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聚焦"細菌":我們?nèi)祟愑肋h死磕的宿命對手(組圖)
關(guān)鍵詞： 黏菌 窄譜抗生素 1941年 作用位點 家族的誕生 產(chǎn)氣桿菌 頭孢菌素類抗生素 細胞存活 真細菌 細菌細胞
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細菌是人類永遠的對手，即便在培養(yǎng)皿中也要慎重對待
電影《天外來菌》，讓人們更加深刻地認識了細菌
顯微鏡下的細菌，竟然是如此美麗
其實在此之前，已出現(xiàn)過好幾種“超級細菌”，不過都被人類降服了
衛(wèi)生組織撤銷全球甲型H1N1大流行的警報僅僅過了一天，“超級細菌”NDM-1卻立馬殺到，人們還未來得及好好安撫長期緊繃的神經(jīng)，如今又在各種關(guān)于“超級細菌”的傳言中不知所措。
自人類誕生起，我們就一直在和細菌這個古老的生物博弈、死磕，這些無孔不入的細菌也讓人們愛恨交加，從人類的漫長抗菌史來看，在這個戰(zhàn)場上，人類的勝利一直都只是暫時性的。細菌究竟是什么？這個世界上究竟有多少種細菌，“超級細菌”到底厲害在什么地方？在自然界是否真的存在什么都不怕的細菌？快報記者采訪了南京醫(yī)科大學的專家，全面揭示了細菌的“前世今生”。
科學家研究過的只是極小部分
很多科幻迷和科幻小說作家熱衷于討論這樣的問題：這個世界將如何走向結(jié)束？人眼無法發(fā)現(xiàn)的“入侵者”，例如導致致命疾病的細菌和病毒能否帶來末日災難？
2008年美國好萊塢根據(jù)小說《死城》改編成的電影《天外來菌》，讓人們看到了細菌的可怕。電影講述，未來人類的一個太空艙墜落墨西哥荒郊小鎮(zhèn)上，導致一種致命病菌外泄，小鎮(zhèn)居民全部離奇死亡，僅剩一老一少受重傷未死。特別營救小組將他們救回實驗室研究其病況，科學家隨后發(fā)現(xiàn)，他們之所以在這場瘟疫中幸存，是因為血液中的酸水平天生比平常人高。電影里這種致命病菌的名字叫阿修羅菌，被核彈攻擊后這種細菌就變異了，具有極強的適應能力和變異能力，通過空氣和各種動物甚至水源傳播，人類感染這種細菌后的死亡率是百分之百……
回想起這部電影描述的情景，人們不禁會問，細菌真的這么可怕嗎？
南京醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院流行病學教授喻榮彬告訴記者，各種細菌幾乎無處不在，無孔不入，我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|的許許多多的環(huán)境和物品，如抹布、垃圾筐(袋)、門簾、門把手、案板、錢幣、公用電話、書報、桌椅、電器開關(guān)、水龍頭開關(guān)和臥具等，甚至某些食物常被一些細菌所污染。
究竟什么是細菌？喻榮彬給出了標準答案：廣義的細菌即為原核生物，是指一大類細胞核無核膜包裹、只存在稱作擬核區(qū)的裸露DNA的原始單細胞生物，包括真細菌和古生菌兩大類群。人們通常所說的即為狹義的細菌，狹義的細菌為原核微生物的一類，是一類形狀細短、結(jié)構(gòu)簡單、多以二分裂方式進行繁殖的原核生物，是在自然界分布最廣、個體數(shù)量最多的有機體，是大自然物質(zhì)循環(huán)的主要參與者。
要想數(shù)清這個世界上的細菌可不是件容易的事情。喻榮彬告訴記者，細菌是所有生物中數(shù)量最多的一類，據(jù)估計，其總數(shù)約有5×1030個。細菌的個體非常小，世界上最小的細菌只有0.2微米長，因此大多只能在顯微鏡下看到它們。細菌一般是單細胞，細胞結(jié)構(gòu)簡單，缺乏細胞核、細胞骨架以及膜狀胞器。
細菌廣泛分布于土壤和水中，或者與其他生物共生。人體身上也帶有相當多的細菌。據(jù)估計，人體內(nèi)及表皮上的細菌細胞總數(shù)約是人體細胞總數(shù)的10倍。然而，細菌的種類是如此之多，科學家研究過并命名的種類只占其中的小部分。
人類身邊存在強大的細菌軍團
據(jù)調(diào)查報告：一根筷子上可能有700種細菌！每只臟手可攜帶40萬個細菌；而剛洗過的手，每平方厘米亦可檢驗出3200個細菌；在抽查的700張人民幣上，竟有440張檢出代表腸道細菌污染的大腸桿菌；人的雙手和身體其他部位的皮膚表面，也攜帶著大量細菌，每1平方厘米面積的皮膚表面大約含有1—10萬個細菌！
喻榮彬舉例說：外科醫(yī)生的雙手在做手術(shù)之前，要用肥皂和水反復仔細刷洗并用消毒劑嚴格消毒，然后才戴上無菌的手套去做手術(shù)。然而手術(shù)結(jié)束后，從這么干凈的手上摘下的手套內(nèi)積存的汗液中，卻可以找到大量的細菌，其種類和數(shù)量之多令人難以想象，以致有人風趣地將這些汗液稱為“手套湯”。
這么多的細菌是從哪里來的呢？原來，醫(yī)生的雙手雖然經(jīng)過刷洗、消毒，但隱藏在汗腺、皮脂腺等皮膚深處的細菌卻很難除去。隨著排汗和皮脂的分泌，它們不斷跑到皮膚表面而且不停地繁殖。細菌的繁殖速度是很快的，哪怕只有10個細菌，經(jīng)過3個小時就會變成5000-40000個，足以重新污染雙手。
我們周圍有這么多的細菌，人類真的能應付得來嗎？喻榮彬說絕大部分細菌都是不致病的。很多細菌都是在深海里、高山上和地下，和人碰面的機會幾乎沒有，這些細菌一旦“重建天日”之后，也會不適應生存環(huán)境而自取滅亡。
由于細菌無處不在，而人體不可避免地要與外部環(huán)境頻繁接觸，因而會沾染上各種細菌。其中不乏具有強大致病力的細菌，如溶血性鏈球菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌及結(jié)核桿菌等。但有很多細菌也是雙刃劍，也有對人體有利的，比如發(fā)酵用的酵母菌，另外還有腸道益生菌等。
其實細菌比病毒要好對付得多
細菌和病毒在普通人眼里往往都是致病的主要元兇，但在流行病學專家的眼里，細菌和病毒是截然不同的有機體，通俗地說就是“出身不同”。喻榮彬告訴記者，從“個頭”來說，細菌就像個巨人，而病毒在巨人面前渺小得像一只螞蟻，他們之間的差距從幾百倍到幾千倍。
細菌是真正有生命的，而病毒卻不行，它必須有個“寄宿”的細胞才能夠進行復制，病毒自己不吸收營養(yǎng)、不呼吸、不能靠自己完成新陳代謝和繁殖。所以，有一些科學家對把病毒歸類為有機生物持懷疑態(tài)度。因為有機“生物”就意味著有能力吸收營養(yǎng)，能自身繁殖。
從2003年的SARS到去年的H1N1這些可怕的病毒，給人類帶來了極大的恐慌。這一次的“超級細菌”也讓人們嚇出了冷汗。但是喻榮彬說，細菌感染的途徑比較多一些，比如皮膚破了傷口化膿，但傷口不會傳染到其他人身上，病毒就不一樣了，它是靠傳染的途徑，比如一個人得了甲流，他很可能一個噴嚏就能傳染給其他人，因為人每天都要呼吸空氣，進食進水，防不勝防！這說明病毒的傳染性很強。
抗生素只能殺滅細菌。比方說青霉素，能破壞細菌細胞壁上的多糖，使細菌的表面暴露，失去了應有的保護作用，細菌也就不能生存了。病毒外部是蛋白質(zhì)，抗生素對它們是沒有作用的。但干擾素可以干擾病毒DNA或RNA的復制，使病毒的數(shù)量不再增加，然后依靠人體自身的免疫系統(tǒng)清除剩下的病毒。
喻榮彬介紹，細菌和病毒均屬于微生物。在一定的環(huán)境條件下，細菌和病毒都可以在人體中增殖，并可能導致疾病發(fā)生。對于細菌，人類已有稱之為抗菌素的特殊武器對付它。病毒沒有自己的生長代謝系統(tǒng)，它的生存靠寄生在宿主(如人)和細胞中依賴他人的代謝系統(tǒng)，也是因為如此，目前抗病毒的特殊藥物不多。有一點值得指出的是，在人們的身體的許多部位都有細菌的增殖。醫(yī)學上稱之為正常菌群，它們和我們和平相處，互惠互利。而在任何情況下從機體中發(fā)現(xiàn)病毒都非正常狀況。因為只有侵入我們的活組織細胞中這些病毒才能存活。
醫(yī)院里的細菌為什么更強大
細菌和人類就是一個博弈的過程，敵強我弱。喻榮彬說，細菌的“毒力”首先取決于侵入人體的數(shù)量，另外人體抵抗力的強弱也決定了細菌是否在你體內(nèi)“囂張”。細菌長期埋伏在人體內(nèi)，它們不斷繁殖和擴散。比如一個人患了肺炎，就是肺炎球菌在作祟，發(fā)燒咳嗽，細菌不斷在支氣管中繁殖產(chǎn)生分泌物，這時體內(nèi)的白細胞就會聚集和細菌進行戰(zhàn)斗，白細胞不斷地戰(zhàn)死變成膿，這時痰就會增多。
細菌引起的感染，包括醫(yī)院外感染和醫(yī)院內(nèi)感染。引起醫(yī)院外感染最常見的細菌為革蘭氏陽性菌，如金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌、化膿性鏈球菌和革蘭氏陰性的大腸桿菌、流感嗜血桿菌等；引起醫(yī)院內(nèi)感染的則多為有耐藥性的金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、腸球菌、克雷伯氏桿菌、產(chǎn)氣桿菌和綠膿桿菌等。因院外感染的細菌對抗生素敏感，所以在醫(yī)院院外感染容易控制，而醫(yī)院內(nèi)感染則一方面由于患者有原發(fā)病，抵抗力差，另一方面引起院內(nèi)感染的細菌往往有耐藥性，故不易控制，所以死亡率高。
“超級細菌”的名號早已幾易其主
這次發(fā)現(xiàn)的NDM-1細菌，到底厲害在什么地方？是不是等于無藥可救？
喻榮彬認為，理論上“超級細菌”潛在的耐藥性還是可怕的。在目前的研究報告中，攜帶NDM-1基因的細菌，對替加環(huán)素和多黏菌素的敏感度稍微高一些外，對其他我們臨床上常用的抗菌藥物，比如青霉素、頭孢菌素類抗生素等，幾乎都不敏感。
準確地說，只要是廣泛耐藥的細菌，都可以叫做超級細菌，NDM-1細菌只是它們中的一種。曾經(jīng)被戴上“超級細菌”高帽的，有MRSA(耐甲氧西林金黃色葡萄球菌)、VRE(耐萬古霉素腸球菌)、泛耐藥鮑曼不動桿菌?！澳退幘斐傻乃劳觯刻於荚谑澜绺鞯氐尼t(yī)院內(nèi)發(fā)生?！庇鳂s彬介紹說。MRSA一度在美國蔓延，政府調(diào)查預計每年有9萬多人嚴重感染這一細菌，每年因MRSA感染的死亡病例甚至超過艾滋病。
“不過人們也不必對‘超級細菌’過分恐慌，其實沒那么可怕，最可靠的一點就是細菌不像病毒那樣會傳染，只會引起感染性疾病。”喻榮彬說。其實，人體自身的免疫系統(tǒng)遠比你想象的要強大，但是，如果你平時都是使用抗生素來解決，人體的免疫系統(tǒng)得不到充分的調(diào)動，長期的話，免疫系統(tǒng)就會出現(xiàn)退化和休眠，以后再出現(xiàn)感染性疾病，免疫系統(tǒng)不出力，就還得用抗生素來解決問題，惡性循環(huán)。
那么在自然界，是否真的存在什么都不怕的超級細菌？“基本不會有這個可能性，人類在和細菌博弈的過程中，會保持一種平衡，對待細菌人類通常會采取‘兵來將擋、水來土掩’的強悍作風，總有辦法對付，再說了細菌也可以防，人類可以不去惹細菌。”喻榮彬說，“不過‘超級細菌’也不排除存在的可能，也許哪一天外來生命的細菌會讓人類束手無策。”
對付超級細菌我們還有哪些王牌
二戰(zhàn)時期的宣傳畫：感謝青霉素，他可以活著回家了！
抗生素對很多人來說是個救星，但有的人卻會產(chǎn)生過敏反應
任何東西只要和“超級”這個詞掛鉤，就會讓人感到有一種強大的威力?！俺壖毦币膊焕狻２贿^專家們告訴記者，“超級細菌”這一名字并不準確，容易被人誤解，稱為“多重耐藥菌”或者“多重腸桿菌屬的耐藥菌”更為準確。根據(jù)《柳葉刀》論文報道，這種耐藥基因?qū)Χ喾N抗生素具有抗藥性，但目前替加環(huán)素和黏菌素這兩種抗生素仍對其有效。另外，被稱為“超級抗生素”的萬古霉素應該也可應對。
NDM-1“超級細菌”的出現(xiàn)，讓人們再次對抗菌藥物投以關(guān)注的目光。從某種意義上說，這是人類對抗這些危險的寄生者的最終工具了。抗菌藥的原理是什么？它究竟是怎樣殺死細菌的？細菌的抗藥性又是怎么回事？在采訪中，醫(yī)學專家們都表示，我們應該高度重視抗生素的濫用問題。
人類治療細菌性感染的第一個武器
在青霉素發(fā)明之前，人們除了靠自身機體抵抗細菌之外，還沒有什么好辦法。青霉素是一種高效、低毒、臨床應用廣泛的重要抗生素。它的研制成功大大增強了人類抵抗細菌性感染的能力，帶動了抗生素家族的誕生。
20世紀40年代以前，人類還沒有研究出能高效治療細菌性感染且副作用小的藥物。當時的肺結(jié)核在人們眼里就是不治之癥，能存活的幾率非常小。
在1928年夏季的一天，英國微生物學家弗萊明發(fā)現(xiàn)，一個與空氣意外接觸過的金黃色葡萄球菌培養(yǎng)皿中長出了一團青綠色霉菌。在用顯微鏡觀察這只培養(yǎng)皿時，弗萊明發(fā)現(xiàn)，霉菌周圍的葡萄球菌菌落已被溶解。這意味著霉菌的某種分泌物能抑制葡萄球菌。此后的鑒定表明，上述霉菌為點青霉菌，因此弗萊明將其分泌的抑菌物質(zhì)稱為青霉素。然而遺憾的是，弗萊明一直未能找到提取高純度青霉素的方法，于是他將點青霉菌菌株一代代地培養(yǎng)，并于1939年將菌種提供給準備系統(tǒng)研究青霉素的英國病理學家弗洛里和生物化學家錢恩。
通過一段時間的緊張實驗，弗洛里、錢恩終于用冷凍干燥法提取了青霉素晶體。1941年開始的臨床實驗證實了青霉素對鏈球菌、白喉桿菌等多種細菌感染的療效。南京醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院流行病學教授喻榮彬表示，青霉素之所以能既殺死病菌，又不損害人體細胞，原因在于青霉素所含的青霉烷能使病菌細胞壁的合成發(fā)生障礙，導致病菌溶解死亡，而人和動物的細胞則沒有細胞壁。
抗菌藥四大狠招“殺死”細菌
人體抵抗細菌，靠的是白細胞助陣，那么抗菌藥把細菌“殺死”的原理究竟是什么呢？
喻榮斌介紹，抗菌藥要想“殺死”細菌有四大狠招。
第一招是“攻城破壁”，通過抑制細胞壁的合成會導致細菌細胞破裂死亡，以這種方式作用的抗菌藥物包括青霉素類和頭孢菌素類，哺乳動物的細胞沒有細胞壁，不受這些藥物的影響。
第二招是“滲透致命”，一些抗菌素與細胞的細胞膜相互作用而影響膜的滲透性，這對細胞具有致命的作用。以這種方式作用的抗生素有多黏菌素和短桿菌素。
第三招是“彈盡糧絕”，干擾蛋白質(zhì)的合成意味著細胞存活所必需的酶不能被合成。干擾蛋白質(zhì)合成的抗生素包括福霉素(放線菌素)類、氨基糖苷類、四環(huán)素類和氯霉素。
第四招是“趕盡殺絕”，抑制核酸的轉(zhuǎn)錄和復制，抑制核酸的功能阻止了細胞分裂所需酶的合成。以這種方式作用的抗生素包括萘啶酸和二氯基吖啶。
喻榮彬表示，每種抗生素都有自己的抗菌范圍，稱為抗菌譜。凡是抗菌譜即抗菌范圍不廣泛的抗生素稱為窄譜抗生素，如青霉素只對革蘭氏陽性菌有抗菌作用，而對革蘭氏陰性菌、結(jié)核菌、立克次體等均無療效，故青霉素就屬于窄譜抗生素。而氯霉素、四環(huán)素由于對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、立克次體、沙眼衣原體、肺炎支原體等也都有不同程度的抑制作用，所以被稱為廣譜抗菌藥物。近年來出現(xiàn)的第三代、第四代頭孢菌素抗菌譜也很廣。
為什么有人會對抗生素過敏
最近，李女士比較苦惱，因為天氣轉(zhuǎn)涼，她夜里睡覺時被凍發(fā)燒了，到醫(yī)院掛水的時候，她說：“我從來都沒對藥物過敏過，上個月發(fā)燒時還注射過青霉素，由于咽炎的問題咳嗽一直沒好，就一直使用阿莫西林，到現(xiàn)在剛好一個月的時間，去醫(yī)院檢查，檢查出我對所有抗生素類藥品過敏，說來也奇怪了，以前從來不過敏，我現(xiàn)在都不敢吃藥了。”
對此，南京軍區(qū)總醫(yī)院呼吸科的專家告訴記者，藥物引起過敏機制相當復雜，但顯然與藥物本身和使用者兩方面有關(guān)。當藥物的抗原進入人體后與體內(nèi)組織蛋白結(jié)合成完全抗原，因而刺激人體產(chǎn)生免疫反應的結(jié)果，過敏反應系由抗原、抗體相互作用而引起。比如青霉素是一種半抗原，進入人體后與組織蛋白質(zhì)結(jié)合而成為全抗原，刺激機體產(chǎn)生特異性抗體，存在于體內(nèi)。當過敏體質(zhì)的人遇有相應抗原進入機體后，即發(fā)生過敏反應。青霉素藥物過敏反應是一種異常的免疫反應，其特點為僅發(fā)生于少數(shù)人，其基本原因在于抗原抗體的相互作用。
細菌也在秘密“研究”抗生素
和達爾文“物競天擇”的原理一樣，當抗菌藥物出現(xiàn)后，細菌為了家族繁衍就開始了和抗菌藥物的對抗歷程，細菌們不斷地進行自我選擇和淘汰。每一種抗菌藥物進入臨床后，伴隨而來的就是細菌的耐藥，即細菌在藥物高于人類接受的治療劑量濃度下能生長繁殖。
喻榮彬告訴記者，更為可怕的是，細菌還有一種特性，那就是不同種類的細菌可以互相交換遺傳物質(zhì)，在生物學上，這種現(xiàn)象稱為質(zhì)粒交換。也就是說，如果這種超級細菌在特定條件下將自己含有抗藥特性的基因轉(zhuǎn)移給另外一種具有高度傳染性和侵襲性的細菌，比如說傷寒菌和痢疾桿菌的話，那傷寒菌或者痢疾桿菌就會搖身一變，變成任何藥物都束手無策的“超級細菌”。
除此之外，細菌“偶然找到”的對付抗生素的方法有很多種，最厲害的一招就是細菌產(chǎn)生一種物質(zhì)使抗生素分解或者失去活性，比如NDM-1產(chǎn)生的金屬-β-內(nèi)酰胺分解酶，可分解β-內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)，從而使絕大部分抗菌藥失效。
其次是做重點防護。所有抗菌藥都是對細菌“攻其一點，不計其余”，有明確的“標靶”。于是，有些細菌也學會了“重點防護”。細菌內(nèi)部的變化使抗生素的作用靶點的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使抗菌藥物無法起作用。
最后一種策略是，將耐藥基因編碼一個“通道”，安置在細胞膜上，將進入細菌細胞的抗生素排出，使抗生素濃度低于致死劑量。
人類最后的王牌也曾被細菌攻破
抗生素為維護人類健康立下了不朽的功勛。在被稱為抗生素“黃金時代”的20世紀五六十年代，全世界每年死于感染性疾病的人數(shù)約為700萬，這一數(shù)字到1999年上升到了2000萬。病死率升高的主要原因是耐藥菌帶來的用藥困難。
抗生素是一把雙刃劍。它通過作用于細菌達到目的，但總有一些細菌沒殺死，并產(chǎn)生耐藥基因，這種基因在后代里累積，臨床耐藥性越來越高。人類一旦感染，會逐步走向無藥可醫(yī)的境地。
萬古霉素是人類對抗細菌和病毒的最后一道防線，南京第一醫(yī)院呼吸科的一位醫(yī)生告訴記者，他從醫(yī)20年來還沒能有一次機會用到這種藥物，因為，不到萬不得已，不會使用，如果用了這種藥物，就意味著再無藥物可用，就像戰(zhàn)爭中的核武器一樣，是人類最后一件武器。
就是這么“最后一張王牌”的萬古霉素，也被細菌所攻破了。喻榮彬告訴記者，2002年，科學家在醫(yī)院中發(fā)現(xiàn)了“耐萬古霉素金黃色葡萄球菌”，它們擁有一個耐萬古霉素的“基因盒”，它們可以改變?nèi)f古霉素在病菌細胞壁上的作用位點，使萬古霉素無法與相應位點結(jié)合。
我國的抗生素耐藥問題尤為突出。據(jù)有關(guān)資料表明，在美國、英國等發(fā)達國家，抗生素院內(nèi)使用率在20%左右，因此大部分人使用青霉素就能輕松治好病；中國為60%以上，絕大部分地區(qū)的人已經(jīng)出現(xiàn)對青霉素耐藥。有人甚至預言，我國將可能比別的國家更早面臨無抗生素可用的境況。
新發(fā)現(xiàn)可使細菌抗藥性成為歷史
一種抗生素使用久了，細菌往往出現(xiàn)針對這種抗生素的耐藥性。這是讓醫(yī)生非常棘手的問題。
現(xiàn)在，美國伊利諾依大學的化學家發(fā)現(xiàn)了一種叫做阿泊拉霉素的化合物，它可以迫使令細菌產(chǎn)生耐藥性的DNA分子排出。這樣，耐藥細菌就可以恢復原來的遲鈍性?？上О⒉蠢顾匾驗槎拘蕴螅圆豢赡苡糜谂R床，但既然科學家已經(jīng)知道了機理，那么找出毒性低并具有相同作用的化合物應該為期不遠了。
在以后，人類有可能會針對耐藥性發(fā)明另外一種藥，減少人體對抗生素的耐藥性。