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先出右拳、左拳、還是雙拳齊發?來看多重抗藥性的演化


Pseudomonas aeruginisa.

照片作者為 Mahmoud Yassien & Nancy Khardori. 照片出處.

大環境變動造成的壓力一直存在,就像前陣子的油電雙漲對每個人的生活多少造成一些衝擊,先漲油還是先漲電或者一起來,如何讓造成的影響最小,考驗執政者的智慧。自然界每個改變可能對某個族群造成強大殺傷力而另一個族群卻不太受到影響,所以每個改變影響的是各個小族群間數量的消長。對細菌來說,抗生素治療當然是最恐怖的環境變動,有抗藥性的個體能存活下來並複製成為小族群,没有抗藥性的只能苟延殘喘或從此消失。

多重抗藥性細菌是個治療上的大麻煩,當然大家都試著不要讓它們出現。醫院可以選擇同時使用多種抗生素,增加細菌演化出抗藥能力的困難度;醫院也可以輪流使用抗生素,每隔一段時間換一種,讓抗第一種藥的細菌死在第二種藥手上。但是多重抗藥性到底會不會在這些狀況下出現?我們還是得從基礎的演化機制下手來找答案。

這個研究團隊問了個重要的問題:抗生素的施用方式會不會影響多重抗藥性的出現?他們拿病原菌綠膿桿菌 Pseudomonas aeruginosa 在實驗室裡測試施用 streptomycin 和 rifampin 這兩種抗生素與多重抗藥性產生速度的關係。他們的實驗包括下列三種處理(1)兩種藥同時給;(2)先給 streptomycin 再給 rifampin;(3)先給 rifampin 再給 streptomycin。在處理 10 天後,他們發現兩種藥同時給的組別還不會演化出多重抗藥性。不過先給 streptomycin 倒是意外地早早就出現能同時對抗兩種藥的細菌,先給 rifampin 的那一組卻没有。

用的是相同的兩種藥,改變的只是先用哪一種,居然有這麼大的差別。對細菌來說改變自己來對抗抗生素通常會連帶影響到正常生長,長得慢在演化上難出頭,所以會不會跟生長速度有關 ?作者測試後發現能抗 rifampin 的細菌長得比能抗 streptomycin 的細菌慢,而只要有抗藥性的細菌都比没有抗藥性的細菌長得慢,這是帶有抗藥性必須付出的代價。作者認為在細菌族群裡因為代價高而比較慢演化出對抗 rifampin 的能力,在族群裡就只會有少數細菌來得及演化出 rifampin 的抗藥性,所以在 rifampin 處理後只有少少的細菌存活,没有足夠的多樣性來面對第二種抗生素的屠殺。族群大多樣性高,演化出適應新變化的速度就大,就像在批踢踢找到神人的機會比你在身邊朋友裡東問西問要大得多。

如果情況真的像作者說的那樣,那我們雞婆點,幫這個細菌族群增加一些外來移民來提高多樣性,應該會讓多重抗藥性更容易演化出來囉?作者嘗試每天加一點點没碰過抗生素的細菌進入被抗生素篩選過的族群裡,結果這個增加多樣性的動作真的讓細菌族群更快得到多重抗藥性,而且加入的外來移民越多,這個族群就能越快得到應付新變化的能力。

這個研究證實只要次序對,輪流用藥也可以防止多重抗藥性的產生,所以可能不需要讓病人一次吃很多種抗生素增加身體負擔。細菌有多樣性在治療上是個麻煩,不過作者用這個研究讓我們看到外來移民對族群應變能力帶來的好處。雖然人的社會複雜很多,但是如果没心眼的細菌族群讓我們看到的是生物的自然法則,那外籍移民應該帶來多樣性,老公司裡收剛畢業的菜鳥也是公司新生的機會。照這樣推想如果掌控的好,我的實驗室裡多收個大學部同學可能也不會變成大災難,值得一試。

研究原文
Gabriel G. Perron, Sergey Kryazhimskiy, Daniel P. Rice, and Angus Buckling.
Multidrug Therapy and Evolution of Antibiotic Resistance: When Order Matters
Appl. Environ. Microbiol. September 2012 78:6137-6142.

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關於作者

慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。