后抗生素时代应对细菌

早在1928年,伦敦圣玛丽医学院的研究员亚历山大·弗莱明就发现了后来被认为是拯救免受传染病侵害的救星:抗生素。在接下来的几十年里,这项发现变成了一项医学奇迹,并最终发展成了一个产业。不幸的是,抗生素在第二次世界大战期间 商业化 之后不久,人们就开始担心 耐药性 可能会出现。可悲的是,尽管文献中的呼吁很明确,但社区中却鲜有行动加以重视。

抗生素耐药性在我们与细菌的关系日益恶化方面发挥了重要作用,这个问题在文献和书籍中都有详尽的讨论,包括 《超级细菌》 和 _《细菌代码》。这个问题导致了一个近 二十年 的疑问,直到最近才得到解答。

“我们是否正面临着后抗生素时代?”

上周,在PBS节目 《前线》 中,全球抗生素耐药性领域顶尖专家之一、美国疾病控制与预防中心副主任Arjun Srinivasan医生给出了一个明确的答案。我们不再是面临它,我们已经身处其中了。

尽管这一呼吁是最近才正式提出,但研究人员早已在关注未来。这项工作一直在不知疲倦地进行——并且在很大程度上是默默无闻的——尽管已经确定了一些新的方向。其中大部分都追溯到弗莱明最初的研究,他发现最好的抗菌剂不是来自人类的努力,而是来自微生物。

在看不见的微观环境中,微生物之间存在着持续的战斗,它们为了食物和生存空间相互争斗。具体来说,已经确定了 三种 武器,可以用于公共卫生目的。每种武器都有其独特的杀灭方式,与抗生素不同,它们没有普遍引起耐药性的倾向。但它们之所以如此有用,是因为它们是天然的解决方案,可以轻松地进行大规模生产,并为未来提供预防和治疗选择。

第一个也是最古老的选择是噬菌体。噬菌体是细菌的病毒,它们 广为人知 了近一个世纪。早在20世纪20年代,它们就被认为在预防和控制感染方面具有 医疗价值,尽管随着抗生素的出现,它们失去了很多光彩。但多年来,它们的价值一直被微生物学家所称赞,认为它们有潜力 补充 当前的抗菌策略。不幸的是,研究也表明,某些噬菌体有能力帮助 传播 抗生素耐药性,这使得它们的使用成为一把双刃剑。

如今,鉴于后抗生素时代的到来,人们对利用噬菌体 对抗 耐药菌株的兴趣重新燃起。但与以往的愿望不同,今天对噬菌体的研究侧重于寻找和基因开发具有特定目的而没有潜在问题的菌株。更有趣的是,噬菌体正在被研究用于一系列 用途,包括食品安全、水处理甚至环境卫生。

第二个选择是细菌素,它们是由多种不同的 细菌 产生的短肽,用于防御其他细菌威胁。它们的作用机制相对简单,即穿透敌方细菌的外部细胞壁或细胞膜。产生的孔洞会导致靶细胞泄漏,从而导致死亡,类似于失血过多。这个过程相当严酷,但对于那些试图消除任何微生物病原体存在的人来说,它相当有效。

几十年来,细菌素一直是乳酸菌能够安全发酵 乳制品肉类 产品的根本原因。它们最初被 研究 作为新型抗生素的潜在前体化合物,但它们“本身”的功能如此令人印象深刻,以至于最终以天然状态进行了测试。不出所料,它们很少令人失望,因为它们对包括 李斯特菌大肠杆菌 O157:H7,甚至 艰难梭菌 在内的多种细菌表现出显著的广谱活性。

目前对细菌素功效的 研究 侧重于确定它们在医疗和食品安全应用中解决耐抗生素细菌的能力。它们也正在被研究作为 益生菌 补充剂的潜力,以帮助在感染开始前进行预防。虽然目前许多细菌素的 [商业化](https://ageconsearch.umn.edu/bitstream/90779/2/CP%2001%2005%20Nisin%20Report.pdf/ there) 面临一些障碍,但至少有一种——乳酸链球菌素——目前正被用作防腐剂。然而,毫无疑问,许多其他产品将很快跟进,并有望在抗生素退出的领域发挥作用。

与细菌素类似,第三种选择是抗菌肽(AMPs),它们是作为防御感染而产生的小分子蛋白质。然而,AMPs的数量远远超过细菌素,因为它们不仅由细菌产生,还由包括植物、昆虫和人类在内的高等生物产生。目前已知有超过2300种AMPs,每一种都已被在一定程度上研究其 杀灭 细菌、真菌和病毒感染的能力。

AMPs有两个特殊之处使其如此有前景。第一个是细菌 无法 产生耐药性。虽然有些细菌可以被 训练 来抵抗AMPs,但获得这种特性的实际要求表明,在自然界中几乎不可能发生。第二个是它们可以与人体协同工作以改善健康。与已知会对人体产生负面影响甚至可能 促进 未来感染的抗生素形成鲜明对比,AMPs似乎有助于维持健康的 肠道皮肤。这表明AMPs不仅可以提高我们抵抗感染的能力,它们还可能帮助我们预防感染。

早在20世纪90年代,当后抗生素时代的概念首次被提及的时候,医学和科学界的主流态度是忐忑不安,甚至在某种程度上是恐惧。然而,随着噬菌体、细菌素和AMPs等有效替代品的出现,未来无疑看起来更加光明。在这些有益微生物的帮助下,我们可以改善我们控制病原体的努力,并自信地展望未来,确保我们的医疗、食品和环境安全。

 

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自青少年时期起,Jason Tetro就把实验室视为他的第二个家。他在微生物学和免疫学方面的经验使他涉足多个领域,包括血液传播、食品和水病原体;环境微生物学;消毒和防腐;以及SARS、禽流感和寨卡病毒等新兴病原体。他目前是圭尔夫大学的访问科学家。在公众中,Jason更广为人知的名字是“The Germ Guy”(细菌 guy),他经常在媒体上以其有时非传统的视角解读科学。Jason著有两本书:《The Germ Code》(2014年入围年度科学图书奖)和《The Germ Files》(曾连续几周登上全国畅销书榜)。他还合编了《The Human Microbiome Handbook》(人类微生物组手册),该书从学术角度探讨了微生物对人类健康的影响。他住在多伦多。

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