零距離科學:對付多重抗藥性細菌,病毒成了人類的希望

零距離科學:對付多重抗藥性細菌,病毒成了人類的希望
噬菌體是以細菌為宿主的病毒,它們的結構很簡單,只是一個蛋白質外殼包著遺傳物質,卻能精準地辨認自己的宿主。

我們想讓你知道的是

科學家把這些專門對應細菌的病毒稱為「噬菌體」。地球上幾乎所有細菌都有對應的「噬菌體」,所以,要對付多重抗藥性細菌,就要找對地方。

文:作者:馬學綸(香港中文大學微生物學系博士)
圖:香港電台

噬菌體與細菌——由原始軍備競賽到救命靈藥

病毒和細菌都是人所共知的病源體,是人類「看不見」的敵人,比較少人知道的是,它們也是對方自古以來的「宿敵」,在人類幾乎沒有「武器」對付多重抗藥性細菌的今天,針對細菌的病毒成了人類的希望。

靜中帶動——病毒的生命週期

相信大家也在生物課學過,病毒不算是生物,因為它不能靠自己進行新陳代謝和繁衍。病毒一般都很細小(<1微米),要用電子顯微鏡才看得見,基本結構就只是一個蛋白質外殼包著遺傳物質(DNA或RNA),而且在宿主體外很快就會「死亡」,不再具備感染能力。(註:每種病毒在不同物體表面的「生存」時間的差別可以很大,一般能感染人類的病毒在人體外撐不了數小時,相對來說,能感染人類的細菌只要環境適合,能存活的時間可以以日計。)

然而,當病毒遇上「命中注定」的宿主細胞,就能「陸落」細胞表面,和細胞表面的受體連接,把細胞「打開」,再把自己的遺傳物質注入。這些成功進入宿主細胞的遺傳物質,有的會把自己加插在宿主細胞的基因組中,隨著宿主細胞複製時順道複製自己;也有的會直接控制宿主細胞的新陳代謝機制,讓宿主細胞把資源用來製造組成病毒的部件,時機一到,就會「破殼而出」,宿主細胞就會死亡。由病毒進入人體,到宿主細胞開始進行破壞,就是我們常聽說的潛伏期。

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噬菌體會與宿主細菌表面的受體嵌合,再把自己的遺傳物質注入宿主細菌內,利用宿主的資源進行自我複製。

每一種病毒都有特定的宿主,一般是指在宿主體內某種或少數幾種類別的細胞,因為在細胞表面,原本有其他用途的受體能被病毒利用,才成為受害者。病毒無處不在,也不會放過任何生命體,連單細胞生物都不會放過,包括——細菌。

令細菌「生病」——以細菌為宿主的噬菌體

科學界相信生命來自海底的深海熱泉(hydrothermal vents),由能自我複製的的遺傳物質(例如RNA)開始,被較大型的分子(例如蛋白質)包裹而成。這些始早生物,有些發展出自級自足的方式來產生能量,有些變大了並「吃掉」其他細胞,有些則變少了,直接進入其他細胞偷取資源。這些細小的入侵者就是病毒的雛型。

這場搶著「不勞而獲」的戰爭在生命剛在地球上出現的時候已經存在,為了能更有效進入宿主細胞(進不到宿主細胞就無法存在下去)。於是,病毒演化出不同種類,外殼的蛋白質改變成不同形狀,越能準確地嵌合宿主細胞表面的受體就越能複製下去。這些受體對宿主細胞來說有著各種用途,所以不能有太大改變,也無法阻止病毒入侵,只好演化出把外來遺傳物質切碎的機制,以求自保(這就是轉基因技術CRISPR 的來源)。

科學家把這些專門對應細菌的病毒稱為「噬菌體」。地球上幾乎所有細菌都有對應的「噬菌體」,所以,要對付多重抗藥性細菌,就要找對地方。

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科學家在金黃葡萄球菌的培養碟上發現透明的圓形,代表在這個區域裡的細菌被殺了,從而發現噬菌體的藥用價值。

尋找「噬菌體」——由污水渠到安全性測試

比起在實驗室從頭研製,在外在環境尋找噬菌體更為可行,由於人類社會濫用抗生素,不少大城市的污水渠已被各種抗生素「污染」,住著各種多重抗藥性細菌,有「受害者」自然會有「兇手」,科學家就能從中提取噬菌體,放在實驗室培植。這些在外在環境生存的噬菌體經過「物競天擇」,不容易掉失針對對應細菌受體的變異,只要適當培植,就能成為藥物。

不過,噬菌體始終不容易控制,即使是在同一實驗室用同一方法培植,每劑的功效也未必一致,每個病人需要的劑量也有差異,而且又不像抗生素是單一種分子,能進行各種藥物學測試,所以在非常注重藥物安全的今天,即使初步證明在部份病人,特別是燒傷病人身上,有很明顯的效果,卻還未能成為醫學界能安全使用的療法。

另一方面,有科學家選擇從噬菌體提取它們用來打破對應細菌細胞壁時用的酶,因為只是蛋白質分子,就更容易作安全性測試。

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測試用的噬菌體可以在實驗室內培植,但仍需要通過各種量化和安全測試才能成為臨床使用的藥物。

老一輩有句說話,「一物治一物」,正正就是這篇文章說的情況,人類太習慣把自己和外界隔絕起來,忘記了生物間的息息相關,忘記了大自然才是最大的寶庫。

今集《零距離科學》,會為大家介紹以噬菌體作為藥物的歷史,對現代醫學已束手無策的多重抗藥性細菌感染的療效,和成為正式藥物要面對的挑戰。

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31及31A播映。本集於4月17日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

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責任編輯︰Alvin
核稿編輯︰Kayue


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