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首記錄細菌變形過程 機制或增抗生素抗藥性

2019/10/2 — 17:30

濫用抗生素導致超級細菌於全球不斷擴散成為十大公共衛生威脅之一,問題每年造成 70 萬人死亡,肺炎、結核病或淋病等尋常傳染病變得越來越難醫治。據估計,如果我們無法阻止抗藥性惡菌擴散,到 2050 年,每年因此有 1,000 萬人死亡。

上周刊於《自然通訊》的研究首度記錄,細菌只需改變形狀不必改變基因組繼續生長,更可令免疫系統與抗生素失去效用,或是另一個使細菌抗藥性增加的機制。

細菌有多種方法對抗免疫系統與抗生素,例如改變其基因組,將抗生素分解或泵走;細菌亦可停止生長與分裂,使之難以被免疫系統追蹤。而細菌通常都有細胞壁結構保護,免受環境壓力影響,也可令其有如桿狀、球狀的固定形狀,更有效地分裂。

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人類的細胞並無細胞壁,因此免疫系統可以透過辨識細胞壁而找出外來入侵物,盤尼西林等抗生素同樣針對破壞細胞壁而治療感染。

不過,在特殊情況下細菌可以無細胞壁方式變成「L 型 (L-form) 」繼續生存,大前題是周遭環境能保護其不會在失去細胞壁時破裂。 L 型並不代表細菌變成 L 形,而是變成類似煎蛋的圓形。這種形態最早於 1935 年由李斯德預防醫學研究所的微生物學家 Emmy Klieneberger-Nobel 發現,她以李斯德研究所名稱的首字母 L 命名這些變形細菌。

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在人體中,這些 L 型細菌通常是由針對細菌細胞壁的抗生素或如溶菌酶 (lysozyme) 的某些免疫分子觸發出現。沒有細胞壁的細菌會變得脆弱,失去原有固定形狀,但同時也可隱身避過免疫系統,並且對所有專門針對細胞壁的抗生素具有完全抵抗力。

長期以來,學界也一直懷疑細菌轉換成 L 型避過免疫系統與抗生素攻擊,是部份人反覆感染的原因。 但由於 L 型轉換過程難以捉摸,而且缺乏適當檢測方法,因此很難確認說法。

在最新的研究中,團隊分析了復發性泌尿道感染 (urinary tract infection, UTI) 相關的細菌種類能否轉換成 L 型。研究發現,包括大腸桿菌和腸球菌 (Enterococcus) 的細菌可變成 L 型細菌於人體生存,這是過去從未有直接證據證明過;過往學者只能從螢光標示辨認出 L 型細菌的 DNA 。

團隊以高糖培養皿培養患復發性 UTI 老年病人的尿液樣本,這種環境不僅有助防止細菌破裂,還可以分離出這些樣本中存在的 L 型細菌,團隊發現樣本中的 L 型細菌於無抗生素下 5 小時重新形成細胞壁。在另一獨立實驗中,團隊以斑馬魚胚胎發現就算在抗生素影響下也可變成 L 型細菌。

研究表明,抗生素需要在更似人體環境下進行測試。另外,未來學界應進一步研究一些直接攻擊細菌 RNA 與 DNA 的抗生素,紓緩抗藥性問題。

來源:
The Conversation, Antibiotic resistance: researchers have directly proven that bacteria can change shape inside humans to avoid antibiotics, 30 September 2019
Phys.org, Cause of antibiotic resistance identified, 26 September 2019

報告:
Mickiewicz, K.M., Kawai, Y., Drage, L. & et al. (2019). Possible role of L-form switching in recurrent urinary tract infection. Nature Communications volume 10, Article number: 4379 (2019). doi: 10.1038/s41467-019-12359-3

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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