Nature：Gordon組採用甘露糖苷選擇性抑制尿路致病性大腸桿菌

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《Selective depletion of uropathogenic E. coli from the gut by a FimH antagonist 》是Jeffery I. Gordon組2017年6月22日Nature上發表的新作品。

Jeffery Gordon組來自於美國聖路易斯的華盛頓大學醫學院。要説它有多牛，那一定是準諾獎級別的人物。要説他的研究有多前沿，他們團隊一年可以把CNS發個遍。

這麼牛的人，如果是本領域專業人士就必須知道，他的文章歷史達20年之久，夠我讀上半年。因爲此的文章在本公衆號會自成一個系列，精讀學習。關於Gordon組的詳細介紹，自己多看看Gordon的實驗室主頁吧：https://gordonlab.wustl.edu/
讀此組研究方向，定可把握微生物組的最前沿。

摘要

背景：每年有150萬人由尿路致病性(致腎盂腎炎)大腸桿菌(UPEC)引起尿路感染(UTIs)。雖然抗生素治療很有效，但30-50%的病人會復發UTIs。而且近年來連續抗生素(碳青黴烯類、粘菌素)的使用，也使UPEC產生了多種抗藥性。UPEC在腸道里定殖，可通過糞便傳播，可定殖在尿路周圍或陰道，並通過尿道傳染致尿路，引起UTIs。
UPEC分離菌株編碼16種不同的伴侶引導途徑菌毛蛋白，每種不同的菌毛類型可使細菌定殖在一種宿主或環境；例如：1類菌毛——黏附素FimH結合膀胱表面的甘露糖，介導UPEC在膀胱中的定殖。然而，UPEC在腸道中定殖的機制還知之甚少。

結果：小鼠模型中發現，F17樣菌毛及1類菌毛促進UPEC在腸道中定殖，前者與腸道致病菌的菌毛類型相似，表示特異地結合結腸內窩表皮細胞。進化基因組和結構分析F17樣菌毛序列表明與腸內致病菌非常相近，但只在腸道外的致病性大腸桿菌中存在。此外， 利用M4284(一種高親和力的抑制性甘露糖苷)靶向FimH，可減少UPEC菌株在腸道定殖的種類(遺傳多樣性)，同時可治療尿路感染，並且不影響腸道菌羣結構。甘露糖苷可選擇性抑制UPEC在腸道內的定殖，顯著的減少UTI的發生率和複發率。

圖1. I型F17樣菌毛促進UPEC在腸內定殖

a-k, C3H/HeN基因型小鼠用鏈黴素預處理，共發生或接連定殖野生型UTI89(k)和/或突變體(a. yfc, b. yeh, c. yad, d. pap, e. sfa, f. yqi, g. mat, h. fim, i. ucl, j. fim & ucl)。
l, m, 純化粘附外源凝集素結構域FimH和UclD，並測試與小鼠結腸結合；切片採用Hoechst(藍)染色，和粘液相關糖蛋白Muc2(綠)抗體。
n, UclD與五種常見單糖不結合。

圖2. UcLD結構

a. UcLD, F17G和兩者重合結構比較；
b. 比較兩者表面的殘基和靜電錶面潛能；
c. 序列比較兩者的結構區域。

圖3. 甘露糖苷可以減少UPEC，並治療UTI。

a. 口服M4284後在糞便中濃度隨時間變化；
b. C3H/HeN基因型小鼠定殖UTI89，給予3個單位的的M4284；
c/d. UT189糞便和腸內的水平；
e. UT189接種於小鼠過程；
f, g. 檢測實驗和對照組的菌濃度；

圖4. 甘露糖苷在不同遺傳背景下特異靶向UPEC，而對微生物羣影響很小

a, 比較不同組微生物組Unweighted Unifrac 距離；
b-f, 小鼠喂不同UPEC菌株，並甘露糖苷治療觀察效果；
g, h, 評估甘露糖苷靶向能力。

文章的主體思路

1. 發現菌毛是致病菌腸道定殖的決定因素；

2. 對菌毛的結構研究，用於篩選靶向藥物(一般採用分子動力學模擬，再確定候選小分子進行實驗篩選)；

3. 對篩選到的陽性化合物進行詳細藥理、毒理和藥價評價；

4. 擴大遺傳背景，研究藥物的是否有副作用，主要關注是否對目標菌有特異性，對菌羣整體有無影響。

Nature的文章附錄還有無數的圖表，工作量大的驚人，即使非常有基礎的實驗室重複上述實驗也不是一年半載可以完成的。

總結

大牛的文章，圍繞着大科學問題展開，文章中很少關注技術分析和結果的多角度解讀，而是更高層面的思考和科學問題的逐層解答。

看看一般10分左右的文章(如Microbiome中的文章，大部分工作量就是Nature中的一個圖)，就知道和他們的差距了。There is still a long way.

Reference

1. Selective depletion of uropathogenic E. coli from the gut by a FimH antagonist DOI: 10.1038/nature22972

2. Nature：在腸道中選擇性清除致病大腸桿菌（重磅）http://www.xunludkp.com/papers/read/1058090408?kf=mobile.search

3. https://gordonlab.wustl.edu/

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