糞腸球菌如何聰明的躲過抗生素？

很多人可能都很擔心，要是抗生素被濫用，細菌的抗藥性愈來越強，到時候連最後防線的萬古霉素(vancomycin)都沒有用了要怎麼辦？

2004 年發生一個案例，有位病患受到糞腸球菌(Enterococcus faecalis)的感染住院治療，醫生檢驗她的血液想看看可以用什麼抗生素治療，當時她感染的細菌株已對萬古霉素有抗藥性，不過卻對 daptomycin 沒有抵抗力。病患在接受 daptomycin 治療後便可以回家了，不過兩個禮拜後，又因為高燒住院，這次醫療團隊無法可施，病患不久後過世。



註：萬古霉素主要作用在革蘭氏陽性(gram-positive)細菌上，和革蘭氏陰性菌(gram-negative)不同的地方在於細胞壁，陽性菌只有一層細胞壁(peptidoglycan layer)，用結晶紫(crystal violet)染色、再用酒精洗過後，染劑會被細胞壁留住，使得細菌呈現藍紫色。陰性菌在細胞壁外面則還有另一層細胞膜，在用酒精脫色後會讓細胞膜產生洞，染劑會從洞中流出，無法留住結晶紫，在用番紅(safranin)複染(counterstain)之後會呈現粉紅色。


Figure / Cell wall structures of gram-positive and gram-negative bacteria (YT Liu et al, J Nanosci Nanotechnol 2012; doi: 10.1166/jnn.2012.4941)

TN / Gram Positive vs Gram Negative (Aug 2019)

Enterococcus 原本並非有害菌，人類的腸胃道理或多或少有一些，不過後來因為它進化為對萬古霉素有抗藥性(ancomycin-resistant enterococcus, VRE)，被 WHO 列為對人類健康有害的 "priority pathogens"。我孤狗的時候發現它是似乎原本是益生菌，可以添加在食品裡面，後來在 WHO 發布其會危害人體健康的警告後，台灣食品衛生署便發布「糞腸球菌(Enterococcus faecalis)及屎腸球菌(Enterococcus faecium)不得作為食品原料使用」的公告。

WHO / WHO publishes list of bacteria for which new antibiotics are urgently needed (2017)

Daptomycin 是一種環脂肽類抗生素(lipopeptide antibiotic)，它剛開始可以對抗 VRE 是因為它會接合細菌的細胞膜中的磷脂(phospholipids)，使其分佈錯位，無法維持細胞膜的平衡，進而無法進行分裂繁殖，甚至導致死亡，人體免疫系統的 AMPs (antimicrobial peptides) 也是利用相同的機制抑制細菌感染。

但為什麼後來沒用了呢？在那位病患過世後，醫生把她後來的血液和她第一次住院時抽的血液比較，發現後來 daptomycin 無法殺死 VRE 是因為細菌會重組細胞膜，改變細胞膜內磷脂的內容和分佈，使抗生素無法再與之接合，因此無法抑制細胞分裂繁殖。再進一步研究，發現是因為 VRE 的細胞膜上有個叫 LiaX 的蛋白，LiaX 有兩個 domains，N-terminus 伸出細胞膜外負責探測周遭環境，C-termius 在細胞內抑制負責壓力反應(stress response)的 LiaFSR system，包括調磷脂代謝和細胞膜，如果 LiaFSR 被啟動，細菌就會進行細胞膜重組。因此如果 LiaX 和 daptomycin 或是 AMPs 接合，LiaX 便會會傳送訊息啟動 LiaFSR，使細菌開始重組細胞膜。

了解這個機制後，或許研究者們可以找出阻斷 LiaX 和抗生素接合的方法，解決細菌抗藥性的問題。



Article:

WIRED / Scientists Find a Weak Spot in Some Superbugs' Defenses (Dec 2019)


Publication:

A Khan et al, Antimicrobial sensing coupled with cell membrane remodeling mediates antibiotic resistance and virulence in Enterococcus faecalis. PNAS (2019)

你聽過自體糞便移植嗎？

大家都聽過「自體 xx 移植」吧，像是自體脂肪移植、自體皮膚移植等等，但是有聽過自體糞便移植嘛？XD

通常癌症病人在做骨髓幹細胞移植(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation, allo-HSCT)手術後，醫生會用大量的抗生素去預防細菌感染，但是抗生素不只會殺死不好的細菌，也會殺死對身體有益的腸道菌，大量失去這些對身體有益的細菌也會可能會造成其他的感染，有什麼辦法可以在抗生素治療後把失去的腸道菌給救回來呢？這個研究用的是自己的便便，在做骨髓移植前就先把病患的便便冷凍起來，然後抗生素治療後再移植回病患的體內。

這篇研究的作者們首先分析了七百多位病患在骨髓幹細胞移植手術前和手術後的腸道菌，發現腸道菌的多樣性在手術和抗生素治療後大為下降，以指數來看的話大概只有原本的三成，然後這個情況大概持續三週後，腸道菌才開始慢慢恢復，但不見得會恢復到原本的狀態。

在自體糞便移植的臨床試驗上，他們分析了病患在骨髓移植手術後一到五週後的糞便(大多是術後十三天左右)，如果健康腸道菌很少的就進入臨床試驗，他們挑了 25 位符合這個條件的病患，然後隨機把他們分成兩組，一組(11 位)在手術後接受正常的術後照顧，另一組(14 位)則接受自體糞便移植(autologous fecal microbiota transplantation, auto-FMT)，移植的糞便就是病患手術前已先冷凍起來的糞便。結果顯示接受糞便移植的病患，他們的腸道有益菌在幾天內就回到和 Allo-HSCT 前相同的多樣性和菌落生態，例如術前原本就有的有益菌 Lachnospiraceae, Ruminococcaceae 和 Bacteroidetes 都回來惹，因此有助於病患的腸道系統和免疫系統的恢復。接受正常術後照顧的病患，則是花了好幾個禮拜才從抗生素治療中恢復，有的人甚至術後三個月了腸道菌的多樣性還是很低。

臨床實驗編號(ClinicalTrials.gov identifier)：NCT02269150

Ok, 我知道大家都很好奇到底糞便移植是怎麼做的(有嗎？)，我把移植的方法 copy 在這邊："Auto-FMT consisted of a single procedure and was performed by rectal administration of the thawed fecal product through a retention enema."

你懂的(比手槍手勢，指~)，我就不翻譯惹，大家可以用 enema administration 這個詞去 YouTube 找影片來看。😂

ps. 而且你會順便找到有人分享做 probiotic retention enema 的心得唷。😆



Article:

NIH / Fecal microbiota transplantation helps restore beneficial bacteria in cancer patients


Publication:

Y Taur et al, Reconstitution of the gut microbiota of antibiotic-treated patients by autologous fecal microbiota transplant. Science Translational Medicine (2018)