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破解超級細菌的防護罩:南極海綿

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在電玩遊戲裡,打贏了這一場,後面會出現更頑強的魔王,而人類與細菌的戰爭,就如同電玩遊戲破關一樣,總會有更棘手的敵人出現。1928 年,為了對抗傳染病,第一個抗生素「青黴素」(Penicillin,或音譯盤尼西林) 問世,之後因大量使用在醫療及畜牧業,導致許多細菌產生抗藥性基因,造成死亡及醫療費用增加。

其中,被稱為「超級細菌」的抗藥性金黃色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus , 簡稱 MRSA),更是從醫院及養老院肆虐到健身房、更衣室,甚至是校園中。近年來,連被喻為最後一線抗生素的萬古黴素 (vancomycin) 都已抵擋不住MRSA的感染威力,於是許多研究人員正積極地尋找更新、更強的好方法來對抗 MRSA。

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上圖為南極海綿 Dendrilla membranosa,來源:http://sciencebulletin.org/archives/1201.html, Credit: Bill Baker

延伸閱讀:美國積極推展未來科學 國家微生物組計畫

海綿萃取物有望成為對付抗生素抗藥性的新希望

美國南佛羅里達大學(University of South Florida,簡稱 USF)的研究人員近日發現一種在南極地區的海綿動物 Dendrilla membranosa,其體內的特殊物質似乎可以衍生出對付 MRSA 的新方法。USF 的研究團隊將海綿體內的天然物質分離,合成一種名為 darwinolide 的化合物 (其化學方程式為C22H32O5)來進行實驗,發現可消滅 98% 以上的 MRSA 細胞。

MRSA 之所以難纏,是因為它可以在人體的任何部位引起感染,從皮膚感染、肺炎 (pneumonia) 再到心內膜炎 (endocarditis),且 MRSA 和許多細菌一樣,在外圍會形成一層生物膜 (biofilm),增加對抗生素的耐受度,且 MRSA 本身已對許多抗生素產生抗藥性,因此在治療上相當困難。USF 的微生物博士 Lindsey Shaw 指出,許多病原菌 (Pathogenic bacteria) 在感染期間會形成生物膜,即一連串的細胞覆蓋在各種碳水化合物、蛋白質以及 DNA 上。而 80% 的感染都是由生物膜所引起,且各種療法都難以突破。因此,當務之急是找到新的抗生物膜劑 (anti-biofilm agents) 來對付抗生素抗藥性(antimicrobial resistance)。

所幸,USF 的研究團隊在南極的無脊椎動物海綿的身上,找到了一絲希望。他們將冷凍乾燥處理過的海綿,分離出體內的化學物質再合成新的物質 darwinolide,並測試其對 MRSA 的效力,發現它可以抑制 MRSA 的生物膜,讓細菌存活率只有 1.6% 。而且研究人員還發現 darwinolide 對於細菌來說,是一種細胞毒藥(cytotoxic),而不只是細胞生長抑制劑 (cytostatic),而在哺乳類 J774 巨嗜細胞 (macrophage) 的實驗中也發現它不具有細胞毒性, 因此該化合物有望成為細菌生物膜的剋星!

抗生素濫用的反思

細菌感染現今是造成全球人類死亡的第二大原因,尤其對於抵抗力較弱的孩童和年長者。在美國,每年約有兩百萬起醫院的感染案例,造成至少十萬人死亡,且絕大多數是由抗生素抗藥性的細菌所引起。

根據世界衛生組織 WHO 《抗生素抗藥性:2014 年全球監測報告》指出,已經有近三十年來,沒有找到新的強力抗生素,而隨著抗生素抗藥性細菌已蔓延到世界各個角落,即使是一般的感染或微不足道的傷口,都有可能致死。儘管新物質 darwinolide 的發現,帶給人類對付抗生素抗藥性的新希望,但我們也應該具備正確的衛生觀念,不再重蹈抗生素濫用的覆轍。

延伸閱讀:抗藥性基因促進鏽蝕,抗生素寶劍不再鋒利

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參考文獻:
1. Jacqueline L. von Salm, Christopher G. Witowski, Renee M. Fleeman, James B. McClintock, Charles D. Amsler, Lindsey N. Shaw, Bill J. Baker. Darwinolide, a New Diterpene Scaffold That Inhibits Methicillin-ResistantStaphylococcus aureusBiofilm from the Antarctic SpongeDendrilla membranosa. Organic Letters, 2016; DOI: 10.1021/acs.orglett.6b00979
2. http://www.who.int/drugresistance/documents/surveillancereport/en/
3. http://www.genengnews.com/gen-news-highlights/killing-mrsa-with-a-cold-wet-sponge/81252744/

圖片來源:
http://www.genengnews.com/gen-news-highlights/killing-mrsa-with-a-cold-wet-sponge/81252744/

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