超級(jí)細(xì)菌研究新發(fā)現(xiàn)

 
級(jí)細(xì)菌的概念一出，引起了不小的轟動(dòng)。所謂的超級(jí)細(xì)菌，其實(shí)是由普通的細(xì)菌演變而來(lái)的，細(xì)菌無(wú)處不在，那么普通細(xì)菌是如何演變成超級(jí)細(xì)菌的呢？
超級(jí)細(xì)菌的形成，最大的幕后推手就是抗生素。什么是抗生素？下面幾個(gè)藥品名字可以幫你更好地聯(lián)想起你所接觸過(guò)的抗生素：青霉素、阿莫西林、頭孢拉定……這些消炎藥都屬于抗生素，不少中國(guó)父母對(duì)此再熟悉不過(guò)，它們被視為孩子感冒發(fā)燒時(shí)的救星。有些家長(zhǎng)感到疑惑，這些明明是用來(lái)解除病痛的藥物，怎么就成了超級(jí)細(xì)菌的“幕后推手”呢？
抗生素是超級(jí)細(xì)菌的幕后推手
其實(shí)，確切來(lái)說(shuō)，導(dǎo)致超級(jí)細(xì)菌的是過(guò)度使用抗生素。當(dāng)抗生素被濫用，普通細(xì)菌就會(huì)產(chǎn)生變異--變得越來(lái)越“堅(jiān)強(qiáng)”，直到抗生素對(duì)這些病菌不再起作用。這也就是我們所說(shuō)的耐藥性，再通俗一點(diǎn)說(shuō)，如果濫用抗生素，終有一天，這些藥物就不再會(huì)對(duì)某些細(xì)菌起作用了，你吃了藥也白吃。
超級(jí)細(xì)菌并不是一個(gè)新詞兒，這些殺不死的“小強(qiáng)”，一直都存在。起初，它們只是加速了藥品更新迭代的速度--這種抗生素不起作用，那就再研發(fā)新的抗生素。后來(lái)，超級(jí)細(xì)菌變得越來(lái)越不可控制，才漸漸為人們所重視。
超級(jí)細(xì)菌并不是單純地指某一種細(xì)菌，而是一類(lèi)細(xì)菌的統(tǒng)稱(chēng)。能夠加入超級(jí)細(xì)菌的大家族，這些細(xì)菌都幾乎對(duì)所有的抗生素都有強(qiáng)勁的耐藥性。隨著時(shí)間的推移，如果繼續(xù)濫用抗生素，超級(jí)細(xì)菌的大家族，成員就會(huì)越來(lái)越多。包括產(chǎn)超廣譜酶大腸埃細(xì)菌、多重耐藥銅綠假單細(xì)胞菌、多重耐藥結(jié)核桿菌、泛耐藥肺炎桿菌、泛耐藥綠膿桿菌等。
最著名的超級(jí)細(xì)菌：金黃色葡萄球菌
黃金葡萄球菌
在眾多的超級(jí)細(xì)菌中，最著名的要數(shù)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌，這個(gè)名字太長(zhǎng)，大家可以簡(jiǎn)稱(chēng)它為MRSA。最早的時(shí)候，青霉素就能輕松搞定這種細(xì)菌，可隨著抗生素的普及，某些金黃色葡萄球菌開(kāi)始出現(xiàn)抵抗力，產(chǎn)生青霉素酶破壞青霉素的藥力。MRSA以驚人的速度提升著它的耐藥性，現(xiàn)在唯一有機(jī)會(huì)對(duì)抗MRSA的只有萬(wàn)古霉素了。
英國(guó)卡迪夫大學(xué)、英國(guó)健康保護(hù)署和印度馬德拉斯大學(xué)的醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)在一些曾去印度接受過(guò)外科手術(shù)的病人身上發(fā)現(xiàn)一種特殊的細(xì)菌。這種細(xì)菌名為新德里金屬β內(nèi)酰胺酶-1（New Delhi metallo-β-lactamase 1，簡(jiǎn)稱(chēng)NDM-1），這一新型的耐藥菌與以往的耐藥菌如甲氧西林耐藥菌（MRSA）有很大的不同，它其實(shí)并不是一種細(xì)菌，而是一種由特殊的耐藥基因編碼的酶，因此它的出現(xiàn)引起了各界的高度關(guān)注。NDM-1的復(fù)制能力很強(qiáng)，傳播速度快且容易出現(xiàn)基因突變，在現(xiàn)在濫用抗生素的情況下，是非常危險(xiǎn)的一種超級(jí)細(xì)菌
每年在全世界大約有50%的抗生素被濫用，而中國(guó)這一比例甚至接近80%。正是由于藥物的濫用，使細(xì)菌迅速適應(yīng)了抗生素的環(huán)境，各種超級(jí)細(xì)菌相繼誕生。由于耐藥菌引起的感染，抗生素?zé)o法控制，最終導(dǎo)致病人死亡。在上世紀(jì)60年代，全世界每年死于感染性疾病的人數(shù)約為700萬(wàn)，而這一數(shù)字到了本世紀(jì)初上升到2000萬(wàn)。死于敗血癥的人數(shù)上升了89%，大部分人死于超級(jí)細(xì)菌帶來(lái)的用藥困難。[10]
細(xì)菌耐藥性問(wèn)題已經(jīng)非常嚴(yán)重。在發(fā)達(dá)國(guó)家，有5%~10%的住院病人發(fā)生過(guò)一次或更多的感染。美國(guó)每年發(fā)生醫(yī)院感染的患者約為200萬(wàn)，死亡90000人，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)45億~57億美元。在發(fā)展中國(guó)家，發(fā)生醫(yī)院感染的危險(xiǎn)要高出發(fā)達(dá)國(guó)家2倍~20倍。中國(guó)醫(yī)院感染發(fā)生率為6%左右，但漏報(bào)率很高，可達(dá)50%以上，致死率尚不清楚。主要感染部位依次為下呼吸道、泌尿道及手術(shù)切口感染等。
中國(guó)是為數(shù)不多的“預(yù)防性使用抗生素”的國(guó)家，因而耐藥菌的產(chǎn)生更令人擔(dān)心。細(xì)菌的抗藥性速度大多快于新藥研發(fā)的速度，所以，真正解決超級(jí)細(xì)菌不斷出現(xiàn)的問(wèn)題，還需要綜合治理
8月底，法國(guó)巴黎市郊一家私立醫(yī)院的10多名病人身上，發(fā)現(xiàn)了對(duì)多種抗生素具有抗藥性的“克雷伯氏肺炎桿菌”，其中有5人死亡。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，耐藥菌源自一名希臘病人，該病人是通過(guò)輔助呼吸器感染病菌的。令法國(guó)衛(wèi)生部門(mén)擔(dān)心的是，這種感染很容易在加護(hù)病房?jī)?nèi)傳播，而克雷伯氏肺炎桿菌正是超級(jí)細(xì)菌中的一種。不過(guò)，隨后經(jīng)專(zhuān)家鑒定認(rèn)為，死亡是因病人各自所患的疾病所致，并非因克雷伯氏肺炎桿菌感染本身。盡管如此，這一事件再次引起全球?qū)Τ��?jí)細(xì)菌蔓延的擔(dān)憂(yōu)。

不斷進(jìn)化的超級(jí)細(xì)菌
所謂“超級(jí)細(xì)菌”是一種通俗的說(shuō)法，即一種細(xì)菌對(duì)多種抗生素不敏感，或者說(shuō)，多種抗生素都不能殺死或抑制它們。這樣的超級(jí)細(xì)菌就可能造成無(wú)法治療的感染性疾病，如肺炎、泌尿道感染、敗血癥等。
超級(jí)細(xì)菌有多種，其中較大的一類(lèi)是“新德里金屬蛋白酶-1”（NDM-1）耐藥基因菌屬。NDM-1本身并非一種細(xì)菌，而是一種超級(jí)抗藥性基因，它可以在細(xì)菌之間自由復(fù)制和移動(dòng)，因而傳播和變異能力非常強(qiáng)大和迅速。目前，發(fā)現(xiàn)帶有NDM-1基因的菌屬主要為大腸桿菌、克雷伯氏肺炎桿菌、陰溝腸桿菌、摩氏摩根菌和鮑曼不動(dòng)桿菌等。
另一種較為流行的超級(jí)耐藥菌是“耐甲氧西林金黃色葡萄球菌”(MRSA)。金黃色葡萄球菌過(guò)去是引起感染性疾病的常見(jiàn)細(xì)菌。自上個(gè)世紀(jì)40年代青霉素問(wèn)世以來(lái)，該菌引起的疾病得到有效治療。但是，隨著青霉素的廣泛使用，一些金黃色葡萄球菌產(chǎn)生了青霉素酶，能水解青霉素的β-內(nèi)酰胺環(huán)，因此細(xì)菌對(duì)青霉素產(chǎn)生了耐藥。為此，研究人員研制出一種新的抑制青霉素酶的半合成青霉素，即甲氧西林。后者于1959年應(yīng)用于臨床后，曾有效地控制了耐藥的金黃色葡萄球菌引起的感染。
然而，隨著甲氧西林的普遍應(yīng)用于臨床，又有一些細(xì)菌對(duì)甲氧西林產(chǎn)生了耐藥性，這就是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)。MRSA一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就傳遍全球，而且該菌除對(duì)甲氧西林耐藥外，對(duì)其他所有與甲氧西林有相同結(jié)構(gòu)的β-內(nèi)酰胺類(lèi)和頭孢類(lèi)抗生素都有抗藥性。現(xiàn)在，只有萬(wàn)古霉素能抑制和殺滅MASA，它已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)醫(yī)院內(nèi)感染的重要病原菌之一。
醫(yī)院內(nèi)感染多，社區(qū)感染少
毫無(wú)疑問(wèn)，耐藥菌的產(chǎn)生與濫用抗生素緊密相關(guān)�，F(xiàn)在全球每年約有50％的抗生素被濫用，在中國(guó)，這一比例接近80％，并且中國(guó)是為數(shù)不多的“預(yù)防性使用抗生素”的國(guó)家，有50%的抗生素是預(yù)防用藥，因而耐藥菌的產(chǎn)生更令人擔(dān)心�？股�素的濫用使細(xì)菌迅速適應(yīng)抗生素并產(chǎn)生了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)能力，于是各種超級(jí)細(xì)菌相繼誕生。
由于各種耐藥菌的不斷產(chǎn)生，已導(dǎo)致抗生素?zé)o法控制耐藥菌引起的感染，因此，感染性疾病引起的死亡也與日俱增。上個(gè)世紀(jì)60年代，全球每年死于感染性疾病的人數(shù)約為700萬(wàn)，本世紀(jì)初這一數(shù)字已上升到2000萬(wàn)。而且，死于無(wú)藥可用的敗血癥的人數(shù)上升了89％。
現(xiàn)在，法國(guó)又發(fā)現(xiàn)了另一種超級(jí)細(xì)菌——克雷伯氏肺炎桿菌，那么，各種超級(jí)細(xì)菌是否會(huì)輕易地感染普通人，讓人無(wú)藥可用呢？研究發(fā)現(xiàn)，超級(jí)細(xì)菌離普通人較遠(yuǎn)，但離住院病人和經(jīng)常到醫(yī)院去的人較近。
美國(guó)麻省理工學(xué)院生物工程和電子工程及計(jì)算機(jī)科學(xué)系副教授Timothy Lu領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)分別于9月21日和8月11日在Nature Biotechnology期刊和Proceedings of the National Academy of Sciences期刊上發(fā)表了消除抗藥型細(xì)菌的新方法。
近年來(lái)，新的細(xì)菌株系不斷出現(xiàn)，它們甚至能抵抗最強(qiáng)效的抗生素。在美國(guó)，每年有200萬(wàn)人受到包括抗藥型結(jié)核菌和葡萄球菌在內(nèi)的超級(jí)細(xì)菌的感染，至少2.3萬(wàn)人因此喪命。盡管對(duì)新的治療方法有著迫切的需求，過(guò)去幾十年間研究人員只發(fā)現(xiàn)了極少新型抗生素。多數(shù)抗生素通過(guò)干擾關(guān)鍵性的功能（如細(xì)胞分裂或蛋白合成）發(fā)揮作用。然而，一些難以對(duì)付的細(xì)菌，已經(jīng)進(jìn)化到無(wú)法用現(xiàn)有藥物治療的程度。
研究人員對(duì)這些超級(jí)細(xì)菌使用了CRISPR基因編輯系統(tǒng)和CombiGEM遺傳掃瞄系統(tǒng)。CRISPR系統(tǒng)包含一組幫助細(xì)菌抵抗噬菌體（感染細(xì)菌的病毒）的蛋白，其中的DNA剪切酶Cas9與研究人員設(shè)計(jì)的靶向特定抗藥基因（包括編碼NDM-1酶、SHV-18以及大腸桿菌種的一個(gè)毒力因子的基因）序列的短RNA引導(dǎo)鏈結(jié)合，通過(guò)研究人員構(gòu)建的兩種載體（攜帶CRISPR基因的細(xì)菌工程菌和噬菌體顆粒）將其轉(zhuǎn)入細(xì)菌中，特異性剪切抗藥性和致病性的基因，使之失活，從而選擇性地殺死攜帶有害基因的細(xì)菌。經(jīng)證實(shí)，CRISPR能特異性地殺死至少99%攜帶NDM-1的細(xì)菌。此外，還可以利用CRISPR系統(tǒng)根據(jù)遺傳標(biāo)記從多種菌群中選擇性清除特定細(xì)菌。
另一種方法CombiGEM通過(guò)基因組合發(fā)揮協(xié)同作用以增加細(xì)菌對(duì)抗生素的敏感性。研究人員構(gòu)建了由34 000對(duì)編碼轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)菌基因組成的基因庫(kù)，將其轉(zhuǎn)入抗藥型細(xì)菌中，針對(duì)每種抗生素，研究人員檢測(cè)出能將靶細(xì)菌殺傷效應(yīng)提高1萬(wàn)～100萬(wàn)倍的基因組合。CombiGEM還可以用3種或者4種基因的組合來(lái)進(jìn)一步提高效力，并用于多因子復(fù)雜表型，如干細(xì)胞分化、癌癥以及合成回路。
目前研究人員正在進(jìn)行CRISPR系統(tǒng)的小鼠實(shí)驗(yàn)和CombiGEM基因組合發(fā)揮作用的機(jī)制研究，以研發(fā)和設(shè)計(jì)新藥，解除抗藥型細(xì)菌帶來(lái)的日益增長(zhǎng)的危機(jī)。