超级耐药菌威胁全球 新型抗生素离我们还有多远?
分类:奇闻趣事 热度:

商圣科技09月06日消息:

48岁的奇普瑟姆被她的朋友们亲密地称为Ann,并不是偶然发现了铁幕洞穴。这个位于加拿大不列颠哥伦比亚省奇里瓦克山区的洞穴是由当地建筑承包商和业余洞穴爱好者罗伯·沃尔(Rob Wall)于1993年发现的。沃尔常常在山上探险,寻找未知的洞穴,甚至可能会为自己的探险乐趣而打开洞穴。加拿大这个地区的许多洞穴实际上都是封闭的天坑。因此,沃尔的搜寻工作涉及到一个被称为“挖掘”的过程,毫无疑问,沃尔正是通过挖掘对那些凹陷地面进行勘探。有一天,沃尔在穿过树林的途中突然掉进了一个洞里。第二天,他带着一个朋友和一把铲子回来了。两人挖了三个小时,挖出了一个10米深的洞,洞底有两个小房间。这就是沃尔一直在寻找的一切。

直到六个月后,也就是1993年的秋天,当沃尔向一群朋友炫耀他的发现时,他们中的一个人才注意到有一阵微风从洞后吹过。所有人进行了调查,搬开岩石,结果打开了一个通往半公里原始洞穴的入口。地下的空间里闪耀着石膏水晶,洞壁和地上满是石笋和钟乳石。从来没有人去过那里。“它很漂亮,”沃尔说。

2011年,奇普瑟姆联系到了沃尔。这位生物学家一直在寻找当地的洞穴进行探索,沃尔邀请她就奇利瓦克河流域洞穴(Chilliwack River Valley Cavers,CRVC)做一次演讲,并解释她的项目。奇普瑟姆解释说,黑暗潮湿的地下洞穴里充满了生命,它们大多是未知的极端微生物,这些微生物所处的环境从生物化学上讲对地球上的大多数生命形式都是不利的。对于奇普瑟姆和她来自汤普森里弗斯大学(Thompson Rivers University)生物科学系的同事们来说,寻找这些极端微生物不仅仅是一种业余爱好,而是为解决当今人类面临的最大全球威胁之一——抗生素耐药性——而进行的最后一搏。

尽管极端微生物并不是寻找新抗生素的唯一途径。但是,由于这些微生物不仅能够在极端环境下生存,而且能在其他细菌可能死亡的栖息地茁壮成长,这表明它们的化学分泌物特别有效。洞穴是研究稀有细菌的丰富源头,因为它们具有自然的生物多样性,并且与细菌通常生长的其他环境隔绝。

实际上,被用来制造抗生素并不是细菌本身,而是它们的代谢物,也就是它们在生长过程中而产生的化合物。例如,酵母的代谢产物是发酵的结果。人们曾经认为这些代谢物的存在是为了杀死竞争细菌。然而,包括英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)教授朱利安·戴维斯(Julian Davies)在内的许多生物学家都提出了一种新思路,认为这种代谢物在自然界中的真正功能可能是充当细菌之间的一种语言,使它们能够彼此交流并共享资源。在洞穴里,这一点尤为重要。毕竟,正如奇普瑟姆所指出的那样,“(在洞穴栖息地),它们是竞争而死,还是共同合作生活下去更好?”


图示:奇普瑟姆被带领导铁幕洞穴入口处。

在看完奇普瑟姆的报告后,51岁的当地洞穴学家道格·斯托罗辛斯基(Doug Storozynski)自愿帮助她探索当地的洞穴。虽然不像附近其他洞穴那样在技术上具有挑战性,但铁幕洞穴仍然会让初次进入的人感到紧张,需要有经验丰富的向导来指引其前行。当他们下到黑暗中去的时候,起初奇普瑟姆感到幽闭和恐惧。但是,随着她和她的团队在狭窄的空间中爬行、穿过冰冷的地下水道和粗糙的岩壁时,这个洞穴变得生动起来。钟乳石悬挂在洞穴顶部,石笋从古老的地上升起。

细菌以石吸管次生矿物沉积物的形式存在于二次矿床中——这种天然的钙质沉积物也包括钟乳石和石笋。在黑暗中摸索了15分钟后,奇普瑟姆和她的团队来到了山洞的后壁,那里有一层红色的、像窗帘一样的灰泥堆积物,这就是洞穴名字的来源。在这堵墙的旁边,洞顶向下倾斜到侧凹的黑暗中。奇普瑟姆的目标是悬挂在洞顶上的60厘米长石笋。当蓝灰色的洞穴在眼前逐渐成形,奇普瑟姆的恐惧被好奇和兴奋所取代。

她爬到最佳的位置,跪在地面和石笋之间的狭小空间里,从背包里取出样品盒。她用无菌镊子从第一个石笋的顶端刮下一个极其细微的部分,把它放进一个50ml的试管里,然后把它固定住。她在头灯的照射下迅速工作,将石笋样品装满了自己所携带的六个试管。随后,探险队回撤到地面。奇普瑟姆将这些样本保存在“冷却袋”中,以保持细菌活性,以便于在她的实验室里进行分析。

在世界各地,从治疗常见感染到化疗的所有外科手术都依赖于抗生素。然而,在过去的十年里,从大肠杆菌到严重急性呼吸系统综合症(SARS),我们赖以维持生命安全的药物都未能跟上这种感染传染病和病毒的快速进化。随着抗生素继续失去药效,我们甚至失去了治疗最基本疾病的能力。这种形势如此严峻,以至于世界卫生组织将抗生素耐药性视为“当今全球健康、粮食安全和人类发展面临的最大威胁之一”。

这并不是一场新的危机。2014年,英国首相戴维·卡梅伦(David Cameron)要求经济学家吉姆·奥尼尔(Jim O 'Neill)调查抗生素耐药性对经济的影响。由此产生的《抗菌药物耐药性审查》(Review on Antimicrobial Resistance)报告指出,全球每年因耐药超级细菌导致的死亡人数为70万,到2050年估计每年死亡人数为1000万。奥尼尔还预测,如果该危机持续没有一个令人满意的响应,由此带来的全球人口将使得全球经济产出降低3.5%,相应经济损失约为100万亿美元——这大约相当于英国国内生产总值的35倍。然而四年过去了,我们离解决这个问题还很遥远。

截至2018年4月,一种新的伤寒菌株——对五种不同的抗生素具有耐药性——导致巴基斯坦的四人死亡,并影响岛800多人的身体健康。同样在今年,英国公共卫生部门报告了“史上最严重”的淋球菌感染病例,此前英国的感染病例从2008年的不到1.5万例飙升至2015年的4.1万例。即使是抗生素粘菌素——当所有其他抗生素都失效时,通常作为最终治疗手段使用——也正在失去效力。美国微生物学会(American Society for Microbiology)在2017年的一次峰会上报告说,拥有抗粘菌素mcr-1基因的细菌现在已经扩散到世界各地。2018年4月,为了应对这种可怕的判病结局,巴基斯坦阿加汗大学(Aga Khan University)病理学教授鲁米娜哈桑(Rumina Hasan)对《纽约时报》说,“抗生素耐药性是对所有现代医学的威胁——可怕的是,我们别无选择。”

与常见的误解相反,人类并没有因为过度接触产生对抗生素的耐药性。相反,细菌本身通过进化来应对我们杀死它们的各种方法。根据奇普瑟姆的数据,在任何时候我们体内都有大约1.3千克的细菌。它们的总质量大致相当于人脑的质量。不管家用厨房清洁剂和肥皂产品如何做宣传,但99.9%的细菌实际上是中性的,或者对我们的健康有益。


图示:奇普瑟姆在她位于不列颠哥伦比亚省坎卢普斯大学城的实验室研究细菌样本

“以前,我们认为过度使用和滥用抗生素会导致细菌产生耐药性,” 奇普瑟姆解释说。“事实上是我们在训练细菌。当细菌看到三氯生(在清洁产品、肥皂和牙膏中发现的一种抗菌剂)向它们靠近时,它们想要像地球上所有生命一样活下去。大多数细菌会死亡,但有些会找到帮助他们生存下来的防御机制,比如在细胞壁中形成一个孔,让细菌释放药物的速度比药物侵入的速度更快。”她用手指轻敲着桌子,强调了这一点,显然她仍对其心存敬畏。“细菌比我们想象得要聪明。”

这并不是改变研究人员对细菌看法的唯一发现。“自1928年以来,我们就知道细菌可以进行无性繁殖和有性繁殖。但直到最近,我们才真正将后者(也被称为“水平基因转移”)和耐抗生素基因的传递联系起来,” 奇普瑟姆解释说。

最典型的是,细菌通过无性繁殖产生后代,通过不断分裂产生基因组的精确拷贝(这种方式称为垂直基因转移)。在无性繁殖情况下,抗生素能够杀死有害细菌,因为抗生素每次处理的都是有害细菌的精确基因复制品。然而,在有性生殖过程中,基因在母细胞之间交换,而后代保留了这两组基因,创造了一个更复杂的有机体。这可能发生在一个物种内部,也可能发生在物种之间。例如,并非所有的大肠杆菌都是有害的。但没有什幺能阻止大肠杆菌的毒株(如O157:H7或O104:H4)与沙门氏菌混合,从而生成出更致命、更难以杀死的东西。

更棘手的问题在于,我们目前使用的大多数抗生素都被认为是“广谱”药物。从本质上说,它们被设计来杀死所有它们接触过的细菌,无论是好的、坏的还是中性的。它们不擅长处理特定的感染,更不用说发生基因突变的细菌了。由于同时消灭了有益细菌,这些广谱抗生素降低了我们免疫系统抵御风险的能力。当我们的防御能力下降时,耐抗生素的新菌株以及可能致命的超级细菌就会占据上风。简而言之,谈到现代抗生素时,现行标准的医疗程序是在我们真正需要狙击手的时候却使用了凝固汽油弹。
转载请注明: http://www.ygpy.net/jiqiao/2018/0906/4818.html

上一篇:哈佛研究人员发明了使用声波的打印技术 下一篇:没有了
猜你喜欢
各种观点
热门排行
精彩图文