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某科學の超電報

超級抗生素萬古黴素 3.0 問世!效能更勝初代2.5萬倍

2017/06/03 |

快訊分類學園都市必備 快訊標籤抗生素, 細菌, 萬古黴素, 和 醫療

超級抗生素.萬古黴素 3.0 (vancomycin 3.0)在今年五月發表,搭載三種殺菌絕招,效能更勝初代萬古黴素25000倍!只要通過動物和人體試驗,就有機會成為對抗細菌感染強而有力的後盾。

在抗生素問世之前,細菌感染一直是人類揮之不去的死亡威脅。直到1928年的秋天,亞歷山大.弗萊明(Alexander Fleming)發現了能夠抑制細菌生長的青黴素(penicillin),並在第二次世界大戰中使用它拯救了無數軍人的生命,人類才就此吹響了反擊細菌的號角。

而在青黴素之後,科學家陸續發現越來越多新型抗生素,名字帶著幾分神話和武俠感的萬古黴素(vancomycin)就是其中一種。然而,細菌與人類的戰爭並沒有隨著抗生素的發明畫上休止符,反而是展開了一場無止盡的軍武競賽。

細菌感染的最後一道防線

自1958年開始,萬古黴素就被人類用來對抗那些特別危險的細菌感染,被稱作是「最後一道防線」。當其他抗生素都失效的時候,醫生可能就會使用它,例如耐甲氧苯青黴素金黃色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus)。

萬古黴素會針對細菌的細胞壁展開攻擊:它會找出那些尾端由2個D-丙胺酸(D-alanine)組成的多肽,與之結合、阻礙細胞壁形成,最後造成細菌死亡。

金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)在電子顯微鏡下的模樣。

然而,即使是萬古黴素也無法威風萬世,細菌的演化遲早會讓萬古黴素失靈。科學家發現,許多細菌多肽尾端的兩個D-丙胺酸,其中一個已經置換成D-乳酸(D-lactic acid),這個改變已經成功削弱了萬古黴素的結合能力。更糟糕的是,這項特性已經在某些最恐怖的細菌身上發現,包括耐萬古黴素腸球菌(vancomycin-resistant enterococci, VRE)和耐萬古黴素金黃色葡萄球菌(vancomycin-resistant Staphylococcus aureus, VRSA)。

面對細菌頑強的演化,科學家只能積極應對,要不是找出新的強力抗生素,不然就是研發出更強的萬古黴素。

在細菌之壁上再次決鬥吧!

為了解決抗藥性的問題,美國克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的化學家戴爾.博格(Dale Boger)與他的研究團隊開始研發萬古黴素的新版本,好讓它可以和末端為D-ala和D-lac的多肽結合。他們在2011年取得初步成果。於此同時,其他團隊也開發出了利用萬古黴素殺死細菌的新戰術:一種替代方法是中斷細胞壁的合成,另一種是在細胞壁上打洞,藉此殺死細菌。

而在2017年5月,博格和他的研究團隊研發出了集結三種戰術於一身的新型抗生素--萬古黴素 3.0。經過測試,萬古黴素3.0對抗VRE和VRSA等細菌的能力至少比初代萬古黴素強上25000倍。

更令人驚豔的是,新型萬古黴素在對抗細菌演化的持久度似乎比現有抗生素都還要強。大部分的抗生素在細菌繁衍幾代(round)之後就會開始失效,但博格等人的實驗中,細菌在繁衍了50代之後仍無法演化出抗藥性。

博格認為萬古黴素3.0之所以如此有效,是因為細菌很難找到同時對抗來自三種獨立機制的方法。「就算它們找到其中一種解法,也會被其他兩種殺死。」博格說。

如果試驗順利,超級抗生素將加入人類對抗細菌的行列!圖/Iqbal Osman@Flickr

人類的希望指日可待?

關於這項研究成果,耶魯大學的化學家史考特.米勒(Scott Miller)將之形容為「數十年來研究的集大成」。他認為過去人類都只是透過各種試誤方法,看看新找到的化合物是否會阻止細菌孳生;然而,這份研究展示出科學家分析微生物的弱項並加以打擊,理性的設計新型抗生素,才成功取得了勝利的果實。

不過,萬古黴素3.0其實還沒有準備好進入人類試驗。下一步,博格的研究團隊將改良合成萬古黴素的30道程序,好讓它的生產變得更加便宜。然後,它得先通過動物試驗,最後才是人類。如果它順利通過測試,人類對抗致命細菌的最後防線將會變得更加牢固。

參考資料

原文研究

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關於作者

畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。目前在生態演化研究所並且不務正業,以G編的行動代號擔任 PanSci 實習編輯。