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人造病毒,會是抗藥性戰爭的終結者嗎?

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從 1928 年發現青黴素後,人類對抗細菌終於不再是手無寸鐵。然而過去數十年中人類不斷研發新藥,和細菌的抗藥性互相競賽,彼此都想盡辦法要超越對方。例如:著名的盤尼西林 (Penicillin) 於 1943 年研製成功並推廣使用,但在 1945 年發現了盤尼西林的抗藥性;萬古黴素 (Vancomycin) 於 1972 年發明,亦於 1988 年出現抗藥性;而於 2003 年,當年的新藥達托黴素 (Daptomycin) 才出現僅一年,隔年就出現了抗藥性。

2016 年,無藥可醫的超級細菌出現,一度引起了恐慌。美國一位 49 歲的婦女感染大腸桿菌,因當中含有 MCR-1 抗藥性基因,即使使用堪稱是最後一線藥物的「克痢黴素」(Colistin)也無效。實際上,之前包括中國大陸、歐洲與非洲,都發現感染超級細菌的案例,追根究柢,都跟濫用抗生素有關;不只是醫療現場廣泛使用,畜牧業也大量使用抗生素餵養,這些都加速了細菌產生抗藥性的速度。英國一份研究報告更指出,如果不採取積極行動,到了 2050 年,超級細菌將導致一千萬人喪命。

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全世界每年有 70 多萬人死於抗藥性感染,抗生素抗藥性已經成為一個日益嚴峻的全球性挑戰,直到這次人造病毒帶來一線曙光。

因為細菌產生抗藥性的速度越來越快,尤其對藥廠來說,研發新型抗生素無利可圖,賠錢的生意當然不會繼續投入資金研發,讓我們一度以為這場戰爭將以人類慘敗,無法再對抗新的細菌作結。但現在,藉由英國國家物理實驗室 (National Physical Laboratory, NPL) 和倫敦大學學院 (University College London, UCL) 共同設計的一種全新的人造病毒,情況或許有了轉機。

他們所設計的人造病毒是使用相同的幾何原理所建立,這些原理決定了天然存在的病毒的結構,稱為多面體衣殼 (polyhedral capsids)。由此產生的一款只有 20 奈米、中空構造的蛋白質組織,它以類似自然界的病毒外側構造,附著於比自己大的細菌表面。此合成病毒能像「無人機」一樣,在微觀世界中識別細菌細胞後,迅速有效地攻擊。

傳統的抗生素必須到達並擊中細菌細胞內的單個靶標才生效,但這些人造病毒則是先破壞細菌細胞中最複雜,但易受損害的部分 ── 細胞膜後,再將細菌整個摧毀。NPL 的研究員 Hasan Alkssem 表示,人工病毒在細菌表面附著數秒後,就能開始對細胞膜造成破洞,使細菌的內部成分流出,這顯示細菌不太可能對病毒產生抗藥性。

新型人工病毒不只可殺死細菌,且不影響人類細胞,對研究感染類疾病的治療來說,或許是個長期有效的方法。

另一位研究員 Alex Yon 指出,「細菌對這種人工病毒沒有抵抗性是極為重要的發現,還有以往抗生素須直接到達特定細胞才能發揮作用,新型人工病毒就無此問題,而且對人體其他細胞不會造成負面影響。」NPL 生物識別科學的研究人員 Max Ryadnov,和 UCL 生物物理學教授 Bart Hoogenboom 皆表示:「這次的研究成果替 NPL 正在開發的工程計量方法和材料增加了新的工具,以期能充分發揮合成生物學在工業和醫療保健方面的潛力;再者,該研究還可能成為傳染病的替代療法,在緊急時提供長期和創造性的解決方案。」

新人工病毒的合成成果,不僅為潛在的抗藥性細菌打開更加有效治療的大門,更可望在基因治療和合成生物學的核心功能的應用上帶來不一樣的啟發。

文 / Miggy Chang

延伸閱讀:海底神偷是你?前所未見的棘手新病毒

參考文獻:
https://phys.org/news/2018-01-synthetic-virus-tackle-antimicrobial-resistance.html
https://amr-review.org/sites/default/files/AMR%20Review%20Paper%20-%20Tackling%20a%20crisis%20for%20the%20health%20and%20wealth%20of%20nations_1.pdf

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