MaltSci 麦伴科研

Appearance

文献精选 > 高引权威"合成生物学"文献

How antibiotics kill bacteria: from targets to networks. ​

文献信息 ​

DOI10.1038/nrmicro2333
PMID20440275
期刊Nature reviews. Microbiology
影响因子103.3
JCR 分区Q1
发表年份2010
被引次数769
关键词抗生素, 细菌死亡, 药物靶点, 细胞反应机制, 生物网络
文献类型Journal Article, Research Support, N.I.H., Extramural, Research Support, Non-U.S. Gov't, Review
ISSN1740-1526
页码423-35
期号8(6)
作者Michael A Kohanski, Daniel J Dwyer, James J Collins

一句话小结 ​

本综述探讨了抗生素与靶标的相互作用以及细菌对抗生素的复杂反应，尤其是导致细胞死亡的机制。通过生物网络的研究，揭示了新的见解，这些见解可能为合成生物学的发展提供基础，进而推动新型抗菌疗法的创造。

在麦伴科研 (maltsci.com) 搜索更多文献 ​

抗生素 · 细菌死亡 · 药物靶点 · 细胞反应机制 · 生物网络

摘要 ​

抗生素药物与靶标的相互作用及其各自的直接效应通常被很好地描述。相对而言，细菌对抗生素治疗的反应，尤其是那些导致细胞死亡的反应，则不太清楚，并且由于涉及多种遗传和生化途径而变得复杂。在本综述中，我们讨论了药物-靶标相互作用的多层次效应，包括被杀菌性抗生素抑制的基本细胞过程以及与之相关的促进细胞死亡的反应机制。我们还讨论了通过生物网络研究揭示的新见解，并描述了这些见解如何与合成生物学的相关发展结合，可能被利用来创造新的抗菌疗法。

英文摘要 ​

Antibiotic drug-target interactions, and their respective direct effects, are generally well characterized. By contrast, the bacterial responses to antibiotic drug treatments that contribute to cell death are not as well understood and have proven to be complex as they involve many genetic and biochemical pathways. In this Review, we discuss the multilayered effects of drug-target interactions, including the essential cellular processes that are inhibited by bactericidal antibiotics and the associated cellular response mechanisms that contribute to killing. We also discuss new insights into these mechanisms that have been revealed through the study of biological networks, and describe how these insights, together with related developments in synthetic biology, could be exploited to create new antibacterial therapies.

麦伴智能科研服务 ​

智能阅读回答你对文献的任何问题，帮助理解文献中的复杂图表和公式
定位观点定位某个观点在文献中的蛛丝马迹
加入知识库完成数据提取，报告撰写等更多高级知识挖掘功能

主要研究问题 ​

  1. 抗生素如何影响细菌的基因表达和代谢途径？
  2. 在不同的细菌种类中，抗生素的作用机制是否存在显著差异？
  3. 近年来在抗生素作用机制研究中，有哪些新兴的生物网络模型被提出？
  4. 抗生素治疗后细菌的耐药性发展与其细胞死亡机制之间有何关联？
  5. 如何利用合成生物学的进展来开发新型抗生素以应对耐药细菌？

核心洞察 ​

研究背景和目的 ​

抗生素的作用机制是生物医学领域的重要研究课题，尤其是在细菌细胞死亡的诱导方面。尽管抗生素与其靶标之间的相互作用已得到较好理解，但细菌对抗生素的复杂反应机制仍然不够清楚。本研究旨在探讨抗生素的多层次作用机制，特别是其如何通过影响细胞基本过程导致细菌死亡，以及如何利用这些机制开发新的抗菌治疗方法。

主要方法/材料/实验设计 ​

本研究通过对抗生素的靶标及其相关机制的综合分析，采用网络生物学方法来揭示细菌对抗生素的反应。研究设计包括以下几个步骤：

Mermaid diagram
  • 靶标与作用机制分析：对主要抗生素靶标（如DNA、RNA、细胞壁、蛋白质合成等）进行分类和作用机制探讨。
  • 细胞过程影响分析：研究抗生素如何影响细胞的基本生理过程，如DNA复制、RNA合成和细胞壁合成。
  • 细菌反应机制探讨：分析细菌在抗生素作用下的反应，包括氧化应激反应和SOS反应等。
  • 网络生物学应用：利用基因表达谱和高通量筛选技术，研究细菌在抗生素压力下的应答网络。
  • 新抗菌治疗开发：基于以上发现，探索合成生物学和新型小分子药物的开发。

关键结果和发现 ​

  1. 抗生素诱导细胞死亡的机制：研究发现，抗生素通过产生有害的羟基自由基、干扰DNA复制、RNA合成和细胞壁合成等多种机制导致细菌死亡。
  2. 共同的细胞死亡机制：不同类型的细菌杀伤抗生素（如氟喹诺酮、β-内酰胺和氨基糖苷类）都通过激活氧化损伤途径，导致细胞死亡。
  3. SOS反应的作用：SOS反应在细菌应对抗生素诱导的DNA损伤中起着关键作用，抑制SOS反应可增强抗生素的杀菌效果。
  4. 合成生物学的潜力：合成生物学方法可用于设计新型抗菌治疗，通过调节细菌的应答网络，提高抗生素的疗效。

主要结论/意义/创新性 ​

本研究揭示了抗生素通过多重机制诱导细菌死亡的复杂性，并强调了网络生物学在理解细菌应答中的重要性。这一发现为开发新型抗菌治疗策略提供了理论基础，特别是在抗药性细菌日益增加的背景下，寻找新的靶点和增强现有治疗手段显得尤为重要。

研究局限性和未来方向 ​

尽管本研究提供了抗生素作用机制的新见解，但仍存在一些局限性：

  • 研究主要集中在实验室条件下，缺乏对体内环境的充分考量。
  • 抗生素的具体作用机制在不同细菌种类中可能存在差异，需进一步探索。

未来的研究方向应包括：

  • 在体内模型中验证研究结果，探讨抗生素在复杂生物环境中的作用。
  • 结合多种抗生素的联合使用，探索其协同作用和潜在的抗药性机制。
  • 利用合成生物学技术，开发新型抗生素或增强现有抗生素的疗效。

参考文献 ​

  1. Hydroxyurea induces hydroxyl radical-mediated cell death in Escherichia coli. - Bryan W Davies;Michael A Kohanski;Lyle A Simmons;Jonathan A Winkler;James J Collins;Graham C Walker - Molecular cell (2009)
  2. Large-scale mapping and validation of Escherichia coli transcriptional regulation from a compendium of expression profiles. - Jeremiah J Faith;Boris Hayete;Joshua T Thaden;Ilaria Mogno;Jamey Wierzbowski;Guillaume Cottarel;Simon Kasif;James J Collins;Timothy S Gardner - PLoS biology (2007)
  3. DNA gyrase, topoisomerase IV, and the 4-quinolones. - K Drlica;X Zhao - Microbiology and molecular biology reviews : MMBR (1997)
  4. Reconstruction of biochemical networks in microorganisms. - Adam M Feist;Markus J Herrgård;Ines Thiele;Jennie L Reed;Bernhard Ø Palsson - Nature reviews. Microbiology (2009)
  5. Rifampin: mechanisms of action and resistance. - W Wehrli - Reviews of infectious diseases (1983)
  6. The mechanism of action of macrolides, lincosamides and streptogramin B reveals the nascent peptide exit path in the ribosome. - Tanel Tenson;Martin Lovmar;Måns Ehrenberg - Journal of molecular biology (2003)
  7. The action of rifampin alone and in combination with other antituberculous drugs. - G L Hobby;T F Lenert - The American review of respiratory disease (1970)
  8. A common mechanism of cellular death induced by bactericidal antibiotics. - Michael A Kohanski;Daniel J Dwyer;Boris Hayete;Carolyn A Lawrence;James J Collins - Cell (2007)
  9. STREPTOMYCIN ACTION AND ANAEROBIOSIS. - M KOGUT;J W LIGHTBROWN;P ISAACSON - Journal of general microbiology (1965)
  10. Multiple antibiotic resistance in a bacterium with suppressed autolytic system. - A Tomasz;A Albino;E Zanati - Nature (1970)

引用本文的文献 ​

  1. Insights into an unusual nonribosomal peptide synthetase biosynthesis: identification and characterization of the GE81112 biosynthetic gene cluster. - Tina M Binz;Sonia I Maffioli;Margherita Sosio;Stefano Donadio;Rolf Müller - The Journal of biological chemistry (2010)
  2. The future of the β-lactams. - Leticia I Llarrull;Sebastian A Testero;Jed F Fisher;Shahriar Mobashery - Current opinion in microbiology (2010)
  3. Emergence of Pseudomonas aeruginosa strains producing high levels of persister cells in patients with cystic fibrosis. - Lawrence R Mulcahy;Jane L Burns;Stephen Lory;Kim Lewis - Journal of bacteriology (2010)
  4. Conflicts targeting epigenetic systems and their resolution by cell death: novel concepts for methyl-specific and other restriction systems. - Ken Ishikawa;Eri Fukuda;Ichizo Kobayashi - DNA research : an international journal for rapid publication of reports on genes and genomes (2010)
  5. An incomplete TCA cycle increases survival of Salmonella Typhimurium during infection of resting and activated murine macrophages. - Steven D Bowden;Vinoy K Ramachandran;Gitte M Knudsen;Jay C D Hinton;Arthur Thompson - PloS one (2010)
  6. Identification of a chemical that inhibits the mycobacterial UvrABC complex in nucleotide excision repair. - Nayef Mazloum;Melanie A Stegman;Deborah L Croteau;Bennett Van Houten;Nyoun Soo Kwon;Yan Ling;Caitlyn Dickinson;Aditya Venugopal;Mohammad Atif Towheed;Carl Nathan - Biochemistry (2011)
  7. Depletion of antibiotic targets has widely varying effects on growth. - Jun-Rong Wei;Vidhya Krishnamoorthy;Kenan Murphy;Jee-Hyun Kim;Dirk Schnappinger;Tom Alber;Christopher M Sassetti;Kyu Y Rhee;Eric J Rubin - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2011)
  8. Drug tolerance in replicating mycobacteria mediated by a macrophage-induced efflux mechanism. - Kristin N Adams;Kevin Takaki;Lynn E Connolly;Heather Wiedenhoft;Kathryn Winglee;Olivier Humbert;Paul H Edelstein;Christine L Cosma;Lalita Ramakrishnan - Cell (2011)
  9. Glutathione facilitates antibiotic resistance and photosystem I stability during exposure to gentamicin in cyanobacteria. - Jeffrey C Cameron;Himadri B Pakrasi - Applied and environmental microbiology (2011)
  10. Molecular recognition of chymotrypsin by the serine protease inhibitor ecotin from Yersinia pestis. - Elizabeth A Clark;Nicola Walker;Donna C Ford;Ian A Cooper;Petra C F Oyston;K Ravi Acharya - The Journal of biological chemistry (2011)

... (759 更多 篇文献)

© 2025 MaltSci 麦伴科研 - 我们用人工智能技术重塑科研