Botulinum-type toksiner springer til en ny slags bakterier

Enterokokker er hårdføre mikrober, der trives i mave -tarmkanalen hos næsten alle landdyr, herunder vores egen, og forårsager generelt ingen skade. Men deres robusthed har på det seneste gjort dem til førende årsager til multilægemiddelresistente infektioner, især i miljøer som hospitaler, hvor antibiotikabehandling forstyrrer den naturlige balance mellem tarmmikrober.

Så opdagelsen af ​​et nyt toksin i en stamme af Enterococcus løfter videnskabelige øjenbryn. Isoleret fra ko -afføring udtaget på en gård i South Carolina, fejlen blev uventet fundet at bære et toksin, der lignede toksinet, der forårsager botulisme. Fundet blev rapporteret 25. januar i journalen Cellevært og mikrobe .

"Det er første gang, at et botulinumneurotoksin er fundet uden for Clostridium botulinum - og ikke kun toksinet, men en hel enhed indeholdende toksinet og tilhørende proteiner, der forhindrer toksinet i at blive nedbrudt i mave -tarmkanalen, "siger Min Dong, Ph.d., en forsker ved Boston Children's Hospital's Department of Urology og Harvard Medical School og en af ​​verdens eksperter inden for botulinumtoksiner.

Giftstoffet, kaldet BoNT/En, er det niende botulinumtoksin, der skal beskrives. (Sidste august, Dong og kolleger rapporterede den ottende, BoNT/X, lavet af C. botulinum og det første nye botulinumtoksin, der blev fundet i tæt på 50 år.

Skal vi være bange?

Ingen, i hvert fald ikke endnu, siger Sicai Zhang, Ph.d., en postdoktor i Dongs laboratorium og en af ​​tre co-first forfattere forfattere til den nye rapport.

"Det enterokokisolat, der bærer toksinet, er heldigvis modtageligt for vigtige antibiotika, "bemærker Zhang." Det blev kun fundet én gang fra et enkelt dyr, og der blev ikke observeret tegn på botulismesygdom. "

Da Sicai og hans kollega Jie Zhang, Ph.d., testet toksinet i gnavere i laboratoriet, det havde ringe eller ingen effekt. Først da de manipulerede toksinet for bedre at målrette mus- og rotte -neuroner, blev det potent, lukning af nervefunktionen og forårsager lammelse.

Er BoNT/En giftig for mennesker? Dongs laboratorium tester det nu i dyrkede menneskelige neuroner for at finde ud af det.

At springe

Hvordan kunne dette botulinumtoksin hoppe fra en bakterieart til en anden? Hold ledet af Dongs samarbejdspartnere, Michael Gilmore, Ph.d., ved Massachusetts Eye and Ear og Harvard Medical School, og Andrew Doxey, Ph.d., ved University of Waterloo, fandt ud af, at BoNT/En botulinumtoksin -generne blev båret af et plasmid.

Plasmider er mobile strukturer, der indeholder DNA uafhængigt af kromosomerne, og kan byttes fra en bakterie til en anden. Plasmider er ret almindelige hos enterokokker:faktisk de har været forbundet med erhvervelse af resistens over for vancomycin, et sidste udvej antibiotikum, og overførsel af modstand til den frygtindgydende Staphylococcus aureus.

Denne evne til at skifte gener er det, der bekymrer forskere. Kunne et potent toksin fra C. botulinum ende i en multilægemiddelresistent E. faecium belastning? Det virker nu teoretisk muligt.

"Enterococcus er et centralt knudepunkt for genoverførsel i tarmen, og det gør det potentielt skræmmende, "siger Dong.

Nede på gården

Gilmores laboratorium sekvenserede toksinproducerende E. faecium stamme som led i en langt bredere søgning efter oprindelsen til enterokokal antibiotikaresistens og sygdomsfremkaldende evne.

"Vi ledte ikke efter et neurotoksin i E. faecium , "siger Francois Lebreton, Ph.d., en anden første forfatter på papiret, der har specialiseret sig i at undersøge disse mikrobes genomssekvenser. "Der var ingen grund til at mistanke om dets eksistens."

Lebreton har undersøgt udviklingen af ​​enterokokker på grund af dets palæozoiske oprindelse, dens fremgang som en hospitalstrussel.

"I intensivt landbrug, antibiotika administreres til husdyr for at fremme vægtøgning i ofte overfyldte faciliteter. Vi mener, at dette skaber et miljø i dyrets tarm, der gør det muligt for antibiotikaresistente enterokokker at trives og komme i kontakt med mennesker, "forklarer han." Vi ved, at de er meget antibiotikaresistente E. faecium belastning vi bekæmper på hospitalet er meget nært beslægtet med stammer, der findes i mave-tarmkanalen af ​​dyr, der er opdrættet på landbrug. "

Fra gård til computer

Indtast bioinformatiker Andrew Doxey, Ph.d., hvis laboratorium ved University of Waterloo har specialiseret sig i minedrift af genomdata for at opdage nye toksiner og virulensgener. Analyse af den nyligt sekventerede E. faecium genom, laboratoriets computerprogrammer opdagede hurtigt den genetiske sekvens for det nye botulinumtoksin.

"Den måde, hvorpå vi opdagede dette toksin ved hjælp af beregningsmetoder, er forskellig fra, hvordan toksiner tidligere blev identificeret, og kan blive en standardmetode inden for bioovervågning, "siger Doxey." Det repræsenterer videnskabeligt samarbejde og datadeling, når det er bedst. "

En perfekt storm?

Det nyopdagede toksin vækker en vis bekymring for, at botulinumtoksin kan dukke op i antibiotikaresistente enterokokker, måske stammer fra genoverførsel i tarmen hos et dyr, der huser begge dele C. botulinum og Enterococcus.

"Dette er en unik opdagelse af et botulinumneurotoksin i en bakterie, der både er allestedsnærværende hos dyr og et alvorligt problem for menneskers sundhed, "siger Lebreton." E. faecium er i tarmen hos næsten ethvert menneske; det er ekstremt hårdt og overlever en masse belastninger, ofte inklusive bestræbelser på at desinficere hospitalsoverflader. Et hospitalstilpasset, antibiotikaresistent, svært at dræbe bug, der bærer et neurotoksin, ville være et værst tænkeligt scenario. "

Præcist hvilket dyr dette niende botulinumtoksin skal målrette mod er stadig ukendt. Gilmores laboratorium fortsætter med at udvide og studere sin samling af enterokokisolater. "Det meste af det, vi ved om Enterococcus, stammer fra de få stammer, der cirkulerer på hospitalet, "siger Lebreton." Det er muligt, at BoNT/En, eller endda andre nye toksiner, vil dukke op i andre enterokokker isoleret fra naturen. Vi har bare aldrig ledt efter dem før. "