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拿銀彈大開殺戒的細菌殭屍

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照片來源 Gianluca Ramalho Misiti http://goo.gl/V607yF

殭屍明明是死去的人,但這沒有生命的死屍竟然可以狙殺活人。原核細胞的世界裡也有殭屍,讓我們來看看是怎麼回事。

這群以色列的科學家描述了他們在細菌上發現了殭屍現象。在這個研究裡,研究人員使用的是螢光綠色的綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa);這倒不是因為選綠色的細菌看起來比較噁心或恐怖,而是這個綠膿桿菌是種惡名昭彰的人類病原菌。研究人員特別選用綠膿桿菌中有致病力的有名菌株 PAO1。PAO1 是個有能耐把人送進醫院的病菌,也是個在全球各地實驗室裡常被用來研究的菌株。

用硝酸銀毒死綠膿桿菌

要拿什麼武器來對付綠膿桿菌呢?研究人員祭出了銀彈,啊不對是硝酸銀。過去的研究知道銀離子可以殺死細菌,而此時硝酸銀的毒性剛剛好可以用來在這個實驗裡賜死細菌。研究人員把綠膿桿菌養得肥肥的,再把它們丟進從 1 到 20 ppm 不同濃度的硝酸銀溶液裡。瞬間每管菌液都變成一個真實地獄,兩億隻細菌在硝酸銀裡痛苦掙扎後無助地死去。研究人員在下毒 6 小時後採集了一點菌液,往裡頭裡加了些中和解藥,再進行序列稀釋後放到養份充足的培養基上培養。倘若這時菌液裡還有耐過劇毒僥倖存活的細菌,就會把握這個從地獄爬回來的機會快速生長。於是研究人員可以知道倖存細菌的數量。

根據研究人員留下的實驗記錄,當時存活的細菌數低於 1%,也就是說,硝酸銀把族群裡絶大部份的細菌都送上了西天。送上西天了嗎?或許沒有。研究人員將那地獄般的菌液拿來離心,把細菌屍體分離出來,接著再用過濾膜除去殘留的細菌而得到屍體以外的上清液(相當於人的屎尿血水黏液鼻涕)。準備好的菌屍及上清液是要用來做後面的實驗的。剛剛加在菌液裡的硝酸銀,現在應該還留在菌液的上清液裡,或是卡在細菌的屍體裡。研究人員把菌屍放在電子顯微鏡底下觀察,悲慘的景象讓人不忍卒賭。細菌像被散彈槍打過一樣,整個細胞內部佈滿細細的黑點,這些都是銀離子刺入細胞內部的證據。這菌,真的是死透了。

細菌殭屍,上場了

不過讓人心裡發毛的部份在這裡。研究人員又養了一些正在快樂生長的無知細菌,再把剛剛實驗處理過的上清液或者是菌屍分別倒進去,看看剛結束的大屠殺有沒有留下消散不去的陰氣,而影響快樂細菌的健康。不一會兒,這群原本快樂的細菌開始出現中毒症狀,接著發生大規模的死亡。快樂細菌碰上 2 ppm 硝酸銀殺死的菌屍,只有大約 2% 存活。這不是菌屍裡殘存上清液裡的硝酸銀所造成的,因為直接用這一組的上清液,殺菌能力不好。所以真的是菌屍下的毒手。這些早就沒有生命的菌屍,居然這樣輕鬆奪走數億條的年輕生命。它們不是殭屍,什麼才是殭屍?這樣的殭屍效應,到底在科學上該如何解釋?

銀離子進入細菌的細胞裡肆虐,在殺死第一個受害者後緊密結合在菌屍裡,讓這菌屍成了包藏毒素的特洛依木馬。雖然銀離子抓住菌屍上的大分子,但總有幾個分子在這裡鬆手放開,又有幾個分子在那裡緊緊抓上來,依照平衡常數講好的法則運作。當這些木馬被拖到新的細菌堆裡時,有些銀離子暫時放掉手上的菌屍,在路上遇見新鮮的生命,就吸附了上去。就這樣,來自死屍上的毒素又再次找到了下一個犧牲者,弄死它,再進入下一個輪廻。由於銀離子在經過殺人事件後不會因此改變,就像一把可以一用再用的銳利兇刀,一次又一次奪走年輕的生命。

這樣的一個研究,能讓我們學到什麼?

研究人員把鏡頭帶到傷口上,這個發現可能有助於治療傷口上的感染。在用抗生素治療感染時,抗生素會被細菌拆解,或者被細菌的蛋白質結合,每反應一次就少一個分子。於是這些彈藥的使用上出現殺一個少一發的困境,如果想要打勝仗就必須要有源源不絶的後援,要常常換藥或是使用高劑量的藥物。如果我們使用的武器是不會損耗的銀離子,那我只要施用一次,就可以長時間保持殺菌的功效,這在治療一直有外族部隊進攻的皮膚傷口上,可能是個更好的治療策略。在這篇研究的測試中,他們還發現漱口水裡的消毒劑 chlorhexidine 也有類似的功效。未來銅離子、其它金屬氧化物、四級氨這些不太會損耗的制菌劑也都可以拿來試試看,或許會是個新紀元的開始。

不過因為這些藥劑可以持續在一個地方殺菌,如果被人排放到環境裡,不也就變成了一個永久殺菌站嗎? 那就像你在亞馬遜盆地放了個太陽能驅動的機器人,只要看到會動的東西就殺,而且它會像天空之城裡的機器人那樣可以一直用到地老天荒,那可就不妙了。塑膠已經是個頭痛的大問題了,人類造的孽,可不要越來越多啊。

研究原文:
Wakshlak RB, Pedahzur R, Avnir D. Antibacterial activity of silver-killed bacteria: the “zombies" effect. Sci Rep. 2015 Apr 23;5:9555. doi: 10.1038/srep09555.

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關於作者

陳俊堯

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。