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人类对抗超级细菌的新武器

责任编辑:tspsy-念暖发布于2018-07-05 17:16 浏览次

　　心理导读：在奎弗测试过的植物萃取物当中，有些作用方式的确令人感到好奇，并不同于现今临床使用的抗生素。它们没有杀死目标病菌，而是阻碍微生物的沟通系统，使病菌无法对这些萃取物发展抗性，因此这些萃取物将来或许能成为令人振奋的新型抗生素。这种抗菌方式可作用于不同种细菌，但在奎弗黑名单上的头号目标是抗甲氧西林金黄色葡萄球菌，也就是MRSA。 ---www.tspsy.com

心理学堂:对抗超级细菌的新武器

　　一、现代华陀：由草药疗法找寻超级细菌的解方

　　超级细菌对抗生素的抗性日益增长，堪称医学界最大的恐慌。有名民俗植物学家探索乏人问津的草药疗法，从中看见了一丝曙光。

　　漫步在意大利南部，采集一些有趣的植物并与当地人聊聊天，这听起来像在度假，不过卡珊卓.奎弗博士（CassandraQuave）向我们保证绝非如此，「你知道吗？这才不是度假！」她说，「这是很辛苦的工作」也是很重要的工作。

　　奎弗和她在美国埃默里大学的研究团队，正在地中海沿岸地区，搜寻有助于对付日渐严重的抗生素抗药性的药物。光是美国和欧洲，每年就有五万人因为住院期间感染了抗药性细菌而死亡。在没有新疗法之下，全球死亡人数不久后将会飙升到数百万人，而奎弗认为可以从植物中找到解方。

　　奎弗自称医界怪胎，她与当地民众讨论他们传统医学中使用的药物（通常已使用好几个世纪了），希望可以藉此追查最具有抗感染潜力的药物。她承认其他也在寻找新抗生素的研究团队认为她在浪费时间，那些团队认为不会从植物中找到抗生素了。

　　「不过没有人和我们一样如此大规模检视植物，而且有些植物在传统医学中扮演对抗感染的角色，已行之有年。」奎弗说，「同样地，没有人检视其他可能的方向。或许植物的作用不只是杀死病菌。」

　　MRSA细菌（紫色球状）对许多常见的抗生素具有抗药性，因此被它感染后很难治愈。

　　在奎弗测试过的植物萃取物当中，有些作用方式的确令人感到好奇，并不同于现今临床使用的抗生素。它们没有杀死目标病菌，而是阻碍微生物的沟通系统，使病菌无法对这些萃取物发展抗性，因此这些萃取物将来或许能成为令人振奋的新型抗生素。这种抗菌方式可作用于不同种细菌，但在奎弗黑名单上的头号目标是抗甲氧西林金黄色葡萄球菌，也就是MRSA。

　　奎弗和葡萄球菌有些个人恩怨，她在3岁时曾住院数个月，当时她右脚部分截肢，随后感染了MRSA。后来她参加科展，看到新闻报导受大肠杆菌感染的汉堡，而一头栽入细菌抗药性的世界中，她开玩笑道，「我是个古怪的小孩。」MRSA是医院里恶名昭彰的「超级细菌」，可以透过伤口、烧烫伤、点滴以及导管进入较深层的皮肤，造成危险的皮肤感染。

　　奎弗经常接到担忧的病患家属寄来信件和电子邮件，他们热切期盼能尝试任何新疗法。她不断提醒自己，终极目标是要帮助大家，而不是制造另一种怪物病菌。那么奎弗的意大利之旅有发现可以帮助致命性皮肤感染病人的东西吗？她回答，「我们在意大利问当地居民治疗感染、疹子这类症状，会在皮肤上涂抹哪些植物？然后得到了甜栗这个答案。」

　　那正是果实可以做糖炒栗子的栗子树。奎弗团队在近期论文中证实，甜栗的叶子萃取物可以阻断MRSA的部分毒性效应，减少MRSA在小鼠身上的感染面积，这些作用都不会杀死细菌。他们现在已经缩小范围，只需要萃取物中的五种物质，就具有大部分的抗菌效果。

　　奎弗以身作则，利用她在自家花园种的植物煮成药茶，希望可以验证一些古老疗法，她说，「这对于几世纪以来一直使用这些疗法的人来说，具有文化价值。也许治疗者并不清楚细菌复杂的讯息传递机制，不过随着时间演进，传统文化能够调和这些植物性物质，并治疗疾病，我觉得这很激励人心。」

　　细菌不会讲话，但是它们可以藉由化学物质沟通。细菌的「群聚感应」分子会附着在细菌外膜的受体上，帮助它们感应身边的邻居；邻居越多，群聚感应分子的浓度越高，每个细菌接触到的细菌数目就越多。

　　一旦细菌达到特定数量，会开始释放有害物质。某些植物制造的物质（例如甜栗和巴西胡椒木的萃取物），能够干扰细菌的群聚感应系统，避免细菌释放有害物质。如果细菌侦测不到群聚感应分子，它们基本上会无视邻居，因而无法协调、发动攻击。我们还不知道这些萃取物如何造成这样的效果，也许是一开始就阻止细菌制造群聚感应分子，或者不让细菌释放或接收这些分子。

　　植物萃取物与目前我们使用的抗生素不一样。它们看似对细菌生长没有太大的影响，也不会杀死细菌，只是不让细菌对话而已。这对细菌造成的压力不会大到需要演化出新的生存策略，如此一来可以避免细菌产生抗药性。

　　BOX：专家答客问－卡珊卓.奎弗

　　1、让你不断向前的动力是什么？

　　每每发现新事物的兴奋感，还有病人寄给我的信，以及学生与我的互动，都让我有动力继续前进。

　　2、你曾有想放弃的念头吗？

　　当实验一直失败或被拒绝时，尤其是申请经费的时候，真的让人觉得疲惫不堪。每个人只看到你成功，但他们不知道每次成功的背后都伴随五到十次失败。

　　3、你如何回应那些认为你的计划不会成功的人？

　　首先我会聆听他们的看法，我一向很欢迎别人提出想法及意见，不过我不会因为不必要的轻蔑言论而停下手边的工作。

　　4、如果能在美国时代广场租一面广告看板，你会写些什么？

　　「停止破坏生物栖地，支持保护生物多样性和文化多样性。」虽然这不会成为耸动的新闻标题，不过是我想向大家传达的主要讯息。

　　6、你的研究领域到了2050年可能是什么景象？

　　我想像那是个新的医学时代，使用全新方式对付抗药性病菌感染。随着我们逐渐了解协同疗法，将能设计出更好的药物，快速降低疾病的严重性，即使是难以治疗的抗药性病菌感染也能治愈。

　　二、作物工程师：培养高效率粮食作物

　　粮食危机正逐步逼近，为了喂饱广大人口，一名植物生理学家打算从提高粮食作物的光合作用效率开始着手。

　　20世纪中叶，世界许多地方处于饥荒一触即发的状态。不断成长的全球人口冲撞食物供给量的极限，带来灾难性后果。「绿色革命」的出现，解救了超过十亿人的性命；它是从工业化国家开始播散至开发中国家的农业技术革新，包括灌溉、杂交种子、人造肥料与除草剂等等。

　　今日，人类也面临相同危机。RIPE计划主持人史蒂芬.隆（StephenLong）说，「根据联合国粮农组织，到公元2050年，我们需要比现在多七成的粮食，但以目前的作物改良步调来看，不可能达成。RIPE计划致力于藉由作物工程，提高植物的光合作用效率，以加速第二次绿色革命的到来。

　　「光合作用是把阳光的能量和二氧化碳转换成植物所需物质的过程，所以它基本上直接或间接创造了人类所有粮食的本源。我们已知作物行光合作用的效率不是很高，如今也对光合作用有了足够的了解，因此可以开始以人为方式介入，从基因着手，提高光合作用的效率。」

　　一直以来，主流观点认为无法再进一步提升光合作用的效率，毕竟如此重要的程序，怎么可能未在演化过程中被优化？但隆指出，植物的演化是为了使其生存与繁衍达到最佳状态，并不是要产出最多的种子和果实供人类食用。

　　吾人现今所处的环境也跟第一波绿色革命的时代不一样了。「参与光合作用的主要分子是二氧化碳。过去50年来，因为人类活动之故，大气中二氧化碳浓度已上升25％，但还不足以久到能让生物产生适应性。」于是，隆和团队开始研究，盼能证明有机会提升光合作用效率。他们在比尔与梅琳达盖兹基金会（BMGF）的赞助之下，展开改良菸草（较易进行基因改造的植物）的工作。

　　首先，团队把阿拉伯芥（Arabidopsisthaliana）的基因转殖至菸草，希望提高后者的散热效率，结果有三种转殖菸草植株的产量，分别比未改良的对照组增加了13.5％、19％和20％。「虽然我们已经很了解植物的光合作用，但它毕竟是一连串复杂的流程，包含160多个独立步骤。因此计划的第一阶段是用电脑模拟，接着进行无数次数学运算，看看哪些步骤是最好的切入点。」

　　不只如此，这些令人刮目相看的成果，是在资源消耗量最小的情况下达成的。基因改良植物的氮消耗量只比对照组多1至2％，且耗水量并未增加。「这可说是提升光合作用效率的美好成果。」隆说，「产量不只跟植物利用光能的效率有关，也与它们利用水和氮的效率有关。在我们大部分试验中，使用同等水量并增加极少量的氮，就能提升产量。」

　　然而这些菸草试验成果，是否能应用于粮食作物？并非不可行，因为菸草和诸多粮食作物的光合作用模式相同，接下来的研究方向，就是检验类似的基因改良工程，能否也提升水稻、豇豆和树薯等主要粮食作物的产量。

　　未来潜能无限，但时间迫在眉睫。「我们的创新发现还需大约20年，才能让农夫在田间生产，达到所需产量。」隆表示，「尽管2050年听起来好像还很久，但就改良作物来说，其实就快到了！」

　　方法一

　　如果植物已带有某段目标基因，可复制这段基因，再插入植物的DNA中，让此特徵的表现更为明显。

　　方法二

　　从某一物种的基因中，剪下可以促进光合作用的DNA片段。把该片段插入植物DNA中，提升植物的光合作用效率。

　　方法三

　　科学家可从自然变异的作物中挑选亲本，进行育种，确保植株后代出现目标特徵。

　　BOX：专家答客问－史蒂芬.隆

　　1、是什么让你如此乐观？

　　通常只要产量能增加1％，育种家就很开心了。不过去年我们首批模拟试验，一举提高了20％的产量，证明我们确实走在正确的道路上。今年我有两位同事分别用不同方式改善光合作用效率，也都在田间试验获得了重大成果。

　　2、你曾有想放弃的念头吗？

　　当然。长久以来，科学家强烈认为无法进一步改善作物的光合作用程序，理由是如果演化做得到，哪里还轮得到我们？

　　3、你怎么回应那些不看好你计划的人？

　　我会告诉他们，我们已从多次田间试验中，得到这是可行的强力证明。

　　4、假如能在美国时代广场承租看板，你会写些什么？

　　「勿自满于我们的全球粮食供给──它正面临严重危机。」

　　5、到了2050年，你的研究领域会是什么模样？

　　我认为经过20至30年的发展，遗传工程将会依需求被有效运用。因此，我们将会拥有能因应不同环境的「智慧作物」，而且它们更利于永续。这是科技能带来的进展，但人类是否会接受这样的改变，又是另一回事了。

　　（作者：海莉.班奈特、邓肯.基尔 | 来源：泛科学）

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