利用土壤细菌帮助加速发现新的抗生素

东北大学研究员金·刘易斯 (Kim Lewis) 正在带头开展一项旨在加速发现新抗生素的努力，这是多机构项目的一部分，旨在解决日益严重的抗生素耐药性问题。

“这是一个大问题，因为大约 50 年前我们基本上停止引进新型抗生素，”生物学杰出教授兼东北大学抗菌发现中心主任刘易斯说。

刘易斯说：“细菌不断获得和传播耐药性，导致了世界卫生组织所称的缓慢蔓延的流行病——抗生素耐药性危机”，每年造成近 500 万人死亡。

加速技术的目标是使用高通量方法和微流体技术来加速新型抗生素的发现。

来自九个州和英国的 25 个研究小组的科学家将开发新工具，包括单细胞检测和机器学习，以诊断和治疗对当前疗法有抗药性的细菌感染。

刘易斯说：“现有的抗生素来自不到 1% 的细菌种类。”这意味着绝大多数细菌种类的抗菌能力尚未经过测试。

他和他的团队开发了一种从土壤细菌中发现抗生素的新方法，将单个细胞封装到微滴中，每天可以测试 1000 万种细菌，而不是历史上 10 年内测试 10 万种细菌的速度。

刘易斯的研究是哈佛医学院约翰·保尔森牵头的一项联邦合同的一部分。保尔森开发的一种微流体方法将每个细胞置于微流体装置的通道中，从而实现可视化，刘易斯说，这应该会进一步促进新抗生素的发现。

“到目前为止，筛选都是使用 20 世纪早期的技术进行的，”他说。“采用这种先进的筛选平台将提高发现新型抗生素的机会。”

“传统的方法是取一个培养皿，将测试病原体均匀地铺在上面。然后把潜在的生产者放在培养皿上面。如果它生产抗生素，你会看到一个抑菌圈，它将生产者的菌落与测试病原体的菌落分开。这是标准技术。”

刘易斯说：“我们将这项技术带入 21 世纪，利用微流体技术和快速扫描激光显微镜，可以同时观察 1000 万个细胞，并了解它们内部发生的情况。”

依靠在世界各地(主要是美国)收集的土壤样本，“我们从环境中制成细胞悬浮液。然后，细胞悬浮液进入微流控芯片，它有点像一条河流，有侧通道。”

“大约有 1000 万个这样的侧通道。悬浮液被稀释，以便每个通道大约有一个细胞进入通道。现在，该细胞可以开始生长，产生子细胞并生产它想要生产的任何东西。”

连接微小通道(尺寸仅为千分之一毫米)的链接被打开，以允许抗生素扩散到测试病原体。

接下来，扫描激光显微镜“可以告诉我们测试病原体是否正在分裂，”刘易斯说。“如果细胞停止生长，我们就知道它受到了抗生素的攻击。”

目前临床上使用的大多数抗生素都是从放线菌中分离出来的，刘易斯称这些抗生素很久以前就被“过度开采”，导致了抗生素耐药性危机。

他说，他在东北大学的团队已经开始挖掘外部放线菌，并发现了“非常有趣的新化合物，目前正在开发用于对抗多重耐药性病原体”。

刘易斯说，他的实验室在发现新抗生素方面有着良好的记录，“现在我们要做得更好、更快。”