當大腸桿菌檢測到其遺傳物質受損時，它會發出 SOS 信號，改變細胞內的活動。

“細菌進入完全緊急模式，”挪威科技大學 (NTNU) 博士候選人 Olaug Elisabeth Torheim Bergum 說。

想象一下，你的喉嚨非常疼痛。你生病了，喉嚨很疼，去看醫生后確認疼痛是由細菌感染引起的。你拿到了抗生素處方，這很快就治好了你的喉嚨痛。你很高興治療有效——但細菌是如何經歷這種情況的呢?

“抗生素治療會對細菌造成損害。這種損害可以表現為許多不同的形式，但通常涉及對遺傳物質、DNA 的損害，并激活細菌的 SOS 反應，”臨床和分子醫學系的 Bergum 說道。

她研究了致病菌大腸桿菌在接觸少量、非致命劑量的抗生素環丙沙星時的反應。

環丙沙星是目前世界上使用最廣泛的抗生素之一，其作用是攻擊細菌細胞中的DNA。

“它與一種蛋白質結合，通過切割和拼接 DNA 鏈，幫助維持 DNA 的正確結構。這是必要的，因為復制和讀取 DNA 會對 DNA 分子造成壓力，”Bergum 解釋道。

初步修復

換句話說，當細菌細胞繼續發揮作用時，蛋白質會保持 DNA 鏈的秩序。當細菌即將分裂時，它確保 DNA 復制以安全有序的方式進行。然而，當抗生素與蛋白質結合時，這一功能就會受到阻止，情況就會變得相當混亂。

細菌的許多常見活動(如復制)被擱置。這反映在細菌形狀的改變上。

“DNA 隨后受損，包括細胞內形成不完整 DNA 的單鏈，”伯格姆說。

當這些單鏈形成時，就像在煙霧探測器下點燃一根火柴。其他蛋白質檢測到受損的 DNA 片段，警報響起。這對細菌細胞來說是一個戲劇性的情況，也可以用肉眼看到。

“所有人都在忙著工作。細菌的許多常見活動，如復制，都被擱置了。這反映在細菌形狀的改變上。通常，大腸桿菌呈桿狀，但當暴露于環丙沙星時，它們會變成長絲。細菌優先修復損傷。”

如果他們無法完美地修復損壞，他們將繼續進行下一步。

“如果修復無效，最后的手段就是改變 DNA。這時它們就會發生變異。這種反應有助于細菌適應并對抗生素產生耐藥性，”Bergum 說。