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用病毒治療青春痘

科學月刊_96
・2013/06/24 ・1636字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 574 ・九年級
痤瘡是人體皮膚發炎產生的刺狀丘疹。痤瘡丙酸桿菌分解皮脂腺分泌物所產生的物質,是 引起發炎反應的原因之一。

文 / 許家偉(業餘科普撰稿人)

痤瘡丙酸桿菌(Propionibacterium acnes)是一種厭氧(或只需微氧)的格蘭氏陽性共生細菌,存在於毛孔之中,它就是引起痤瘡粉剌(acne,即俗稱的青春痘)的主要元凶。青春痘患者皮膚中,皮脂毛囊(sebaceous follicles)裡的P. acnes 比同年齡正常健康皮膚上的P. acnes 高出100 倍。

但臨床發現,有六成的P. acnes 已經具有抗藥性,即是說就算病患塗抹含抗生素的藥物於患處已無療效;再加上近年來沒有研發出新型的抗生素,為了對付P. acnes ,科學家勢必得找出其他的途徑。於是,他們將腦筋動到噬菌體(bacteriophages 或phages)上。噬菌體是只會感染細菌的病毒,因此,利用噬菌體來感染並殺死細菌的方法就稱為「噬菌體治療法」(phage therapy)。

噬菌體治療法的好處是,噬菌體對細菌有極高的專一性,它不會「誤殺」其它細胞,因此對人體無害,安全性極佳;另外,在動物試驗上已證實特定的噬菌體能專一地消滅痢疾志賀氏菌(Shigella dysenteriae )、大腸桿菌(Escherichia coli) 及金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus);而美國食品及藥物管理局(FDA) 在 2006 年已批准 使用Intralytix 公司的 LMP-102 型噬菌體處理生肉, 用以防止李斯特桿菌(Listeria monocytogenes)所造成能奪命的食物汙染。

位在美國西岸的加州大學洛杉磯分校(UCLA) 醫學院的研究人員,分別從 UCLA 醫院的青春痘患者及健康人士皮膚上皮脂毛囊裡的細微粉剌(microcomedones) 中分離出能感染P. acnes 的噬菌體。當中 5 株是從健康皮膚取得(採樣年份:2010 年),4 株從青春痘患者皮膚上取得(採樣年份分別在 2007、2008、2010年),另 2 株從培養庫存裡解凍(1978 年,位在美國東岸的費城)。

用電子顯微鏡觀察這11 株的噬菌體外型,除了清楚看見等邊六角形的頭部及細長又柔軟的尾部外,這些噬菌體的大小都一致。再加上另外 1 株之前在英國列斯大學(Leeds University)附設的里茲綜合醫院(Leeds General Infirmacy)及 2 株從瑞典隆德大學(Lund University)分離出的P. acnes 噬菌體,合共 14 株P. acnes 噬菌體的 DNA 都定序完成。

電子顯微鏡所觀察到的P. acnes 噬菌體影像。

研究人員發現,這 14 株P. acnes 噬菌體的 DNA 序列差異性比想像中的低很多。例如,14 株P. acnes 噬菌體 DNA 上的GC 含量(GC content)〔註〕都非常的接近,差異範圍不到0.5%。究竟一般噬菌體DNA 在不同株種之間的差異是多大?研究人員用總數超過200 株能感染垢分枝桿菌(Mycobacterium smegmatis)、超過60 株能感染葡萄球菌(Staphylococcus sp.)及超過50株能感染假單胞菌(Pseudomonas sp. )的噬菌體 DNA 作對照,它們的GC 含量差異都在18 ~ 28%不等。由此可見,P. acnes 噬菌體的DNA 序列差異性的確是異常的低。而且,無論從核苷酸序列相似性配對分析或基因組的組織(即基因排列次序及轉錄方向),這些結果都指出P. acnes 噬菌體的確缺乏多樣性。

註: 即 DNA 上鹼基 G(guanine)及 C (cytosine)的量對A (adenine)及 T (thymine)的量之比例(以百分比表示)。

除了在DNA 層次, 各株P. acnes 噬菌體的蛋白質也都很一致,例如噬菌體在裂解週期(lytic cycle) 時要溶解細菌外層細胞壁時所用之內溶素(endolysin)的胺基酸序列相似度都非常高。所以,在親源分析的演化樹裡,這14 株 P. acnes 噬菌體都群集(cluster)在一起,編定為同一個結點(node),代表它們的相似度極高(反過來說就是差異度極少)。

更重要的,雖然所觀察到P. acnes 噬菌體的差異性非常低,但已收採的11 株P. acnes噬菌體都可以感染 27 株不同的P. acnes 細菌( 當中有 2 株P.acnes 細菌比較難搞,只會被 11株裡的 1 株P. acnes 噬菌體成功感染),意味著這批P. acnes 噬菌體都有一致的目標,不會干擾其它細菌品種的生態。

綜合這項研究結果,針對這批跨越30 個年頭( 採樣時間從1978 ~ 2010 年) 及兩大洲(北美東西岸及歐洲)的P. acnes 噬菌體品種,研究人員已確定它們的差異性低又沒有發展出多樣性,也證實它們能廣泛地感染多種P. acnes 細菌,噬菌體DNA 非常穩定又不會嵌入細菌的DNA,這些都顯示它們適合用來開發以噬菌體為基礎的抗青春痘療法(phage-based anti-acne therapy)。

參考資料:Marinelli, L. J. et al., Propionibacterium acnes bacteriophages display limited genetic diversity and broad killing activity against bacterial skin isolates, 美國微生物學會(ASM) 電子期刊 mBio , Vol. 3(5): e00279-12, 2012.

原刊載於 科學月刊 第四十四卷第六期


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。