高解析度的圖片首次顯示出救命抗生素如何突破細菌的堅硬外層來殺死它們。倫敦大學學院（UCL）和帝國理工學院（Imperial College London）專注於名為 Polymyxin B 的抗生素，該抗生素能有效對抗有害的革蘭氏陰性細菌，如大腸桿菌（E. coli）。這些細菌因為其外層具有強大的防護性，宛如“盔甲”，使得大多數抗生素無法有效治療，這也是科學界長期以來所面臨的挑戰。
這些抗生素如何破壞細菌的防護層並最終殺死細菌的機制一直不甚明瞭。研究團隊利用先進的原子力顯微鏡捕捉高解析度的影像，觀察到了一種即時且具破壞性的反應。倫敦納米科技中心的博士生 Carolina Borrelli 表示：「目睹抗生素在細菌表面即時產生的影響，真是令人驚訝。我們的影像直接顯示出 Polymyxin 如何損害細菌的盔甲。」她補充道，抗生素似乎迫使細胞以極快的速度生產外部防護層的“磚塊”，以至於這層防護出現了破壞，讓抗生素得以滲透。
在實驗中，抗生素即刻引起 E. coli 細胞外部表面的突起和腫脹。這一過程觸發了細菌的致命自我破壞。細胞表面的初始突起隨之而來的是 E. coli 細胞急速生產並脫落外部盔甲。這一快速過程在細菌的防禦系統中創造了缺口，使抗生素能夠滲透並最終殺死細菌。最令人驚訝的發現是，這一致命過程僅在細菌活躍和生長時發生。如果細菌處於休眠狀態，其盔甲的生產就會停止，這使得 Polymyxin 抗生素完全無效。
研究人員解釋道，對於幾十年來的假設，即針對細菌盔甲的抗生素能夠在任何狀態下殺死微生物，事實上並非如此。透過捕捉單一細胞的精彩影像，研究團隊得以證明這類抗生素的有效性依賴於細菌的活躍狀態，當細胞進入類似冬眠的狀態時，藥物將不再起作用。細菌的休眠狀態是一種關鍵的生存策略，使其能夠逃避治療，並在稍後重新甦醒引發反覆感染，這也解釋了為何某些感染如此難以根除。
實驗室的研究確認 Polymyxin B 能有效殺死活躍的大腸桿菌，但對於休眠細胞則無法奏效。然而，當休眠細胞被提供糖分（食物來源）後，抗生素將變得有效，但僅在經過 15 分鐘的延遲後，這段時間是細菌甦醒並重新啟動其外部盔甲生產所必需的。此外，觀察顯示，當抗生素有效時，細菌會脫落更多的盔甲並發展出表面隆起。這些新發現為研究團隊下一步的挑戰提供了指導，即開發新的治療策略。研究人員指出，或許可以考慮將 Polymyxin 治療與促進盔甲生產或喚醒休眠細菌的治療相結合，從而使這些細胞也能被消滅。
這些發現凸顯了在評估抗生素的有效性時，必須考慮細菌的活躍狀態。考慮到抗藥性感染每年造成超過一百萬人死亡，這些研究成果具有重要的意義。研究結果已發表在《自然微生物學》期刊上，為未來的抗生素研究和治療提供了新的方向。
