艰难梭菌利用有毒化合物在肠道中获得竞争优势

艰难梭菌——最常见的医疗相关传染性腹泻病原体——可以利用一种杀死人体微生物群落内常驻微生物的化合物来存活和生长，从而在受感染的微生物群落中获得竞争优势。

由范德比尔特大学医学中心的研究人员领导的一个团队发现了艰难梭菌如何将有毒化合物4-硫尿嘧啶（可能来自西兰花等食物）转化为可用的营养物质。他们的研究结果于3月25日在《细胞宿主与微生物》杂志上发表，增加了对艰难梭菌感染分子驱动因素的理解，并指出了新的治疗策略。

根据疾病控制与预防中心的数据，艰难梭菌每年在美国造成约50万例感染。增加艰难梭菌感染风险的因素包括使用抗生素、年龄超过65岁以及最近在医院和其他医疗机构的住院经历。

与其他病原体一样，艰难梭菌必须获取营养才能存活和生长。

“我们感兴趣的是试图了解艰难梭菌在感染期间所需的营养物质，以及你所吃的食物如何影响艰难梭菌在你微生物群落中的摄取，”该研究的第一作者、研究生马修·穆内克说，他与埃里克·斯卡尔博士合作，后者是病理学欧内斯特·W·古德帕斯特教授兼范德比尔特感染、免疫和炎症研究所所长。

研究小组重点关注核苷酸——DNA和RNA的构建块，这类营养物质在艰难梭菌中尚未得到充分研究。

研究人员发现，艰难梭菌必须获取某种类型的核苷酸（嘧啶）才能引起感染，并且他们发现了一种名为TudS（硫尿嘧啶脱硫酶）的酶，艰难梭菌利用这种酶从相关化合物4-硫尿嘧啶中回收嘧啶核苷酸尿嘧啶。

他们展示了4-硫尿嘧啶会掺入RNA并对没有TudS酶的微生物群落常驻微生物产生毒性。然而，在艰难梭菌中，TudS修饰并解毒4-硫尿嘧啶，使其成为可用的营养物质。研究人员证明了TudS在喂食4-硫尿嘧啶的小鼠和一个含有从人类粪便中分离出的细菌群落并添加4-硫尿嘧啶的新颖MiniBioreactor模型中对艰难梭菌的“适应性”有贡献。

“我们认为4-硫尿嘧啶代谢对艰难梭菌有益，因为它作为营养物质为细菌提供燃料，还可能抑制邻近细菌，这将使艰难梭菌在微生物群落环境中具有进一步的竞争优势。”马修·穆内克说。

TudS酶可能代表了一种治疗艰难梭菌感染的新治疗靶点。它不存在于许多微生物群落常驻微生物（或人类细胞）中，因此针对TudS以杀死艰难梭菌的抗菌药物可能有助于保留健康的微生物群落微生物群，他指出。

研究人员还展示，在体外模型中，将艰难梭菌的TudS添加到益生菌大肠杆菌菌株中，减弱了艰难梭菌的适应性优势。

尽管研究人员展示了4-硫尿嘧啶存在于人类微生物群落中，但其来源尚不清楚。食用富含十字花科蔬菜（如羽衣甘蓝、其他绿叶蔬菜、西兰花和花椰菜）饮食的牲畜体内4-硫尿嘧啶水平升高，并且4-硫尿嘧啶也存在于西兰花中，这些都表明膳食来源可能有助于4-硫尿嘧啶在人类微生物群落中的存在。

“需要更多的研究来了解4-硫尿嘧啶的来源，但如果它来自饮食，那么这可能会为艰难梭菌感染提供膳食干预的信息，”穆内克说。

不过，现在还不需要放弃食用十字花科蔬菜。在健康的微生物群落中，一些常驻微生物含有与TudS相关的酶，并可能将4-硫尿嘧啶转化为营养物质。这些微生物在艰难梭菌感染的微生物群落中可能缺失，穆内克说。

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