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「無敵星星」抗生素為什麼會失效?細菌的抗藥性是如何發生的?

活躍星系核_96
・2019/09/04 ・2331字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

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  • 編譯/Fisher Wang

你是否曾經在看古裝劇時想過,過去的人好像都活不久?日劇「仁醫」,就描述身為醫生的主角穿越時空回到過去,在江戶時代利用現代的醫療知識,並提煉出了「盤尼西林」,才得以拯救民眾於各種疾病之中。

真實歷史上,在 20 世紀初以前,即使在工業化國家出生,平均預期壽命也才 47 歲,這是因為那時的人們無法根治任何由細菌所導致的感染或傳染病,包括知名的黑死病(鼠疫)、麻風病、梅毒、霍亂、結核病等等,都帶走了許多生命

盤尼西林在 1928 年被發現後,抗生素大約在 1940 年代開始被大量使用,從此開啟了抗生素的黃金年代,同時也替人類的存活與發展開啟了一座新的大門。

吃了無敵星星就能獲得無敵時間。圖/ytimg

有了抗生素,人類似乎就像吃了「無敵星星」。

抗生素是一種可抑制細菌生長或殺死細菌的藥物,在我們的生活中經常會接觸到。當身體裡的細菌被殺掉,身體的感染自然也會減緩。但是,抗生素的使用還是有風險,這個風險就是所謂的「抗生素抗藥性」(antibiotic resistance),而為了避免風險,你肯定聽過醫生苦口婆心的叮嚀──「這幾天份的藥一定要全部吃完」。

抗生素一開始就是微生物間的武器

只要有生物存在,就會自動形成生態競爭與平衡的現象,即使在微生物的世界中也不例外,抗生素這類的化學物質便是這些微生物們彼此平衡的重要角色。微生物、真菌會產生代謝產物,以抑制其它微生物生長、生存。微生物將抗生素作為武器,藉此攻擊與壓制其他微生物,以保有最大的生存空間和食物。

微生物之間的戰爭早就開打了。圖/pixabay

這場屬於微生物之間的戰爭早已經開打超過十億年了。有些細菌天生就對某些抗生素具有抗藥性,這也就是不同抗生素適用於不同感染的原因之一,例如:萬古黴素不能殺死大腸桿菌,而甲硝唑不能殺死引起百日咳的百日咳博德特氏菌等。

因此簡單來說,細菌對於抗生素有抵抗機制、或逐漸發展抵抗能力,其實滿正常的。

為什麼提到抗藥性,都要提抗生素濫用?

那為什麼我們還要擔心抗生素濫用的問題呢?這是因為我們今天使用的抗生素,大多數是以細菌和真菌自然產生的抗生素作為基礎開發的。如果細菌不曾遭遇抗生素,抗藥性的機制有可能會逐漸失效;但是現在,因為人類過度使用抗生素,細菌在環境裡面不斷遇到抗生素,有抗藥性的細菌就會因此被篩選留存下來。

具有抗藥性的微生物就會透過這個過程變得更多,人類使用抗生素所能達到的效果也就相對下降。

如果不遵循使用規則,會讓對有抗藥性的細菌越來越多喔。

所以,看醫生時,醫生常在開藥時叮嚀我們要吃完抗生素,是因為沒有吃完會影響身體免疫系統,而是因為你不把抗生素吃完,就無法完全殺死體內的細菌而不留活口。而被篩選下來、留下 1% HP 的細菌,恰恰有可能存有較能抵抗抗生素的基因突變,長此以往,就是在協助篩選、留下有抗藥性的細菌。

另一方面,本來只有部分細菌對某些抗生素具有抗藥性,但是因為人類在人體與環境中過度使用抗生素,使得以前被某些能被抗生素殺死的細菌,透過「基因突變」以及「水平基因轉移」的方式,而變得對那種抗生素產生抵抗力。也就是,細菌的基因自然而然突變了,所以不再受到抗生素的影響;或是細菌與細菌之間透過互相接觸而把能夠抵抗抗生素的 DNA 轉給其他細菌。

抗生素抗藥性:現代醫藥學的最大威脅

不當使用抗生素的結果,就是細菌變得越來越強了!甚至出現了可以抵抗多種抗生素的「超級細菌」,這次換細菌吃了無敵星星。在這樣的環境中,人類感染到具有抗生素抗藥性細菌的機會增加,這可能導致更多種類型的併發症、住院時間延長,且更容易死亡。儘管藥商與科學家不斷在尋找新的抗生素來抗衡具有抗藥性的細菌,但細菌不僅擅長適應各種環境,進化的速度也非常迅速。這就是為什麼抗生素不能亂吃,也不應該把抗生素的使用當作理所當然。

聯合國在 2016 年時曾經召開高峰會,討論抗生素抗藥性問題,並認為這已經成為「現代醫藥學的最大威脅」。參與的 193 個會員國也簽署了宣言,希望可以藉由這個行動鼓勵社會多進行抗生素相關研究,發展出新的抗生素,以減少現有細菌具有抗藥性的可能;同時,也希望大家透過這樣的宣示,能夠意識到持續使用抗生素會對人體和動物產生的重大風險與威脅。

乖乖把藥吃完可能可以成為救世英雄喔。圖/pexels

希望下次大家看醫生吃藥的時候,都可以遵照醫生指示使用,不要擅自決定少吃一點或是縮短療程,你的一個小小舉動,也可以減緩人體免於超級細菌的侵害呢。

參考資料

  1. The conversation: We know why bacteria become resistant to antibiotics, but how does this actually happen?
  2. 維基百科:抗生素濫用
  3. 維基百科:抗生素抗藥性
  4. Adedeji, W. A. (2016). The treasure called antibiotics. Annals of Ibadan postgraduate medicine14(2), 56.
  5. Gottfried, J. (2005). History Repeating? Avoiding a Return to the Pre-Antibiotic Age.
  6. 馬偕紀念醫院 抗生素的愛恨情仇
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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當人們對細菌一無所知、當醫生不洗手:生產,就像是去鬼門關前走一趟──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/13 ・1767字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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無知的代價:產褥熱

故事說到這裡,此時此刻,人們依然只能透過顯微鏡、放大鏡等工具,追尋微生物的芳蹤。當然啦,發現微生物是一回事,要確認這些微生物與特定疾病的相關性,並且證實它們的致病性與致病機制,則完全又是另一回事。

在那個對微生物一無所知的年代,該有多可怕?圖/envatoelements

然而,產業救星巴斯德先生在拔了一根草、測了測風向以後,敏銳的發現,風向是會改變的。在與微生物和疾病的永恆戰鬥中,人類也不會永遠的屈居下風。

巴斯德的重心,逐漸從化學轉移到微生物之上。他雖然不是醫生,也不是婦女,卻對婦女的生死大關特別有興趣。

在十八世紀到十九世紀之間,有多達百分之三十的婦女,會在生產後的「產褥期」,受到細菌感染而持續發燒,稱為「產褥熱」(puerperal fever)。

當時,產褥熱的致死率相當高,一旦受到感染,有百分之七十五的產婦可能會挺不過去,一手接生一手送死,悲傷的故事在醫院裡不斷上演。

被忽視的警告:「不要碰完屍體去接生!」

一八四三年,美國醫生霍姆斯(O. W. Holmes)在論文中提到,不少醫生會在解剖完屍體之後,再為產婦進行接生,這些產婦中,染上產褥熱的比例也偏高。

但是,當時的醫學界並不認同霍姆斯的觀點,將他的提醒當成了耳邊風。

進產房前,別忘了先寫遺囑!圖/聚光文創

與此同時,在著名的維也納大學醫學院中,匈牙利醫師塞麥爾維斯(Ignaz Philipp Semmelweis),正為了附屬醫院中,遲遲無法下降的產婦死亡率而苦惱著。

即使進行了詳細的大體解剖,塞麥爾維斯也無法找出產褥熱的原因,只能眼睜睜的看著產婦一邊期待著新生命的降臨,一害怕著死神將揮舞著鐮刀,收割她們的性命。

心痛的塞麥爾維斯,於是將目光轉向產房細節。他注意到,如果產婦居住在解剖室旁的產房,產褥熱的比例更居高不下;反觀助產士教學病房裡的產婦,死亡率就明顯較低。

塞麥爾維斯於是推測,或許在屍體中帶有某種毒素,經由負責解剖的醫生、實習生的雙手,在接生或產檢之際進入產房,造成了產婦的死亡。

只是洗個手,死亡率剩下原本的 1/4

一八四七年,塞麥爾維斯決定,要求產科裡所有醫生、實習生,特別是那些剛進行過大體解剖的小夥伴們,在為產婦接生或檢查之前,務必要用肥皂與漂白水浸泡、清洗雙手,並澈底刷洗指甲底下的汙垢。

果不其然,一個簡簡單單的洗手動作,就讓院內產婦的死亡率,從百分之十二下降到百分之三!可喜可賀!

即使塞麥爾維斯發現「洗手」就可以降低產婦的死亡率,但它的發現並未被醫界重視。圖/envatoelements

按照常理思考,我們可以大膽推測,接下來的劇情發展應該是:「塞麥爾維斯被譽為英雄,他所推行的洗手習慣,立刻被全世界廣泛採用……」

NO~NO~NO,塞麥爾維斯拿到的,可不是這麼簡潔、老生常談的劇本,故事尚未劇終,本章節依然未完待續。

事實上,他的重要發現並沒有受到醫學界的認可,連病房主任也說,死亡率的下降,是醫護同仁們用心禱告的結果,跟洗不洗手什麼沒啥關係。

不僅論點違背主流風向,許多醫生甚至覺得,塞麥爾維斯的說法,根本就是在說「醫生手很髒」或「病從醫生來」,對此,他們表達強烈的不憤怒與不滿。

讀到這裡,我們或許會覺得,只是洗個手,有那麼痛苦那麼難嗎?殊不知,即便是疫情當前的今日,對於這個倡導手部衛生的建議,依然有人會感到不滿與抗拒。

如此一想,一百多年前的醫生們不想洗手,好像不是多麼不可思議的事情了。

沒想到竟然連醫生都會不想洗手!圖/聚光文創

──本文摘自《厲害了,我的生物》,2022 年 8 月,聚光文創,未經同意請勿轉載。

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葡萄酒變酸了?這可不能忍!巴斯德揪出「乳酸菌」,成功拯救法國的釀酒業──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/12 ・2154字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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國安危機!為什麼葡萄酒變酸了?

在上一集中,我們聊到了十七世紀,荷蘭科學家 aka 手作達人雷文霍克,以他那充滿手工溫度的兩百五十臺顯微鏡,以及一百七十二塊鏡片,為世人展示了「微型動物」(微生物)的世界。

然而在雷文霍克之後,除了斯巴蘭札尼神父曾經投以關愛的眼神,做了一些相關的實驗與研究,微生物似乎逐漸被眾人遺忘。

一直到微生物學的奠基者,巴斯德(Louis Pasteur)的出現,微生物的存在終於開始閃閃發光。一開始,巴斯德是打算進行「自然發生說」的相關實驗,沒想到,一個可能動搖國本的問題卻找上了他。

巴斯德(Louis Pasteur)被譽為微生物學的奠基者,也是研發出狂犬病疫苗的科學家。圖/Wikipedia

在浪漫優雅的法國,飲酒文化與釀酒事業同樣歷史悠久,然而,當時的酒商與釀酒廠負責人卻天天急得跳腳,一點也浪漫不起來。

原來,釀酒這門手藝太過精細,只要一不小心,酒廠生產的酒很可能就會酸化變質,不僅造成商譽與營運的巨大損失,也會影響市場供應的穩定性。

生活不能缺少微醺的感覺,釀酒業的危機,簡直就是國安危機,巴斯德義無反顧的決定伸出援手。

於是,巴斯德拿出科學家的精神,仔細研究了整個釀酒過程,收集、觀察製程中,不同時間的發酵液,並且分析、比較這些酒液的不同。

經過一次一次的培養與試驗,巴斯德終於發現,在顯微鏡下,正常的發酵液中,有一種形狀圓圓的球體小生物(也就是酵母菌);而那些發酵失敗、變酸的酒液中,則可以看見一種又細又長的桿狀小生物(乳酸菌是也)。

乳酸菌平常也許是不錯的東西,但要是跑到酒裡面可就不好了。圖/envatoelements

抓出讓酒精變質的小小兇手

一八五七年八月,巴斯德發表了他的研究成果,這篇論文,可以說是現代微生物學的開山之作。論文中指出,發酵,是涉及某些特定的細菌、黴菌、酵母菌等微生物的活動。

這些研究不僅拯救了釀酒業,也影響著食品業與醫藥產業。當時的科學界一度認為,發酵與食物腐敗、傷口發炎等現象,是可以畫上等號的,因此啟發了一名外科醫師的抗菌革命之路(這段故事我們後面再聊,先賣個關子)。

回到釀酒業的危機處理之上,雖然揪出了讓酒變酸的凶手,但巴斯德的工作還沒有完成,還得找出一勞永逸的方法,才算是功德圓滿。

經過一番苦思冥想,巴斯德最後採用的是加熱滅菌法,這種方法,如今也被稱為「巴斯德消毒法」(pasteurization)。

我們都知道,加熱是個有效的滅菌方式,巴斯德將釀好的酒,短暫、而且小心翼翼的加熱,直到攝氏五十至六十度,藉此殺死那些可能讓酒變質的細菌。如此一來,不僅能讓酒長斯保存,也不會犧牲酒的口感,是不是很讚!

感謝巴斯德讓我們今天能喝到沒有壞掉的酒。圖/聚光文創

陷入絕境的養蠶業:蠶寶寶為什麼會生病?

感謝飛天小女警,啊不,是巴斯德的努力,一天又平安的過去了,釀酒業終於恢復了平靜。然而,一八六五年,法國農村再次遭遇危機。

雍容華貴的絲綢,是廣受貴族喜愛的高級布料,養蠶、攪絲、織布,也是當時法國農村的一大主力產業。沒想到,一種傳播快速、並且容易致死的疾病,卻在蠶寶寶界蔓延開來,蠶農們對此束手無策,養蠶業因此陷入絕境。

在昔日師長的建議之下,巴斯德決定投身於蠶病研究,為蠶寶寶尋得一線生機。

在此之前,他並沒有養過蠶,也缺乏相關知識。於是他動身前往法國南部,花了五年的時間,在第一線的蠶病疫區進行研究。

透過顯微鏡,巴斯德在病蠶的身體裡,發現了一些微小的病原體。

不曉得大家小時候有沒有養過蠶寶寶呢?圖/envatoelements

同樣的,溯源之後還得找出根治方法,巴斯德除了研究鑑定方法,以幫助蠶農辨認染病的蠶寶寶之外,也建議蠶農對病蠶進行隔離。

篩檢與隔離,加上選擇性育種與提高蠶群的清潔度,巴斯德提出的「蠶界防疫新生活」,不但拯救了無數蠶寶寶的性命,也讓瀕臨崩潰的法國絲綢獲得喘息。

在釀酒業與養蠶業分別取得成功之後,巴斯德於是將目光從經濟產業轉向醫療產業。

這些肉眼看不見的微生物,既然可能讓酒變酸,也可能讓蠶生病,是不是也可能引發人類的疾病?如果真是如此,只要知道如何躲避生物的攻擊,或許就能增加戰勝疾病的可能性。

大家努力待在家防疫的時候也別忘了記得動一動。圖/聚光文創

──本文摘自《厲害了,我的生物》,2022 年 9 月,聚光文創,未經同意請勿轉載。

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聚光文創_96
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據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。