌已经“反击”了。当面对现有的药物(如利福霉素)时，细菌通常会变异并对治疗产生耐药性。如今，利福霉素耐药性稳步上升，这给试图对抗结核病的医生带来了问题。
根据美国洛克菲勒大学科学家团队的一项研究，大自然可能会为我们提供一个解决方案:在土壤中发现的一种天然抗生素可以消除突变的分枝杆菌。这项研究最近发表在《自然通讯》上。

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天然抗生素
利福霉素(Rif)针对细菌RNA聚合酶(RNAP)，广泛用于治疗感染，包括结核病。RNAP是细菌生存的重要酶。当编码RNAP的基因突变时，它会产生抗性。即使是轻微的基因改变也能阻止Rif与RNAP结合并阻碍其功能。
为了避免抗生素耐药性，研究人员需要一种类似Rif的药物，即使存在突变，它也能与RNAP结合。通常，许多科学家选择在实验室合成这些分子，但肖恩·布雷迪教授将注意力转向了自然。

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肖恩·布雷迪
“利福霉素是由细菌自然产生的，”他说。所以我想搞清楚大自然是不是也制造了Rif类似物，也就是看起来像利福霉素但是略有不同的分子。"
为了识别这种物质，布雷迪实验室对从美国各地收集的土壤样本中的微生物基因进行了测序。他们希望找到与Rif基因相关的抗生素，但他们几乎没有变异，所以他们可以与突变的RNAP结合。

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【利福霉素大自然的馈赠：来自土壤的抗生素】研究人员在土壤样本中发现了一组天然抗生素，名为kang，它与利福霉素具有大多数相同的基因。此外，博士后研究员詹姆斯·皮克(James Peek)的分析表明，这些抗生素可以对抗对Rif没有反应的细菌。
布雷迪推测，康可能是在应对类似医院环境的进化压力的过程中出现的。在临床环境中，细菌通过产生保护性突变对抗生素的攻击做出反应。魔法一尺高一丈高。反过来，研究人员将开发出更强有力的抗生素。随着时间的推移，细菌会进一步变异以避免新的攻击，等等。布雷迪认为，在自然界中，细菌和抗生素也可能以类似“军备竞赛”的方式存在。
土壤中的细菌相互竞争。一些细菌脱颖而出的方法是产生像Rif这样的毒素，可以作为天然抗生素使用。和医院里的细菌一样，土壤里的细菌也会通过突变来应对这种威胁，从而带来对毒素的抵抗力。但是随着时间的推移，竞争关系中的细菌会发生变异，产生更强的抗生素。布雷迪推测康可能是这场竞争的产物。
他说:“天然抗生素很可能面临与临床环境相同的选择压力。如果是这样的话，那么我们可以找到利福霉素的类似物，就像康一样对付抗生素耐药性。”
一个有用的聚合酶“口袋”
为了找出是什么使这些新发现的抗生素有效地处理突变的结核菌株，研究小组分析了它们的结构。他们发现，尽管康与利福霉素相似，但它有几个独特的特征，包括一个额外的糖和一个额外的酸附着在核心结构上。研究人员发现，这些微小的纤维为这种分子提供了一种新的方式来结合和干扰RNAP，使康能够靶向不受Rif影响的细菌。