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抗生素激戰超級惡菌

2017/12/5 — 17:16

細菌學家弗萊明 (Alexander Fleming) 於 1928 年發現常見霉菌——青黴菌 (Penicillium) 有殺菌作用,並將這個​​天然抗菌物質定名為盤尼西林 (Penicillin)。但是他在實驗遇到阻滯,缺乏提取純盤尼西林的方法,使研究無法取得突破。直到上世紀 40 年代,牛津大學弗洛里 (Howard Florey) 和柴恩 (Ernst Chain) 的團隊研究盤尼西林的醫療用途,並發現它的化學結構。最終可提煉出今天還在用的抗生素,三位學者也為此共同獲得了 1945 年的諾貝爾醫學獎。 

弗萊明早在 1940 年代的諾貝爾獎獲獎演講中,警告抗生素抗藥性:「在實驗室中,如果盤尼西林濃度不足以殺死微生物,便很容易令它們產生抗藥性。 我們身體中偶爾也會發生着同樣事情。他日當人人可在藥房買到盤尼西林時,那麼,某些無知的人可能自己用藥不足,使身體中的細菌演變成抗藥性……」[1]。在接下來的幾十年,也如弗萊明預料, 濫用抗生素助長抗藥細菌繁殖。 美國疾病管制與預防中心 (CDC) 網頁 [2],就介紹了抗藥細菌如何在社區散播。

細菌適應力讓它快速演化出抗藥性,越戰越強打敗人類。再多新藥物也只會令惡菌加速產生。我們必須找出全新的戰略來對付超級細菌。最近美國有科學家就利用了光激活半導體納米粒子,干擾細菌細胞的代謝來降低它的抗藥能力。

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科學家採用的,就是碲化鎘 (CdTe) 納米粒子。這種半導體的特性是被光照射時會釋出電子,在細菌周圍產生自由基 (free radical) 超氧化物 (superoxide)。

上回筆者將惡菌比喻為「細菌城堡」,而超氧離子就像突襲「惡菌城」的游擊隊,跑進城堡裏四處搗亂。惡菌頓時「火燒後欄」,急需處理這一大群激進的游擊隊員,將所有資源調動去阻止有害的超氧離子破壞細胞內部,本來守衛城牆的士兵都忙著在城內撲火。這個時候,原先已失效的抗生素又能輕易地攻破城牆,殺死惡菌了。

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科羅拉多大學波德分校 (CU Boulder) 的研究團隊測試了 CdTe 納米粒子與傳統抗生素合併使用時的表現,並發現光激活的超氧化物與抗生素之間會產生協同效應,威力比只用抗生素強 1,000 倍!令傳統藥物再次發揮效力,殺死大腸桿菌 (Escherichia coli)、沙門氏菌 (Salmonella enterica) 和克雷伯氏肺炎桿菌 (Klebsiella pneumoniae) 等超級細菌[3]。這個靠自由基聲東擊西的戰略無疑是一個對付惡菌的新希望。實驗中激活納米粒子時用的綠光也成為了人類逆轉勝惡菌的「曙光」。但這一樣是個缺點,因為光線只能穿透入皮膚幾毫米,所以 CdTe 納米粒子暫時只可以醫治皮膚感染。研究人員正研製能以紅外線激活的納米粒子,期望可以醫治更深層組織和骨骼的感染。

即使將來研究成功, 細菌仍有能力不斷演化和適應。只要有足夠時間,它們亦有可能找到抵抗超氧化物的方法,向我們作出更大反擊。無論如何,人類與細菌的激戰肯定是沒完沒了⋯⋯

資料來源:

  1. Sir Alexander Fleming, Nobel Lecture: Penicillin 
  2. Examples of How Antibiotic Resistance Spreads/美國 CDC 網站
  3. Courtney, C.M., Goodman, S.M., Nagy, T.A., Levy, M., Bhusal, P...& Madinger, N.E. (2017). Potentiating antibiotics in drug-resistant clinical isolates via stimuli-activated superoxide generation. Science Advances, 3, 10. DOI: 10.1126/sciadv.1701776

原文刊於作者博客

審核/Edward Ho

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