ISME J：空間結構化合成微生物互生系統中抗生素持久性的出現

抗生素持久性（即耐藥性）賦予了細菌亞羣在抗生素的殺滅作用下存活的能力，進而推動了抗生素抗性的演變。儘管細菌通常棲息在充滿複雜生態相互作用的微生物羣落中，但關於微生物生態如何具體影響抗生素持久性的機制，我們仍知之甚少。在此，我們針對大腸桿菌（Escherichia coli）和沙門氏菌（Salmonella enterica）這兩種微生物，在合成的雙物種共生環境中進行了深入研究，揭示了交叉營養與羣落空間結構的結合如何通過增強細胞間的異質性，進而導致細菌呈現出高抗生素持久性的顯著現象。通過對瓊脂表面上的哌拉西林誘導細菌死亡情況的追蹤觀察，我們發現，在交叉營養的共培養條件下，大腸桿菌形成的抗生素抗性突變細胞數量比單種培養高出多達55倍。這種顯著的持久性提升，並非單純由沙門氏菌的存在、交叉營養的存在、平均營養匱乏或自發的耐藥突變所能解釋。進一步的時間序列熒光顯微鏡觀察揭示了共生共培養中大腸桿菌在滯後期細胞間變異的顯著增加。此外，我們還發現，當一株大腸桿菌細胞所依賴的附近沙門氏菌細胞先行死亡時，這株大腸桿菌細胞卻能在抗生素的殺滅作用中存活下來。綜上所述，我們的研究揭示了一種由交叉營養和空間結構結合引發的高抗生素持久性表型，這是一個全新的現象。這一發現不僅強調了在抗生素治療期間考慮空間結構化相互作用的重要性，也爲我們深入理解微生物羣落的抗性提供了新的視角。