细菌是怎样变成超级细菌的?一切都怪带有抗药性的游离基因

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正如某些人所知,这是1个 充满危险的世界,但危险正在变得都没办法 大,另1个 某些危险在不断演化。埃博拉病毒和流感病毒还时要适应环境;ISIS还时要改变某些人的战术;金正恩能扭转乾坤。而现在,专家警告说,某些人另1个 进入了“后抗生素时代”,在此期间,每年将有很多的人——成千上万的人——会因感染三种形式的细菌而遭受痛苦和死亡,而哪哪几块细菌另1个 很容易就还时要被抗生素控制。

世界卫生组织认为抗生素抗药性是21世纪最大的威胁之一,世界经济论坛称其为人类健康和全球经济的“潜在灾难”。仅在2011年,对多种药物具有抗药性的金黄色红心百香果 球菌就造成了美国1.1万多人死亡,而金黄色红心百香果 球菌加带另外三种耐药细菌,在全球范围内每年令成千上万的人丧生。

这到底是为什么么地处的呢?综合达尔文的自然选取(用抗生素攻击一群细菌,适者生存)和最近发现的进化机制,这一问提是都没办法 地违反直觉,以至于查尔斯·达尔文从来都没办法 想到过:水平基因转移,这由于基因在细胞边界上横向移动——在个体之间,物种之间,甚至生物王国之间。20世纪1000年代的一位研究人员将其称为“感染性遗传”。基因组测序表明,这一DNA水平转移在生命史上具有深远的意义,在细菌中尤其常见,对耐抗生素基因的传播具有很大意义。”

上世纪1000年代初,一位叫青 Tsutomu Watanabe 的日本科学家预见到了这一点。在与日本同事战略媒体合作多年后,他于1963年发表了一篇英文论文,并采用了更早的说法,将抗生素抗药性问提称为“感染遗传的1个 例子”。

日本的研究结速了了二战后,以应对不断增加的细菌性痢疾病例。战后卫生和卫生服务的严重不足、混乱和破坏具体情况另1个 加剧了这一问提,但其直接由于是志贺氏菌属细菌的感染,对于这一感染首选的治疗土办法 是磺胺类药物,而当志贺氏菌株对它们显示出抗药性时,医务人员转而使用新的抗生素,如链霉素和四环素。

到1953年,志贺氏菌株结速了了对这三种抗生素显现出抗药性。然而,每段菌株对只三种药物具有抗药性,它仍然还时要被抗生素阻止。1955年,一名从香港回来日本妇女得了痢疾,她粪便中的志贺氏杆菌对多种抗生素全部都是抗药性。从那时起,抗药性传播得减慢。在20世纪1000年代末,日本爆发了一场痢疾,起因是志贺氏菌对三种抗生素产生了抗药性,即磺胺类药物、链霉素、四环素和氯霉素。

“纠缠”研究

《国家地理》特约撰稿人David Quammen在10007年10月号的《致命接触》中首次报道了传染病,这篇文章改编自《The Tangled Tree》

当研究人员发现这一问提何必 局限于志贺氏杆菌时,警铃响得更响了。从耐药志贺氏杆菌携菌病人中提取的某些大肠杆菌对同三种药物具有抗药性,很多很多很多很多大肠杆菌似乎是共享了抗药的基因。很明显,一整段抗药基因另1个 就在病人的肠子深处从三种细菌转移到另三种细菌中。这一交流不仅限于志贺氏菌和大肠杆菌,进一步的研究表明,这一基因段在几乎所有的肠道细菌(1个 生活在人类肠道内的大型细菌家族)中都还时要跨越某些物种之间的界限,甚至从1个 属到另1个 属。

这一组基因到底为哪哪几块不能都没办法 轻易地跨越哪哪几块界限呢?Watanabe和他的同事Toshio Fukasawa提出了1个 假设:这一基因段是三种游离基因,它们是在细菌细胞内自由漂浮的自主遗传元素,不依附于细胞的单个染色体。游离基因是DNA的一小段,有时像1个 小手镯一样呈圆形,独立于细胞的染色体在细胞中地处和复制。它对某些行态进行编码,哪哪几块行态在正常生活中另1个 是何必 要的,但在紧急具体情况下却很有用,比如耐旱或抗毒能力。

Watanabe在1963年的一篇论文中向科学界宣称他和Fukasawa另1个 用日语发布过的发现:对链霉素和某些三种抗生素的多重耐药性被编码在1个 游离基因上。这一游离基因解释了无害的细菌(如普通大肠杆菌)是怎样在一眨眼的时间内将多种抗生素耐药性的基因跨物种传递给危险的细菌(如痢疾志贺杆菌)的。“游离基因”这一词日后 被同义词“质粒”取代。科学家们现在认识到质粒是三种将耐药基因(有时是多种耐药的整段基因)从三种细菌转移到另三种细菌的主要机制。

最近最令人警醒的进展之一是,两年前1个 中国科学家小组表态,某些人在从猪身上分离出的大肠杆菌菌株中发现了三种对粘菌素产生耐药性的基因。粘菌素是坚持到最后的抗生素,并肩也被称为是“对人类医学至关重要”的抗生素。某些人将这一基因命名为mcr-1,使某些人的发现有点令人不寒而栗的是mcr-1以质粒为载体,这由于它还时要通过水平转移从三种细菌传递到另三种细菌。

在中国表态这一发现后不久,一系列来自某些组织科学家的出版物宣称某些人也发现mcr-1基因,在1个 83岁瑞士老婆尿液细菌的质粒中,在丹麦的鸡肉里,在佛兰德斯的小猪上,在柬埔寨住院儿童的粪便里,和某些地方。这由于粘菌素另1个 减慢也会对多种抗多药细菌无效。

与此并肩,Tsutomu Watanabe的影响另1个 深入人心。一位叫青 Stuart B. Levy的年轻美国人,从医学院休假去参加1个 研究项目,听说了Watanabe的具体情况,并在1962年安排在东京庆应义塾大学Watanabe的实验室里工作了哪几块月。这是1个 培养性的经历。

Stuart B. Levy现在另1个 是塔夫茨大学医学院的一名教授,也是国际知名的抗生素使用、过度使用和耐药性方面的权威。他的办公室就在波士顿唐人街旁边,一栋土褐色的大楼八楼处,当我去他的办公室拜访他时,他回忆起了Watanabe的往事。

“某些人在都没办法 空调的实验室工作,”Levy说,“天气非常非常热,又炎热又潮湿。”Levy的实验台在楼上,从那里往下看,他还时要看后Watanabe教授穿着短袖在做实验,“另1个 我觉得是太热了”。时不时 另一所有人会搞掂三根软管,向教授喷水,好日后 你凉快某些。Watanabe是个矮小的老婆,比Levy矮一两英寸,之不能说的一口好英语,对学生和博士后的态度也很直率。他会和年轻的同事们并肩骑着自行车在校园里转悠,有时晚上一定会带几被委托人去酒吧唱卡拉ok。在去费城参加科医学会 议的一次旅程中,Watanabe和Levy的父母住在并肩,Levy的父母就在费城附过。“我很高兴,”Levy说,“另1个 我以三种奇怪的土办法 崇拜着他。”他是一位充满活力的导师,一位专注而有尊严的日本科学家。Watanabe日后 怎样了?我不禁想。

“他死于胃癌,”Levy说。“他相当于40多岁,1000出头。”

在完成他的医学研究后,Levy一生全部都是努力保护世界不受超级细菌的侵害。1992年,他出版了一本名为《抗生素悖论》的书,这一悖论就是 :在20世纪,哪哪几块药物日后 你类的生活变得更好、更长寿,并肩也通过迫使细菌适应进化的挑战,使某些人的细菌敌人变得更加强大。Levy写道,在Watanabe时代,依靠质粒传播的抗药基因“让微生物学家和医学科学家看后了基因传播前所未有的广度”。

当时某些人还都没办法 广泛地理解其含义,现在某些人另1个 理解了,日后 正以基因横向传播的数率席卷全球。

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