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25岁华裔女博士研究出一种解决超级细菌的利器

发布日期:2019-11-11 09:29:18 编辑:it技术分享网 阅读次数:
25岁华裔女博士研究出一种解决超级细菌的利器

  88年前,苏格兰的细菌学家首次发现了青霉素,那个时候,它有一个“洋气”的名字,叫做“盘尼西林”。恰逢二战开始,于是青霉素在这场战争中拯救了无数士兵和百姓的生命。那时,它被称为“救命药”,和原子弹、雷达并称为“二战三大发明”。

  这一发现为我们拉开了“抗生素时代”的序幕,在那之后,科学家们陆陆续续地又发现了链霉素、红霉素、卡那霉素和万古霉素等等许多种抗生素。这些抗生素在过去的几十年里让许多本可能因细菌感染而“挂掉”的人们死里逃生,但是随着抗生素的滥用,本来捅出去的刀子却反过来捅了我们自己!

  二战时期的画报“感谢盘尼西林!他能够活着回家了!”

  “超级细菌”的出现,更是让许多研究人员意识到,抗生素的压制地位正在减弱。为了避免将来有一天,人们要回忆起“被超级细菌支配的恐惧”,许多相关领域的研究人员都在努力研究能够克制超级细菌的药物。刚好,最近就有一个新的研究让人精神一振,墨尔本大学的一个研究团队合成了一种星形的肽类聚合物,能够高效地解决超级细菌!

  

  星形聚合肽

  为什么说是让人精神一振呢?首先,在过去的30年中,只有两种新型抗生素出现;其次,我们过去真的对细菌需要多久出现耐药性这个问题“一无所知”。不过现在,这个问题也有答案了!9月9日的《科学》杂志上,来自哈佛大学Roy Kishony团队的科学家们为我们展示了细菌变异的惊人速度!

  研究人员在实验室中放置了一个60cm*120cm的“巨大培养皿”,培养皿中有14L的琼脂,它们是细菌的食物,研究人员把这个培养皿称为“MEGA-plate”。培养皿的两端没有抗生素,抗生素的浓度是阶梯式向中间升高的,分别是细菌不能生长的最低浓度,最低浓度的10倍、100倍,最中心是1000倍,所以培养皿的中心就是细菌的“终极目的地”,也理应是它们的“修罗地狱”!

  

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  培养基浓度设置

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  研究人员把初代的大肠杆菌放置在没有抗生素的边缘,让它们向中间生长。他们发现,大肠杆菌生长到最低浓度区域边界的时候暂时停止了,这时候它们并不是真的被抗生素阻挡住了,而其实是在“憋大招”。

  果然,两天之后,有一部分“排头兵”突破了最低浓度的防线,开始发生了变异,也就是说,只用了两天,大肠杆菌就有耐药性了!那么高浓度的抗生素能不能让我们放心呢?显然事实没有那么乐观,在初具耐药性之后,新的变异很快出现,10倍的最低浓度也已经阻挡不住大肠杆菌前进的脚步了。逐渐地,它们来到了“地狱模式”的1000倍地区,而从“0”开始的这一过程只用了9天的时间(220小时)。

  看到这里,我已经可以毫不意外地说,大肠杆菌会是这场“比拼”的胜利者,1000倍的浓度恐怕根本不能阻挡它们。事实证明,44个小时之后,它们就占领了1000倍浓度的区域。至此,抗生素大军一败涂地!

  虽然这并不是在人体内的完美模拟,但是这个实验还是向我们传达了一个信息:10天左右的时间,大肠杆菌就产生了可以对抗1000倍致死浓度的抗生素的变异!这个数字多么的不可思议啊,如此快速的变异速度,如果没有好的办法对抗它们,那么用不了许多年,又会有很多人死于严重的、无法控制的感染。

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  正是有这样强有力的威胁,我们前面所提到的研究才显得尤其重要。这篇重要的研究发表在了《自然 微生物》杂志上,论文的第一作者是年仅25岁的华裔女博士Shu Lam,她与工程系的研究团队合作,合成了一种结构性纳米抗菌聚合肽(SNAPP)。它在遭遇超级细菌时,能够“牢牢地抓住细菌细胞的细胞壁,然后把它撕碎”,失去了细胞壁的保护,细菌变得非常脆弱,无法再适应体内环境,很快就会“一命呜呼”了。

  

  Shu Lam

  Lam的团队对6种不同的“超级细菌”分别进行了体外实验,其中有一种是抗粘杆菌素的。粘杆菌素(colistin)曾经被誉为“抗生素的最后一道防火墙”,而在今年,能够抵抗它的细菌也出现了,也就是说,“最后一道防火墙”也被击破了!好在实验结果显示,这6种超级细菌全部阵亡,无一幸存。而且他们发现,与遭遇抗生素时的“拼死抵抗”不同,这些强悍的超级细菌被SNAPP撕碎了细胞壁后完全没有任何抵抗的迹象,迅速地结束了自己的“菌生”。Lam做出的猜测可能是细胞壁被破坏后,无规则的离子运动穿过了细胞的膜结构,启动了某个细胞凋亡信号通路,所以才有了“完全无抵抗”这一现象。

  

  细菌细胞壁被破坏

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  可能有人会有疑问,这么简单的原理难道过去就没有类似的发现吗?其实,过去也有研究人员尝试用“抗菌肽”来杀死细菌,他们成功了,可与此同时,抗菌肽会“无差别攻击”,人体内的红细胞就成了“炮灰”,这样的损伤对于人体来说也是难以承受的。因此,Lam对此十分在意,他们的团队使用的SNAPP是蛋白质的大型复链,约有10纳米大小,是其他抗菌肽的几倍,是个十足的“大块头”,对于周围的包括红细胞在内的细胞都没有伤害。

  这一点在小鼠实验中得到了验证,以能够杀死细菌的浓度为标准,当计量增加到100倍时,才有红细胞受到攻击。也就是说,SNAPP的相对安全性是非常高的,Lam的导师Greg Qiao教授认为,这是这个发现中,最了不起的一点。

  

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  Lam的导师Greg Qiao教授

  对于Lam来说,这只是一个初步的结果,她对无抵抗的原因猜测的对不对?除了这6中之外其他的超级细菌能不能被杀死?在人体内的安全剂量又是多少?还有许许多多的疑问需要后续的实验去解决,但是毫无疑问,他们确实解锁了一种新的对付耐药细菌的方法,也是“疲软的”抗生素研发领域的一剂强心针,我们也期待着后续更加清楚明白的研究。

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