一、整体机制概述

该类抗菌物质属于亚抑制浓度下的非杀伤型胁迫作用,并不会破坏微生物基础增殖能力,仅能够干扰菌体适应新环境、修复损伤以及启动分裂萌发的过程,因此只会拉长延滞时长,菌体经过适应之后依旧可以正常增殖,最终抵达和空白对照组持平的峰值生物量。下面分多个层面拆解对应的作用机理。

1. 菌体环境适应负担加重

微生物转入全新培养环境以后,需要调整胞内代谢通路、合成转运蛋白、修复氧化损伤。当处在低‑MIC药物浓度环境,药物会轻微干扰部分代谢酶活性,菌体需要消耗额外能量用来应对药物带来的应激压力。菌体启动增殖前的准备时间变长,造成延滞期延长。待微生物完成应激调控,耐药相关基因表达上调之后,药物带来的压力被菌体适应,细胞分裂速率恢复正常,最终能够生长至原有最大生物量。


2. 靶向阻碍孢子萌发、芽管伸出,不抑制成熟菌丝增殖

针对丝状真菌体系,很多抗真菌天然产物主要作用对象为休眠孢子。药物阻碍孢子吸水活化、芽管向外伸出,萌发进程延后。一旦芽管顺利长出,成熟菌丝的代谢、伸长和分支过程几乎不受药物干扰。后期菌丝持续生长堆积,峰值活菌总量和对照组保持一致,最终仅体现出发育延迟。


3. 可逆性细胞周期阻滞,不会造成菌体损伤死亡

低剂量药物短暂阻滞细菌细胞分裂周期,使菌体暂时无法进入对数生长期。该抑制效果属于可逆调控,不存在细胞膜破损、遗传物质损伤、细胞器裂解这类永久性伤害。当菌体代谢调整克服药物干扰,细胞周期正常运转,菌群持续扩增直至培养基营养耗尽,最大生物量不会下降。


4. 药物仅带来群体生长延迟,菌群耐受亚群后期增殖补齐生物量

微生物种群具备异质性,一部分敏感菌体前期生长停滞,耐受亚群缓慢进行代谢适应。敏感菌体只是暂时推迟生长,并没有发生死亡。随着培养时间推移,全部菌体陆续度过适应阶段,菌群整体增殖,营养被充分消耗之后,整体峰值生物量和空白对照组没有差距。


5. 药物并不会消耗培养体系营养、改变培养基承载上限

最大生物量主要受制于培养基碳源、氮源、氧气以及空间容量。该浓度受试药物不会降解营养物质,也不会产生有毒代谢产物改变培养环境承载上限。培养基能够承载的活菌总量固定,菌体适应药物胁迫之后依旧可以耗尽养分,峰值生物量维持原样。


二、该现象对应的动力学表征特点

1. BCA活菌生物量曲线和对照组相比起始上升时间延后,对数阶段生长速率基本一致。

2. AUC曲线下面积前期低于对照组,长时间监测之后累积生物量慢慢追平正常组别。

3. 使用oCelloScope分层成像能够观察菌体形态正常,不存在菌体裂解、畸形大量死亡的现象。