达特茅斯学院研究团队发现，一类寄居在细菌内部的DNA分子——质粒——可能通过改变细菌的空间排列方式，让宿主细菌形成紧密簇群，从而对抗生素等医疗干预表现出更强的耐受性。研究人员表示，这一机制为细菌感染为何会变得更难治疗提供了一个此前未被充分认识的路径。相关成果发表于《Current Biology》。

质粒诱导接合菌毛，推动细菌形成保护性簇群

研究介绍，质粒可“劫持”宿主细菌，促使其长出管状附属物——接合菌毛。接合菌毛能够连接相邻细菌，使质粒复制体在细胞间转移。

研究团队报告称，随着菌毛将细胞连接在一起，细菌会聚集成密集簇群，并表现出对抗生素的抵抗能力，即便单个细菌并不具备传统意义上的遗传抗性。研究还观察到，质粒可促使多种细菌物种共同聚集，包括一些通常不易形成群体的细菌。

该研究资深作者、达特茅斯生物科学副教授Carey Nadell表示，团队观察到的并非由遗传编码驱动的常见抗生素抗性，而是质粒通过改变细菌在空间中的组织方式，使细胞对伤害更具耐受性。第一作者、Nadell实验室博士生James Winans称，这种现象可能是质粒在细胞间移动的“副产品”，并指出若该过程仅存在于实验室环境之外并不发生，他会感到意外。

生物膜相关感染难清除，治疗常从边缘向内受阻

Nadell指出，细菌群落（生物膜）是严重感染的常见原因之一。团队同时研究噬菌体等杀菌病毒，并提到噬菌体与抗生素等治疗往往从生物膜边缘向内推进，但位于中心的细胞可能躲避攻击，从而获得繁殖并传播感染的时间。

他表示，临床上针对处于生物膜状态的细菌，治疗效果往往不理想。研究团队认为，若其观察到的紧密细菌群体在体内形成，将更难清除；除非采用高温或漂白剂等“极端措施”，但这些并非临床可行的治疗方式。

在大肠杆菌生物膜中，质粒可在三天内广泛传播

为探究生物膜结构如何影响质粒在群落中的移动，研究人员以肠道细菌大肠杆菌为主要对象开展实验。结果显示，少量携带质粒的细菌进入大肠杆菌生物膜后，三天内几乎可使生物膜内所有细菌细胞获得质粒。

Nadell表示，质粒在自然界中广泛存在，但若不在细菌宿主体内，通常难以长时间保持完整。研究人员同时提到，质粒因结构相对简单、适应性强，长期以来也被视为理解遗传学基础的重要模型。

质粒与宿主关系并非单向获益，聚集也可能带来代价

研究团队指出，质粒与细菌宿主之间可能呈现互利互害的复杂关系。Nadell称，质粒在原则上可表现为寄生体，但部分质粒携带对宿主有益的遗传信息，例如赋予传统的抗生素遗传抗性。

不过，团队实验显示，这种由聚集带来的“超级耐受性”并非总是有利。Winans表示，质粒虽可帮助细菌抵抗抗生素，但细菌在觅食等其他能力上会变差。研究还发现，被迫聚集成簇的细菌细胞更迟缓，也更不容易离开群体。Winans指出，如果类似密集簇群在患者体内形成，可能带来严重问题。

研究人员还报告称，在大肠杆菌中观察到的聚集效应也可发生在不同细菌物种之间，包括与食用未煮熟家禽和鸡蛋相关的沙门氏菌，以及致病性细菌Serratia fonticola。

团队进一步评估与其他微生物共存对质粒转移的影响

研究团队还通过实验考察，与其他微生物共生是否会影响质粒转移与簇群形成，其中包括人类肠道内存在、与鹅口疮等常见感染相关的酵母菌白色念珠菌，以及可引发致命霍乱的霍乱弧菌。

Nadell表示，团队计划继续研究质粒形成的群体如何促进耐受性，可能原因包括生物膜内细菌更难被触及，或密集簇群抑制细胞生长；而许多抗生素仅对活跃生长的细胞有效。他同时指出，质粒在自然环境中非常普遍，了解其与致病细菌协同对抗临床干预的方式，有助于后续寻找应对路径。