使用 Akaluc 的实时生物发光成像用于分枝杆菌：监测药物疗效的新方法

为何发光微生物重要

结核病仍是全球致死性最高的传染病之一，随着抗生素耐药性上升，迫切需要新药。然而，检验一种化合物是否能杀死结核菌通常耗时很长，常常需要数周并依赖动物实验。本研究介绍了一种更快且更人道的实验室方法，使与结核相关的细菌发光，使研究人员能够实时观察药物在试管和免疫细胞内的作用效果。

把细菌变成微小的灯泡

研究人员给无害的结核菌实验室近缘菌配备了一种称为 Akaluc 的特殊酶，该酶在遇到其配套的化学底物时能使细胞发光。通过将 Akaluc 基因插入不同的遗传载体和启动子，他们测试了哪些组合能产生最强且最稳定的发光。他们重点研究了两种作为真实结核致病菌替代物的细菌种类，包括被用作疫苗的 BCG 菌株，因为这些菌更安全处理且对药物的反应与病原体具有可比性。

寻找最佳发光方案

接着，团队比较了几种产光化学底物，以确定哪一种与 Akaluc 在分枝杆菌中配合效果最佳。他们发现一种名为 TokeOni 的化合物在极低浓度下产生了最亮的信号，尤其是在加入后约 10 到 20 分钟测量时。细菌在活跃生长期增殖时，发光增强；进入静止期时，发光减弱，紧密反映其真实的生物活动。在所测试的遗传设置中，源自结核表面蛋白 Ag85B 的一个启动子并载于名为 pMV261 的质粒上，在快生长和慢生长菌株中均持续产生最强的光信号。

实时观察药物作用

在建立了明亮且可靠的发光体系后，科学家们检验了这种光信号是否能反映抗生素的功效。他们将发光的 BCG 菌在液体培养基中暴露于常用结核药物（如异烟肼和利福平），并在一周内跟踪三项指标：培养物的浑浊度、平板计数的存活细菌数量以及其发出的光。当药物杀死细菌时，生物发光与存活细胞计数同时下降，尤其是利福平引起了存活率和发光的快速崩溃。在不同剂量的药物处理下，较强的剂量导致更大且更快的光信号丧失，能明显区分有效与无效浓度。

追踪免疫细胞内的隐匿感染

由于结核菌主要寄居于体内的免疫细胞内，团队还在一种称为 THP-1 的人源细胞系中测试了他们的发光菌株，这一细胞系常用于模拟巨噬细胞。这些细胞被携带最亮 Akaluc 组合的 BCG 感染后接受抗生素处理。数天内，未经处理的培养中因细菌增殖而发出的光增加，而药物处理组的发光则显著下降。同样，生物发光的下降时机和幅度与从细胞内直接计数的细菌数密切对应，而人类细胞在实验过程中总体保持较好健康状态。

这对未来结核药物测试的意义

通过使与结核相关的细菌根据其健康状况发光，这项研究提供了一个实用工具，可在数小时到数天内评估药物效果，而无需等候数周让菌落生长。该系统适用于简单的液体培养检测和人类免疫样细胞内实验，其光强与实际存活细菌数紧密相关。对非专业读者而言，关键点在于科学家现在可以实时观察结核替代菌在药物作用下变亮或变暗，为在进入更复杂研究前快速、较少依赖动物的筛选潜在治疗方案提供了一种更快的手段。

引用: Islam, M.S., Takeishi, A., Tateishi, Y. et al. Real-time bioluminescence imaging of mycobacteria with Akaluc: a novel method for monitoring drug efficacy. Sci Rep 16, 15193 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44744-6

关键词: 结核病, 生物发光, 药物筛选, 分枝杆菌, Akaluc