抗生素抗藥性正在迅速蔓延世界各地。當傳染性細菌以某種方式突變然後繁殖時,它們甚至可以對最強大的藥物產生抗藥性。
但研究揭示了抗生素抗藥性傳播的另一種令人擔憂的方式:有機體將其抗藥性傳遞給其他活細菌。
2012 年 6 月,一名來自聖保羅的 35 歲男子發現自己因多種問題住院。除了皮膚診斷外,他被告知他患有潛在致命的細菌感染。醫生讓他接受了化療和抗生素治療,殺菌治療似乎起了作用。但一個月之內,微生物驅動的回來了。
該患者感染了眾所周知的超級細菌MRSA(耐甲氧西林金黃色葡萄球菌)金黃色葡萄球菌)。因此,醫療團隊轉向了「最後一道防線」抗生素之一——強效複方萬古黴素。這種MRSA菌株原本對萬古黴素沒有天然防禦能力,但到當年8月它已經產生了抗藥性,導致治療無效。
科學家們會後來發現MRSA 不是透過簡單的突變獲得抗藥性,而是被賦予了一大塊新的 DNA。在這串捐贈的遺傳密碼中包含蛋白質的指令,這些蛋白質可以保護細菌免受抗生素的破壞性作用。
MRSA 已經贏得了勝利,但這種 DNA 是從哪裡來的?
進入糞腸球菌。這種細菌通常被描述為一種共生細菌(我們的「好細菌」之一),它在我們的腸道中快樂地生活,不會造成任何傷害。我們的消化道是微生物活動的蜂巢,容納數兆美元的單細胞生物。所謂的微生物組對於維持健康的人體腸道,而且還有助於抑制糞便等細菌的險惡一面。
當免疫系統較弱的患者接受抗生素治療時,這種不良的一面可能會加劇。當我們服用抗生素時,它們會不加區別地清除所有沒有天然防禦能力的細菌,有時甚至清除腸道微生物組中許多友善的居民。
但糞腸球菌是內在裝備DNA 內部具有一系列天然抵抗機制,通常使其能夠生存。
由於周圍沒有壓迫性的鄰居,也沒有強大的免疫系統來控制它們,糞腸球菌和它的抵抗力同伴會增殖和繁衍,愉快地分裂,進入新的腸道區域。不久之後,它們就會與有抵抗力且可能致病的鄰居密切接觸。
交換資訊
當人類聚集在一起時,我們經常透過語言交換想法。但當細菌聚集在一起時,它們可以透過 DNA 編碼指令交換訊息。這被稱為水平基因轉移,DNA 副本從一個細胞移動到另一個細胞。
很遺憾,糞腸球菌及其超級細菌同胞擁有所有最好的資訊可以分享,這些資訊使他們能夠抗生素生存。
但糞腸菌在其進化歷程中又向前邁進了一步,成為抗生素抗藥性的最終傳播者之一。細菌用來防禦不需要的遺傳密碼的一種防禦機制是 CRISPR-cas9 系統,科學家現在也將其用作一種方法編輯DNA。
該系統最初是細菌在病毒 DNA 和其他潛在危險的遺傳密碼造成傷害之前將其切成碎片的一種手段。
糞腸球菌曾經擁有重要的 CRISPR-cas9 系統,但令人驚訝的是,它犧牲了防禦機制,以便所有形式的 DNA 都可以進入並保留在細胞壁內。這是一個冒險的策略,但最終證明是值得的,為糞菌提供了獲取並隨後傳遞大量遺傳知識的方法。正是透過這種獲取和交換的設計,糞菌賦予了MRSA 對萬古黴素抗藥性。
抗生素在現代醫學中發揮著至關重要的作用。它們常規用於治療傳染病,在手術後預先施用,並有助於將全球平均預期壽命提高 20 年。
這使得解決抗生素抗藥性成為問題之一最迫切的問題我們這個物種今天所面臨的。然而,在糞腸球菌等細菌中,科學家發現微生物相互勾結,加劇了演化的抗生素抗藥性所帶來的危險。
這使得理解糞腸球菌至關重要。然而,微生物的許多天然的、內在的抵抗力仍然籠罩在神秘之中。
令人沮喪的是,當面對抗生素的挑戰時,糞腸球菌往往有一張王牌。例如,如果我們刪除一段完整的 DNA,我們經常會發現糞腸菌有另一段 DNA 可以發揮相同的作用,無論如何都會提供抗生素抗藥性。
然而,我們尚未完全了解哪些 DNA 片段有遺傳備份計劃,哪些沒有。
一段沒有任何備份的 DNA 可以成為理想的藥物標靶。幸運的是,我們能夠在實驗室中透過逐步刪除 DNA 片段來識別這些重要片段。一個接一個地,每一次刪除都將使我們更接近識別遺傳密碼的關鍵部分,這些部分對於人類來說至關重要。糞腸球菌為了生存。這讓我們相信,我們很快就能以對我們有利的方式對抗這種節儉的機會主義病原體,並最終將莊家從遊戲中移除。