抗生素(antibiotics)原是细菌为了争取生存空间与资源,抑制其他菌种生长所分泌的化学物质。因为英国科学家亚历山大.弗莱明 (Alexander Fleming)一次无心的失误,意外地成为人类的医疗工具。
然而竞争是一个恒常变动的动态过程,菌种经常演化出新的代谢途径,使原有的抗生素失效。而人类无论在医疗或养殖畜牧业上,对抗生素的滥用,无疑加速了如抗药性金黄葡萄球菌 ( MRSA ) 等超级细菌的出现。据估计,在 2050 年前,因超级细菌感染而致死的案例将达到每年一千万例。
如何在现有的抗生素失效前,开发出新的抗生素虽刻不容缓,然而传统的开发过程却显得缓不济急。原因之一,在于科学家们需在实验室中培育分离、纯化的菌种,然自然界中─尤其栖息于土壤─的细菌大多难以适应实验室中的环境。
后设遗传学
不过随着基因定序技术愈臻纯熟,使得我们其实不需要知道细菌的来历,也能仅透过基因体数据库,凭借一段已知与抗生素有关的基因片段,检索出合成抗生素的对应基因。
此一方法的最大瓶颈,在于慎选检索用的基因片段。这段基因必须与抗生素的合成有密切关系,方可在庞大的数据中,快速且有效地筛选出可能的抗生素基因;但另一方面,却又不可太过专一,以免所得到的结果尽是已知且已失效的抗生素种类。
钙离子依赖性
纽约洛克菲勒大学 ( Rockefeller University ) 教授尚恩.布莱第 ( Sean Brady ) 与其同事,便藉由上述的后设遗传学 ( metagenetics ) 原理,使用一段与钙离子依赖抗生素 ( calcium-dependent antibiotics ) 合成高度相关的基因片段,来筛选出可能的抗生素基因序列。
这个数据库,含括了来自美国各地由志愿者所提供上百份土壤样本中的细菌遗传数据。而检索用的基因片段,源于现有已知能分泌特定抗生素的菌种。此类菌种所合成的抗生素,需有钙离子的参与,才会发挥效果。一般认为,这样一个类似「电器开关」的机制,能有效推迟对象菌种产生抗药性。
新型抗生素
而布莱第的结果颇为丰硕。他们果真发现一段可能的钙离子依赖抗生素基因,在基因转殖入另一种能适应实验室环境的菌种体内后,将所分泌的物质涂抹在受 MRSA 感染的大鼠伤口上,成功发挥抗生素的抗菌效果,即使尚恩等人自始自终不知道这段基因源自于何种细菌。
此一被命名为美拉希汀 ( malacidins,暂译 ) 的新型抗生素,藉由干扰细菌的细胞壁合成达到抗菌效果。且经过三周的疗程,未有任何抗药性的迹象,惟仍需经过一步步的临床试验与研究,才能商品化并正式用于医疗用途。
当然,尚恩不会是唯一有此想法的人。其他研究者也正利用类似方法,在海洋或如昆虫等生物体内,寻找新的抗生素。其他,如应用在都市的下水道系统、受污染的河川湖泊等,来评估超级细菌的肆虐程度。
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