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國家地理雜誌 No.202 09/2018

光波書號:276146

出版  :大石國際文化

來源地 :台灣

語言  :繁體中文


關鍵字 :
美國 拉美裔 盔犀鳥 全臉移植 科學 人文 台灣雜誌

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內容簡介
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細菌大反撲

撰文:大衛.逵曼

 

 

 

每年將有愈來愈多人因細菌感染而患病或死亡,以往抗生素能輕易抑制這類細菌。

 

 

眾所周知,這是個危機四伏的世界,然而由於某些危機正在持續演變,使得情況更加嚴重。伊波拉病毒和流感病毒可以適應,伊斯蘭國可以改變策略,金正恩可以 180 度大轉變。如今專家警告,我們已經進入「後抗生素時代」,在這段期間,每年將有愈來愈多人(可能逾 10 萬)因各種類型的細菌感染而患病或死亡,而以往抗生素能輕易抑制這類細菌。

 

 

世界衛生組織認為,抗生素抗藥性是 21 世紀最大的威脅之一。光是多重抗藥性金黃色葡萄球菌這種微生物的威脅,就於 2011 年在美國造成超過 1 萬 1000 人死亡,而這種菌再加上其他抗藥性微生物,每年則在全球造成數十萬人死亡。

 

 

這是怎麼發生的?就是結合了達爾文的天擇說(抗生素攻擊一群細菌後,最適者存活),和一種晚近才發現的演化機制:基因水平轉移,這種現象如此違反直覺,連達爾文也想像不到。這意味著基因向側面移動,跨越了個體、物種、甚至生物界之間的邊界。1950 年代一位研究人員稱這種現象為「感染性遺傳」。基因組定序顯示,這種 DNA 的水平轉移在生命史中至關重要,而且在細菌間特別常見,對抗藥性基因的傳播有特殊的影響。

 

 

 

 

 

 

1960 年代初期,日本科學家渡邊力預料到了這件事。

 

 

為了因應不斷增加的桿菌性痢疾病例,日本在第二次世界大戰後展開了研究工作。戰後的貧困、混亂以及公衛和醫療服務的瓦解可能加劇了這個問題,但直接因素是志賀氏菌屬的細菌感染。最優先的治療方式是磺胺類藥物,當志賀氏菌屬的菌株對它們產生抗藥性時,醫療人員就轉而使用新的抗生素,例如鏈黴素和四環素。

 

 

到了 1953 年,志賀氏菌屬的菌株也開始對這兩種藥物產生抗藥性。不過每個細菌菌株只會對其中一種藥物產生抗藥性,而仍會被另一種抑制。1955 年,一位感染痢疾的日本婦女從香港回到日本,她糞便中的志賀氏桿菌被驗出對多種抗生素都有抗藥性。從那一刻起,抗藥性迅速蔓延,而在 1950 年代晚期,日本經歷了一波由志賀氏桿菌這種超級細菌引起的痢疾爆發,這種細菌對四種抗生素產生抗藥性,包括磺胺類藥物、鏈黴素、四環素和氯黴素。

 

 

當研究人員發現抗藥性不只局限於志賀氏桿菌時,恐慌的情緒逐漸高漲。從感染具抗藥性的志賀氏菌屬的病患體內取出一些大腸桿菌,顯示對同一種藥物也有抗藥性,看來志賀氏桿菌將基因分享給了大腸桿菌。整組抗藥性基因明顯從一種細菌水平轉移至另一種,或許是發生在病人腸道深處,而且這種轉移不限於志賀氏桿菌與大腸桿菌。進一步研究顯示,這組基因可以跨越其他不同物種之間的界線,甚至從某個屬到另一個屬,在幾乎所有種類的腸內菌中轉移,腸內菌是生活在人類腸道內的龐大細菌家族。

 

 

這組能輕易跨越界線的基因究竟是什麼?渡邊力和同事深澤俊夫提出一個假說:它是一個游離基因組,一種在一個細菌的細胞內自由漂浮的自主基因元件,並且不會依附在該細胞的單一染色體中。一個游離基因組是一小段DNA,有時是像小手環一樣的環狀,它存在於細胞之中,獨立於細胞的染色體之外並且可以自行複製。它的編碼具有可能對一般生活不必要,但在緊急情況下能發揮作用的特徵,例如耐旱性或對毒藥免疫。

 

 

渡邊力在 1963 年的論文中,向科學界宣布他和深澤俊夫已經用日文說過的事情:鏈黴素和其他三種抗生素的多重抗藥性被編寫在游離基因組上。這個游離基因組解釋了像是普通的大腸桿菌這樣的無害細菌,是如何跨越不同物種,並在轉瞬間將多重抗藥性的基因,傳播給痢疾志賀氏桿菌這種危險的細菌。「游離基因組」這個詞後來被同義詞「質體」取代。科學家現在知道,質體是抗生素抗藥基因──有時是具多重抗藥性的整組基因──從一種細菌轉移到另外一種的主要機制。

 

 

近來最令人警醒的其中一個發現,是中國的科學家團隊在兩年前宣布,他們從豬身上取出的大腸桿菌菌株中,找到了對黏菌素的抗藥性基因──黏菌素是最後一線抗生素,被認為「對人類醫學至關重要」。他們把這個基因命名為mcr-1。讓這個發現格外令人恐懼的是,mcr-1就存在於質體上,意味著它可以透過水平轉移,輕易又迅速地從一種細菌傳播到另一種。

 

 

在中國宣布的不久之後,其他科學家團隊也發表一系列報告,宣稱他們在多個細菌質體上也找到了mcr-1基因──包括一名 83 歲瑞士男性的尿液、丹麥的雞肉、法蘭德斯的小豬、一位柬埔寨住院兒童的糞便,以及其他地方。這意味著黏菌素也可能很快就對多種多重抗藥性細菌起不了作用。

 

 

與此同時,渡邊力 的影響力已擴及遠方。年輕的美國學生史都華.萊維在拿到研究獎學金而從醫學院休學期間聽說了渡邊力,他安排在 1962 年到東京慶應義塾大學渡邊力的實驗室工作幾個月。這是他學術發展形成時期的一段經歷。

 

 

史都華.萊維醫學博士現在是塔夫茨大學醫學院的教授,也是國際上知名的抗生素使用、過量使用與抗藥性權威。當我到他的辦公室訪問他時,他回憶起渡邊力的事,他的辦公室位在波士頓唐人街附近一棟淺褐色建築的八樓。

 

 

渡邊力是一位個頭小的男子,對學生或博士後研究員都是直率的態度。「我很開心,」萊維說:「因為我莫名地崇拜他。」他既是一位精力充沛的導師,也是個專注而莊重的日本科學家。我想知道,渡邊力後來怎麼了?

 

 

「他因胃癌去世了,」萊維說:「大約在 40歲左右或 50 歲出頭。」

 

 

萊維在完成了他的醫學研究後,繼續從事一項畢生的使命:保護世界免受超級細菌的攻擊。1992 年,他出版了一本書《抗生素的迷思》──迷思在於這些藥物在 20 世紀讓人類的生活變得更好、更長久,但也迫使我們的細菌敵人適應演化的挑戰而變得更可怕。萊維寫道,回到渡邊力的時代,這些可被質體轉移的抗藥性基因的傳播,「讓微生物學家和醫療科學家開了眼界,看見從未想過的基因傳播廣度。」

 

 

這些可能的影響在當時並沒有被廣為理解,但現在理解了──這些影響席捲全球,就像基因水平轉移一樣迅速。

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