超級細菌沒得治? 25歲華裔女博士發明了一種利器

超級細菌沒得治? 25歲華裔女博士發明了一種利器

88年前,蘇格蘭的細菌學家首次發現了青黴素,那個時候,它有一個西洋名字,叫做“盤尼西林”。恰逢二戰開始,於是青黴素在這場戰爭中拯救了無數士兵和百姓的生命。那時,它被稱為“救命藥”,和原子彈、雷達並稱為“二戰三大發明”。這一發現為我們拉開了“抗生素時代”的序幕,在那之後,科學家們陸陸續續地又發現了鏈黴素、紅黴素、卡那黴素和萬古黴素等等許多種抗生素。

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這些抗生素在過去的幾十年裡讓許多本可能因細菌感染而“掛掉”的人們死裡逃生,但是隨著抗生素的濫用,本來捅出去的刀子卻反過來捅了我們自己。

“超級細菌”的出現,更是讓許多研究人員意識到,抗生素的壓制地位正在減弱。為了避免將來有一天,人們要回憶起“被超級細菌支配的恐懼”,許多相關領域的研究人員都在努力研究能夠克制超級細菌的藥物。剛好,最近就有一個新的研究讓人精神一振,墨爾本大學的一個研究團隊合成了一種星形的肽類聚合物,能夠高效地解決超級細菌。

為什麼說是讓人精神一振呢?首先,在過去的30年中,只有兩種新型抗生素出現;其次,我們過去真的對細菌需要多久出現耐藥性這個問題“一無所知”。不過現在,這個問題也有答案了! 9月9日的《科學》雜誌上,來自哈佛大學Roy Kishony團隊的科學家們為我們展示了細菌變異的驚人速度! [1]

研究人員在實驗室中放置了一個60cm*120cm的“巨大培養皿”,培養皿中有14L的瓊脂,它們是細菌的食物,研究人員把這個培養皿稱為“MEGA-plate”。培養皿的兩端沒有抗生素,抗生素的濃度是階梯式向中間升高的,分別是細菌不能生長的最低濃度,最低濃度的10倍、100倍,最中心是1000倍,所以培養皿的中心就是細菌的“終極目的地”,也理應是它們的“修羅地獄”。

研究人員把初代的大腸桿菌放置在沒有抗生素的邊緣,讓它們向中間生長。他們發現,大腸桿菌生長到最低濃度區域邊界的時候暫時停止了,這時候它們並不是真的被抗生素阻擋住了,而其實是在準備變異。

果然,兩天之後,有一部分“排頭兵”突破了最低濃度的防線,開始發生了變異,也就是說,只用了兩天,大腸桿菌就有耐藥性了!那麼高濃度的抗生素能不能讓我們放心呢?顯然事實沒有那麼樂觀,在初具耐藥性之後,新的變異很快出現,10倍的最低濃度也已經阻擋不住大腸桿菌前進的腳步了。逐漸地,它們來到了“地獄模式”的1000倍地區,而從“0”開始的這一過程只用了9天的時間(220小時)。

看到這裡,我已經可以毫不意外地說,大腸桿菌會是這場“比拼”的勝利者,1000倍的濃度恐怕根本不能阻擋它們。事實證明,44個小時之後,它們就佔領了1000倍濃度的區域。至此,抗生素大軍一敗塗地!

雖然這並不是在人體內的完美模擬,但是這個實驗還是向我們傳達了一個資訊:10天左右的時間,大腸桿菌就產生了可以對抗1000倍致死濃度的抗生素的變異,這個數字多麼的不可思議啊,如此快速的變異速度,如果沒有好的辦法對抗它們,那麼用不了許多年,又會有很多人死於嚴重的、無法控制的感染。

正是有這樣強有力的威脅,我們前面所提到的研究才顯得尤其重要。這篇重要的研究發表在了《自然微生物》雜誌上,論文的第一作者是年僅25歲的華裔女博士Shu Lam,她與工程系的研究團隊合作,合成了一種結構性奈米抗菌聚合肽(SNAPP)。它在遭遇超級細菌時,能夠“牢牢地抓住細菌細胞的細胞壁,然後把它撕碎”,失去了細胞壁的保護,細菌變得非常脆弱,無法再適應體內環境,很快就會“一命嗚呼”了。 [2]

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Shu Lam

Lam的團隊對6種不同的“超級細菌”分別進行了體外實驗,其中有一種是抗粘桿菌素的。粘桿菌素(colistin)曾經被譽為“抗生素的最後一道防火牆”,而在今年,能夠抵抗它的細菌也出現了,也就是說,“最後一道防火牆”也被擊破了!好在實驗結果顯示,這6種超級細菌全部陣亡,無一倖存。而且他們發現,與遭遇抗生素時的“拼死抵抗”不同,這些強悍的超級細菌被SNAPP撕碎了細胞壁後完全沒有任何抵抗的跡象,迅速地結束了自己的“菌生”。 Lam做出的猜測可能是細胞壁被破壞後,無規則的離子運動穿過了細胞的膜結構,啟動了某個細胞凋亡信號通路,所以才有了“完全無抵抗”這一現象。

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細菌細胞壁被破壞

可能有人會有疑問,這麼簡單的原理難道過去就沒有類似的發現嗎?其實,過去也有研究人員嘗試用“抗菌肽”來殺死細菌,他們成功了,可與此同時,抗菌肽會“無差別攻擊”,人體內的紅細胞就成了“炮灰”,這樣的損傷對於人體來說也是難以承受的。因此,Lam對此十分在意,他們的團隊使用的SNAPP是蛋白質的大型複鏈,約有10奈米大小,是其他抗菌肽的幾倍,是個十足的“大塊頭”,對於周圍的包括紅細胞在內的細胞都沒有傷害。

這一點在小鼠實驗中得到了驗證,以能夠殺死細菌的濃度為標準,當劑量增加到100倍時,才有紅細胞受到攻擊。也就是說,SNAPP的相對安全性是非常高的,Lam的導師Greg Qiao教授認為,這是這個發現中,最了不起的一點。

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Lam的導師Greg Qiao教授

對於Lam來說,這只是一個初步的結果,她對無抵抗的原因猜測的對不對?除了這6種之外其他的超級細菌能不能被殺死?在人體內的安全劑量又是多少?還有許許多多的疑問需要後續的實驗去解決,但是毫無疑問,他們確實解鎖了一種新的對付耐藥細菌的方法,也是“疲軟的”抗生素研發領域的一劑強心針,我們也期待著後續更加清楚明白的研究。

參考文獻:
[1] Baym M, Lieberman T D, Kelsic E D, et al. Spatiotemporal microbial evolution on antibiotic landscapes[J]. Science, 2016, 353(6304): 1147-1151.

[2] Lam S J, O’Brien-Simpson N M, Pantarat N, et al. Combating multidrug-resistant Gram-negative bacteria with structurally nanoengineered antimicrobial peptide polymers[J]. Nature Microbiology, 2016, 1: 16162.

 

出處:奇點網

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