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499｜马迎飞：抵挡抗生素的“超级细菌”，它的克星竟来自恒河两岸｜中国科学院深圳先进技术研究院｜格致SELF

欢迎订阅我的频道，https://bit.ly/3tnM6wI ，每日上新一支新影片😊 馬迎飛：抵擋抗生素的“超級細菌”，它的克星竟來自恒河兩岸 抗生素的大规模使用，催生了越来越多的耐药菌，因此噬菌体疗法逐渐兴起。它不仅能治疗人类临床上的超级耐药菌感染，还可以在农业上防治病害。它到底是如何被发现的呢？ 演讲者：马迎飞 中国科学院深圳先进技术研究院研究员 演讲时间：2021年12月17日 格致论道·湾区 第15期“筑梦湾区” 大家好，我叫马迎飞，来自中科院深圳先进技术研究院深圳合成生物学创新研究院。非常高兴能够来到格致论道，给大家分享一些非常有意思的知识。今天我给大家介绍一下超级细菌的克星——噬菌体。 在我们身体的每个部位都有大量的微生物定植，这些微生物绝大部分都是共生的有益菌，能帮助人体维护健康，有助于人体降解食物等等。但也有极少一部分微生物，它可以导致人体发生疾病，这类细菌叫做致病菌。 目前我们对付致病菌比较有效的办法，就是用抗生素。但是抗生素的滥用也会适得其反。 什么叫抗生素的滥用呢？就是不应该用抗生素的病用了抗生素，或者用的抗生素不适合，从而造成身体负担。比如，有些人在感冒的时候可能会吃抗生素药物来缓解病情，但实际上，对于病毒性的感冒，吃抗生素远不如喝点热水更有效。 抗生素的滥用还体现在农业养殖方面。农业养殖常用抗生素提高动物的养殖率，维护动物的健康。但是抵抗抗生素的细菌也会在环境里聚集。通过循环，人类极容易在临床上感染这种细菌。 有一些细菌可以抵抗所有临床的抗生素，我们把它叫做超级细菌。超级细菌并不是危言耸听，它在临床上已经经常出现。我们在感染超级细菌之后，没有药物可以去抑制它，这怎么办呢？ 一场延续了亿万年的战争 人类通常在碰到困难的时候，总会在自然界里寻找帮助，这就是所说的师法自然。 我们来看一段视频，这段视频显示的是一种细菌，然后有一个类似于外星生物的很小的东西，它把自己的DNA注射到这个细菌体内，疯狂地复制自己，最终把这个细菌给杀死了。 这个场景在地球的历史上已经维持了亿万年。这个长相奇特、能够杀死细菌的小东西，我们叫它噬菌体。 什么是噬菌体？噬菌体就是专一感染并杀死细菌的病毒。和病毒一样，它的结构也非常简单：一个蛋白质构成的外壳，包裹着一段核酸。 那噬菌体是如何被发现的呢？20世纪初期，印度恒河流域的卫生状况是非常糟糕的，在那里经常会发生霍乱，即由霍乱弧菌引发的疫情，疫情反反复复，但是爆发的霍乱常常很快就消失了。 当时有一位英国科学家叫欧内斯特·汉伯里（Ernest Hanbury），他对这个事情非常感兴趣，来到印度进行考察。他发现在印度恒河水里有一种极小极小的物质，比细菌的大小还要小很多，它可以非常有效地把霍乱弧菌杀死，这可能是导致恒河两岸霍乱疫情能够自发消失的重要原因之一。 1915年的时候，法国巴斯特研究所有一个科学家，叫雷德里克·图尔特（FrederickTwort），他首次在布满细菌的平板培养皿上发现了能够杀死细菌，然后形成一个透亮圆环的现象，他认为这里面的东西可以非常好地把细菌杀掉，所以称之为“噬菌体”。这也是噬菌体第一次被命名。 直到电子显微镜发明以后，我们才真正地看到了噬菌体的样子。噬菌体呈现出了丰富的基因多样性，同时也是地球上数量最多的生物，估计有10的31-32次方，比我们可以观测到的宇宙中的星星的数量还要多。 “十八般兵器”与“七十二变”的对抗 回到上面的问题，为什么噬菌体可以非常高效地把细菌杀死？为什么它们之间的战争持续了亿万年？既然噬菌体能够杀死细菌，那么是不是地球上所有的细菌都消失了呢？其实不是的，在我们这个地球上的每一个角落，每时每刻都有无数的细菌被噬菌体感染并杀死，但细菌的数量并没有发生很大的变化，仍然在自然界发挥着重要的作用。 这张图片展示的是细菌的生长曲线。绿色的线表示单独培养细菌的数量，细菌群体的数量增长很快。红线表示噬菌体和细菌共同培养时细菌的数量，我们发现细菌生长一段时间之后，它的数量会很快下降，下降到0，这个时候就是因为噬菌体把细菌杀死了。奇怪的是，过了一段时间之后，细菌的数量又很快增加。就是因为细菌对噬菌体产生了抗性，即使这个时候培养皿里有噬菌体，也不能杀死细菌了。 这张图片展示的是细菌的生长曲线。绿色的线表示单独培养细菌的数量，细菌群体的数量增长很快。红线表示噬菌体和细菌共同培养时细菌的数量，我们发现细菌生长一段时间之后，它的数量会很快下降，下降到0，这个时候就是因为噬菌体把细菌杀死了。奇怪的是，过了一段时间之后，细菌的数量又很快增加。就是因为细菌对噬菌体产生了抗性，即使这个时候培养皿里有噬菌体，也不能杀死细菌了。 这是怎么回事呢？因为细菌有对抗噬菌体的“十八般兵器”，它的对抗贯穿了整个噬菌体侵染细菌的过程。比如噬菌体侵染初期，它需要吸附在细菌的表面，细菌可以阻止噬菌体吸附；即使噬菌体能够吸附，细菌也可以拒绝噬菌体的DNA注射到细胞内；即使噬菌体可以把DNA注射到细菌的细胞内，细菌有一套可以识别外源DNA的系统，能把噬菌体的DNA切碎，这样噬菌体的基因就不能表达；即使噬菌体表达了基因，然后合成很多蛋白元件，这个时候细菌仍然可以阻止其完整正确地包装，使其不能形成一个完整的噬菌体。总之，细菌具有非常有效的对抗噬菌体侵染的手段。 噬菌体虽然小，却并不简单。在噬菌体发现的初期，它就已经被用作治疗细菌感染。在第一次世界大战时，欧洲战场上的环境卫生非常糟糕，就导致在士兵之间流行一种传染病叫“痢疾”。这种痢疾是由痢疾杆菌侵染引起的，痢疾杆菌会侵染人体肠道，导致腹泻。 很奇怪的是，其中有一些士兵感染痢疾之后很快就死去了，也有一些士兵感染痢疾之后，过一段时间之后又恢复了正常。当时有一位加拿大的科学家，叫费利克斯·迪海莱，他在恢复正常的士兵的肠道内分离出了噬菌体，可以非常有效杀死痢疾杆菌。所以他就想，是不是可以用噬菌体治疗由痢疾杆菌导致的感染。三年以后，也就是1919年，噬菌体制剂首次被用在战场上感染痢疾的士兵体内，获得了非常好的效果。 于是噬菌体疗法进入了一个非常兴盛的时期。因为当时细菌感染是非常恐怖的一类疾病，有很高的致死率，噬菌体便成为了一个非常有效对付细菌感染的方法。 1934年，费利克斯·迪海莱应斯大林之邀入境苏联，到达了格鲁吉亚的第比利斯，与他的老相识乔治·叶利亚瓦（George Eliava）一同，开始在第比利斯研究所工作，开展了噬菌体治疗的临床研究。 至今，第比利斯仍然是国际上噬菌体临床治疗中心之一，费利克斯·迪海莱也成为噬菌体疗法产业化的先驱。 我国在早年也有噬菌体治疗的案例。1958年，上海钢铁工人邱财康因为一次炼钢事故，导致全身大面积烧伤，严重破坏了皮肤免疫器官。之后各种细菌在病人身上定植，其中有一类细菌非常难以治疗，就是铜绿假单胞菌，也叫作绿脓杆菌。 当时感染绿脓杆菌的邱财康已经生命垂危，医院集中了所有著名的内外科专家，还请来细菌专家余贺教授会诊。余贺教授是我国早期一位非常有名的微生物学家，他带领医生从病人的体内分离绿脓杆菌，从环境里寻找绿脓杆菌的噬菌体，最后成功分离出能清除掉绿脓杆菌的噬菌体。这个故事也被拍成了一部电影，叫《春满人间》，现在仍然可以在网上找到。 1928年，亚历山大·弗莱明发现了青霉素，这是人类发展抗生素历史上的一个里程碑。青霉素是一种由真菌分泌的化合物，对于细菌，抗生素的治疗有很好的效果，而且非常容易实现大规模工业化生产，因此噬菌体疗法也渐入衰退。 细菌可以产生抗生素，必然也有能够对抗抗生素的机制。时间来到了21世纪，一方面，抗生素的大规模使用促使耐药机制在细菌之间广泛传播，催生了耐药菌的大量出现。 👇🏽歡迎嘗試我頻道裡的其他影片👇🏽 通信：   • 通信   人工智能：   • AI·人工智能   航天：   • 航天   宇宙：   • 宇宙   教育：   • 教育   少年中国：   • 少年中国   植物：   • 中国科学院植物研究所   生物：   • 生物   心理：   • 心理   医学：   • 医学   生态：   • 医学   环境：   • 环境   药学：   • 药学   数学：   • 数学   物理：   • 物理   化学：   • 化学   艺术：   • 艺术   摄影：   • 摄影   传媒：   • 传媒   考古：   • 考古   恐龙：   • 恐龙   诺贝尔奖：   • 诺贝尔奖   工程：   • 工程   #抗生素 #噬菌体 #耐药菌 #中科院 #格致论道 #科学 #科普 #知识 #知识科普 #格致論道 #科學 #知識 #知識科普 #教育