研究人員發現，一種特定的毒性大腸桿菌亞群K1 的出現比之前的估計早了大約500 年，目前導致血液感染的大腸桿菌菌株中有25% 可以形成一種被膜。通過使用噬菌體酶，他們成功地去除了細菌的保護性被膜，可能為非抗生素大腸桿菌治療鋪平道路。

這項新工作著重於大腸桿菌的一個特定子集，該子集具有特定的被膜——包圍細菌的細胞外屏障——科學家稱之為K1。已知帶有這種被膜的大腸桿菌會引起侵入性疾病，例如血液或腎臟感染，以及新生兒腦膜炎。這是因為這種特殊的覆蓋物使它們能夠模仿已經存在於人體組織中的分子，並在不被注意的情況下進入人體。

研究人員提供的證據表明，靶向被膜可以作為治療的基礎，為預防嚴重的大腸桿菌感染鋪平道路。

大腸桿菌是尿路和血液感染的常見原因，可引起早產兒和足月新生兒腦膜炎，死亡率高達40%。此外，在過去十年中，高毒性和多重耐藥性大腸桿菌的增加意味著制定有效的預防和治療大腸桿菌的策略現在已變得緊迫。了解細菌的解剖結構以及它如何在引起疾病中發揮作用是預防嚴重感染的關鍵。到目前為止，科學家們缺乏關於K1 被膜的流行、進化和功能特性的基本知識，限制了他們對抗大腸桿菌感染的能力。

威康桑格研究所、奧斯陸大學、倫敦帝國理工學院和倫敦大學學院的研究人員現已繪製出這種大腸桿菌菌株的進化、流行和分佈圖。使用高分辨率群體基因組學、全基因組測序和先進的計算工具，他們分析了來自不同國家和時間段的5065 個臨床樣本。這些數據包括來自英國和挪威的大量樣本，來自巴西、墨西哥和老撾等六個國家的新生成的成人和新生兒樣本，以及從1932 年開始的前抗生素時代的樣本。

他們發現這種具有特殊毒性的被膜K1實際上可以追溯到更早的時代，比之前想像的要早大約500 年。這突出了被膜對細菌存活的重要性，以及細胞外屏障在大腸桿菌作為腸外感染的主要原因中的成功作用。

奧斯陸大學和Wellcome Sanger 研究所這項研究的主要作者Sergio Arredondo-Alonso 博士說： “觀察幾個世紀以來這種病原體物種的許多不同譜係是如何一次又一次地獲得莢膜基因的行動由於既不知道K1 的流行程度，也不知道它的歷史，感覺我們進入了一個真正未知的領域，並且大大提高了對這種主要病原體物種的了解。”

該研究還表明，目前導致血液感染的所有大腸桿菌菌株中有25% 含有開發K1 被膜所需的遺傳信息。獲得該菌株的完整進化史將使研究人員能夠首先了解細菌如何獲得導致嚴重毒力的遺傳物質，並分析對抗它們的方法。

通過使用噬菌體中的酶，即“感染和殺死”細菌的病毒，研究人員能夠去除細菌的細胞外屏障，使其容易受到人體免疫系統的攻擊。研究人員在使用人血清（實驗室研究中常用的血液的液體部分）進行的體外研究中證明，靶向這種被膜可以成為一種在不使用抗生素的情況下廣泛治療大腸桿菌感染的方法，這與之前的實驗一致。

倫敦帝國理工學院研究的資深作者Alex McCarthy 博士說：“我們特別展示了將實驗微生物學與群體基因組學和進化建模工具相結合所取得的進步，為將研究結果轉化為未來的臨床實踐打開了一扇窗.，K1 被膜的治療靶向使這些病原體更容易受到我們免疫系統的攻擊，並提供了預防嚴重感染的可能性。 例如，它可以幫助治療由K1 大腸桿菌引起的腦膜炎新生兒，這是一種罕見但危險的疾病，與高死亡率和嚴重的長期不良健康影響有關。”

來自威康桑格研究所和奧斯陸大學的這項研究的共同資深作者Jukka Corander 教授說：“這些研究將使我們能夠重建成功細菌譜系的進化史，並查明其基因構成的變化，這些變化可能導致它們傳播和引起疾病的能力。這些知識最終為設計針對這些病原體的未來干預措施和療法提供了基礎。”