破解细菌抗药性基因 仔猪肠道藏线索
撰文/Joanne Shih
在二十世纪初，科学家 Alexander Fleming 培养葡萄球菌时，不慎将霉菌污染致培养皿中，却也因此意外发现抑制细菌生长的物质，当时第一个抗生素命名为盘尼西林（Penicillin），从被发现到广泛应用于疾病的治疗及预防，抗生素已有将近一世纪的历史，不仅大幅降低感染性疾病的危害，改善人类生活品质，我们更将抗生素应用于畜牧业，作为治疗疾病、预防感染以及促进生长之用，提升畜产动物的生产力。
抗药性细菌带来威胁
随着抗生素的大量使用，细菌也有一套自己的演化与选拔机制，天生对抗生素有抵抗性（antibiotic resistance）的细菌存活下来，将带有抗药性的基因代代传递与繁殖，这些基因往往位于游离的基因载体上，例如质体（plasmid）或跳跃子（transposon），细菌也会透过各种机制，互相分享不同种类抗生素的抗药性基因，让抗药性基因在细菌界中快速传递，这些菌株引起更严重且难以控制的感染。
多重抗药性金黄色葡萄球菌（Multiple-resistant Staphylococcus aureus，MRSA）是其中最恶名昭彰的菌株，在医疗场所引起严重的院内感染，而且几乎没有抗生素可以治疗，也因此过去大多数抗药性的研究主要针对医源性造成的抗药性；不过近来有学者发现抗生素在农业生产上的用量，已经远高于人类医疗的使用，统计指出中国大陆的养猪业每年产生六亿公吨的猪只排泄废物，生产过程中使用的抗生素伴随其中被排出，人们再将排泄物作为堆肥使用，使得抗生素进入土壤与水源，进而影响整个食物链，更让抗药性基因穿梭于生态界中，我们对抗生素的高度依赖，以及常规用于农牧生产过程中，却没想到同时提供抗药性细菌绝佳的环境大量繁衍，使得医用抗生素的选择越来越少。
基因解码猪肠道内大肠杆菌
农业的抗生素滥用，是造成抗药性成为一大公共卫生问题的主因，若要对付抗药性细菌，就必须先知道抗药性基因在食物链中如何传递，而猪只在农牧业中为重要的产食动物，澳洲雪梨科技大学（University of Technology Sydney ）的教授 Steven Djordjevic 认为了解猪只肠内正常菌丛的组成，以及抗生素与肠道菌丛的作用关系，是破解抗药性基因的第一步，雪梨科技大学的的团队近期发表一份研究，关于猪只肠道内两株大肠杆菌进行比较性基因组分析（Comparative genomic analysis）。
一般而言，大肠杆菌是环境中的常在菌（Normal flora），但是特定的菌株却会造成严重疾病，其中肠内毒性大肠杆菌（Enterotoxigenic Escherichia coli，简称 ETEC）感染猪只会造成下痢，在全球的养猪业造成严重的经济损失，ETEC 有多种血清型（serotypes）都会引起猪只下痢，其中血清型 O157 为具多重抗药性的大肠杆菌，而不同品系的细菌也有不同的致病机制，ETEC O157 SvETEC 主要感染离乳期前后的仔猪，曾在澳洲新南威尔斯（New South Wales）引起严重感染，属于相同血清型的 ETEC O157:K88 734/3 则是引起新生仔猪下痢；有部分的大肠杆菌，一旦食入被污染的食物，可能引起消化系统或泌尿系统的严重感染，肠出血性大肠杆菌（Enterohaemorrhagic E. coli，简称 EHEC）O157:H7 即是引起食物中毒的常见菌株。
研究团队进行基因组分析，比较两株肠内毒性大肠杆菌与肠出血性大肠杆菌之间的关联，发现 ETEC O157 SvETEC 以及 O157:K88 734/3 的基因组成相当接近，而且发现两者都带有多重的抗药性基因，对于许多现行使用的抗生素都有抗性，像是常用合成青霉素（Ampicillin）、四环霉素（Tetracycline）以及新霉素（Neomycin），研究也发现两株大肠杆菌与感染人类的 EHEC O157:H7 亲缘关系并不接近，但是仍有部分基因序列相似，。
目前不仅分析出特定大肠杆菌的抗药性基因，并初步绘制出大肠杆菌的谱系图，建立在这样的研究基础上，未来将进一步分析抗药性基因的精确位置，以及这些基因与游离的基因载体之间的关联，试图找出对付抗药性细菌的关键。
参考文献
1.How pigs are helping researchers tackle antibiotic resistance. Medical Xpress, 2016
2.Comparative genomic analysis of a multiple antimicrobial resistant enterotoxigenic
E. coli O157 lineage from Australian pigs. Wyrsch et al. BMC Genomics 16:165, 2015
3.科学人杂志：抗药性细菌 有多流行？
http://sa.ylib.com/MagCont.aspx?Unit=featurearticles&id=1427
图片来源
https://sayanythingblog.com/entry/corporate-farming/
www.flickr.com/photos/niaid/16598492368
