科學也可以如此靠近

面對可怕的超級細菌該怎麼辦?六種方法或解決問題

12月
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2017

2017年12月15日23時 今日科學 IT之家要聞

IT之家要聞

據國外媒體報導我們離抗生素徹底失效的那天已越來越近。目前,人類存在嚴重的濫用抗生素現象,導致細菌逐漸產生了抗生素耐藥性。這是我們在21世紀面臨的最大挑戰之一。目前局勢可謂十萬火急。但好消息是,多國政府、組織機構和科學家已經開始努力尋求解決方案。具體有哪些方法呢?不妨來看一看。

細菌耐藥性是我們面臨的最迫切的問題之一。抗生素能殺死部分敏感細菌,但總有一些細菌能存活下來、繼續繁殖。

以「菌」攻「菌」

如果藥物失靈,何不以毒攻毒呢?

幾家新成立的生物科技公司希望藉助我們對人體微生物群系的研究,即人體內有助於提高免疫、預防感染、調節新陳代謝的的有益微生物。這或能幫助科學家研發出一類專攻「超級細菌」的新型藥物。超級細菌已對現有藥物產生了耐藥性,科學家預計到2050年之前,死於超級細菌的人數將超過癌症。

位於美國麻省的Vedanta生物科技公司以「由於患者過度使用抗生素、削弱了體內的有益微生物群,才導致細菌感染」這一新理念為基礎研發新藥物。該公司借用世界各國對人體微生物群系的研究結果,,尋找能製成藥片形式的益生菌。患者吞服後,益生菌便可進入腸道,激發免疫反應。

「以人體微生物群係為基礎的療法可替代抗生素、解決治療需要。在治療感染時,我們既不能誘發細菌耐藥性,又不能破壞患者體內的益生菌群、導致患者更容易受到二次感染。」Vedanta公司CIE伯納特·奧利(Bernat Olle)指出。

但要注意的是,科學家對人體微生物群系的了解仍然有限。不過該領域研究正取得飛速進展,Vedanta公司已至少有兩種藥物即將進入臨床試驗階段。如果它們能夠起效,或能扭轉當前抗擊細菌感染的局勢。

植入迷你半導體

該設想由科羅拉多大學波爾多分校的研究人員提出。他們正致力於量子點(quantum dots)的研究,希望用它們來操控太陽能、並製造燃料。量子點是什麼東西呢?簡而言之,就是小小的半導體晶體。(光用「小」這個字可遠遠不夠。用參與該項目的普拉山特·納格帕爾(Prashant Nagpal)的話來說,量子點與頭髮絲的直徑相比,就像一個街區與地球的面積相比一樣。)

納格帕爾的同事阿努斯莉·查提特里(Anushree Chattetrjee)碰巧在研究對抗細菌感染的新療法。於是納格帕爾想到,這些對光線敏感的量子點或許也能用來消滅超級細菌。最終,他們研究出了一種新型量子點,可以選擇性地攻擊目標細菌。

「這些量子點可以分布在各個地方。治療患者時,可以用光線激活相應的量子點,在清除體內感染的同時,避免殺死其它宿主細胞。量子點被激活後,產生的物質剛好對細菌細胞有毒,對宿主自身的細胞則無害。」

利用細胞培養物的測試結果顯示,這些量子點不會對健康的人體細胞造成影響。用來激活它們的光照強度也僅有室內光或日光水平(如果感染灶較深,也會用直指病灶的LED光)。

理論上來說,該療法療效十分顯著,因此劑量只需傳統藥物的一百萬分之一即可達到效果。

量子點易於生產、成本低廉,如果全球普遍採用該療法,等於每劑藥還不到幾美分。

「採用極少量該藥物、再加以光照,便可治癒我們在科羅拉多一家醫院中找到的最嚴重的超級細菌感染。」納格帕爾說道,「當然,我們還需在臨床前和臨床試驗中進行大量研究工作,然後才能將這些藥物用在患者身上。不過,我們的初步研究相當可喜。」

量子點技術可用於癌症成像,也可用來打擊耐藥細菌。

抗感染聚合物

能殺死超級細菌的也許不止抗生素。墨爾本大學的研究人員就找到了一種可消滅致命細菌的全新療法。

他們發現15年前製造的一種用於增加汽車塗料和機油黏性的星形聚合物也可用於生物領域。在研究該聚合物輸送癌症藥物的能力時,科學家發現一種名為Snapp(全稱Structurally Nanoengineered Antimicrobial Peptide Polymers,意味結構性納米工程殺菌聚合物)的變種對細菌有一定毒性。

該聚合物的殺菌原理之一是,融入細菌細胞膜,使脂質層暴露在外,從而破壞細菌細胞壁。

研究人員認為,若資金到位,他們五年內便能開展人體試驗。「這種星形聚合物可以輕鬆進行大規模生產,並且造價不貴。整個過程中最慢的可能就是獲得監管機構批准了。」墨爾本大學工程學院的化學工程師格雷格·喬(Greg Qiao)表示。

實驗室與醫院合作

醫學界和整個科學界的一大問題是,研究人員無法經常與醫生直接開展合作、解決健康問題。因此科學界往往會遺漏與病人直接接觸才能獲得的關鍵信息。

在美國喬治亞州埃默里大學,醫生和科學界正在聯手研究如何診斷和治療耐藥細菌引發的感染。「我不是醫生。因此我需要從醫生那裡了解大量與病人打交道時獲取的信息,才能讓我們的研究儘可能接近真實情況。」

科學家已經提出一種新型測試法,可幫助醫生確定患者體內具有耐藥性的是哪一種細菌。這是該合作項目到目前為止取得的最大成果。在該模型的成功基礎上,其它臨床機構也建立了自己的研究中心,為醫生和研究人員提供合作平台。

學術界與產業界聯手

我們迫切需要新型抗生素,但製藥公司已經有30年沒發明新的藥物了。這是因為藥物研發極為昂貴,最終產品又利潤菲薄。

為解決這一問題,費城一家名為Pew Charitable Trusts的公共政策非營利性組織提出了「抗生素研發與知識共享平台」(全稱Shared Platform for Antibiotic Research and

Knowledge)。這是一座以雲端為基礎的虛擬「圖書館」,收藏了豐富的抗生素研究數據與分析結果。科學家可以利用這些資源展開合作,做出新的發現。「類似的數據共享資源已經促進了其它領域的藥物研發,如癌症、熱帶疾病和結核病等。」該組織抗生素耐藥性項目主管凱西·塔金頓(Kathy

Talkington)表示,「我們希望這一平台對耐藥性細菌也能起到相同的效果。我們預計該平台將於明年對公眾開放,供全世界的研究人員使用。」

該組織希望,該平台能夠幫助科學家進行跨學科合作,找到研發抗生素的新途徑。此外,學術界與產業界的合作也許能終結多年沒有新抗生素誕生的窘境。

面對這一問題,美國疾控中心也有自己的工作網絡。該機構於2016年成立了抗生素耐藥性實驗室網絡(Antibiotic Resistance Lab Network),大大提高了該組織檢測抗生素耐藥性的能力,在醫療、食品或社區等領域都有利用價值。

全美設有多家實驗室,追蹤並分享各醫院、醫生和科學機構研發診斷方式和新型療法過程中的數據。除了這些核心實驗室之外,疾控中心分布在各州的實驗室還獲得了額外資助,可對一系列耐藥性細菌展開基因測試。

為應對這場不斷加劇的抗生素耐藥性危機,必須集結各方之力。

「抗生素耐藥性實驗室網絡提高了我們檢測並識別美國境內新型耐藥性細菌的能力,」抗生素政策與協作分部的科學團隊主管珍·佩特爾(Jean Patel)指出,「該網絡包含的實驗室目前主要關注針對特定細菌的測試,這將為阻止耐藥細菌感染的傳播提供關鍵信息。」

MRSA細菌可引發感染,且對大部分抗生素都有耐藥性。不過部分菌株可用萬古黴素進行治療。

加強現有抗生素藥效

一種名為萬古黴素的抗生素用於治療感染已有60多年。它被視作「最後一步棋」,只有當其它療法都不奏效時才會使用它,因為還沒有對它耐藥的細菌——但這已經是過去的事了。

近年來,科學家已經發現了對萬古黴素耐藥的病例。為此,科學家試圖修改萬古黴素的分子結構,以增強其藥效。目前已經提出了三種修改版本。最新提出的兩種是加州斯克利普斯研究所的戴爾·伯爾格(Dale Bolger)及其團隊的研究成果。他們為萬古黴素添加了殺菌的「新武器」。

「兩種版本的藥效都有所加強,在細菌產生耐藥性之前也能堅持更長時間。」伯爾格表示。細菌需要很長時間才能培養出對新型萬古黴素的耐藥性。在修改後的滅菌機制中,第一種便已「效果強勁,至少還能在臨床上使用50年。就算細菌設法逃過了此劫,也會被另外兩種滅菌機制殺滅,也就無法產生耐藥性。」科學家目前正在努力降低新版萬古黴素的生產難度。

但伯爾格表示,這項研究「十分激動人心」。最終,科學家一定能研發出一種難以產生耐藥性的抗生素,成為拯救千萬人生命的最後防線。


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