疫情下的人类抗病简史(三)

新型冠状病毒疫情已经持续了将近一个月的时间了,看着每天发布的各项数据日趋好转,相信这次我们也一样可以化险为夷,迎来2020年的这个春天。


疫情下的人类抗病简史(三)

之前我们一起回顾了古代人类面对病菌所采取的措施: ;

以及人类发现细菌等微生物及研制抗菌药物的发展过程:

今天,我们继续人类抗病简史(三)




淘菌时代:抗生素滥用与超级细菌

科学家们还是倾向于从微生物体内寻找抗菌类新药,毕竟解铃还须系铃人。其实,自然界中的微生物和人类一直处于相互依存、 相互制约的动态平衡中,微观世界就像是一个看不见的巨大宝藏, 等待人们探索。 医学方面,有害微生物仍在不停地给人类制造麻烦,即便我们 有了青霉素、消毒术和其他抗菌类药物,但人类和微生物的战斗还远远没有结束。 青霉素在获得广泛应用后,治愈了许多细菌性传染病,但对结核病却束手无策,结核病的病原体结核杆菌无法被青霉素杀死。在 19 世纪的欧洲,结核病是引起死亡人数最多的烈性传染病,人们把它和中世纪的黑死病相提并论,结核病患者往往具有脸色苍白、咯血等特征,因此结核病也被称为“白死病”,人们迫切希望找到 一种和青霉素一样强大的抗生素来治愈结核病。

完成这一伟大使命的是细菌学家瓦瑟曼(August Paul Wassermann),瓦瑟曼很早就对土壤中的一种特殊的微生物放线菌十分感兴趣。为了找到新型抗生素,他花了5年时间,从1万株放线菌中筛选出了10株对结核杆菌有杀灭作用的菌株。其中只有1株灰色的放线菌,产生的抗生素既能杀死结核杆菌,又对人体没有毒性,瓦瑟曼把这种抗生素命名为链霉素。这一重大发现被美国最大的制药企业默克集团得知,在其支持下,链霉素很快开始被大规模工业生产,并投入市场。链霉素引起的轰动丝毫不亚于青霉素,因为它征服的是肆虐人类几千年的传染病——结核病。

瓦瑟曼的贡献不仅在于挽救了数以亿计的结核病患者的生命,更重要的是,他为其他生物学家指明了寻找抗生素宝藏的方向——土壤放线菌。从此以后,大量微生物学家十分狂热地去垃圾堆、污水沟和田野中“淘菌”——采集土壤样本,筛选有用菌株,这和19世纪美国西部的淘金热十分类似,唯一不同的是,科学家寻找的是比金子更珍贵的、能够挽救万千生命的抗生素,从此,抗生素的黄金时代真正到来了。

这一时期,抗生素研究获得了突飞猛进的发展,科学家们发现了氯霉素、卡那霉素和红霉素等多种抗生素,大规模的抗生素制药 工业也开始建立起来。从埃尔利希研发砷凡纳明开始,经过整整100年后,抗生素家族成员已经增加到了 133 个,它们为人类对抗 微生物、征服传染病做出了无比巨大的贡献,人类的平均寿命也因抗生素的广泛使用相较19世纪增加了10年。在抗生素的帮助下,人类获得了历史上前所未有的健康、长寿和富足。不过,抗生素是一把双刃剑,在治愈疾病的同时,它也促成了迄今为止人类遇到的最强大微生物——超级细菌的诞生。

20世纪80年代以后,发现新抗生素的速度明显放慢,抗生素开发的难度越来越高。一方面,是由于科学家把能找到的微生物几乎全都筛选了个遍,能发现的抗生素都已经发现了;另一方面,也是更重要的原因是,新抗生素开发的速度远远赶不上细菌耐药性产 生的速度。一种新抗生素从研发到投入市场,往往需要数年时间,投入数亿美元,而不到几个月,细菌就会开始产生耐药性,让抗生素失效。 细菌耐药性产生的根本原因在于抗生素的滥用,由于抗生素对很多疾病都可十分迅速地产生疗效,医生们倾向于使用这种快速见效的药物,据统计,在美国每周妇科医生开出的含抗生素的处方就达到65万个,内科医生开出的更多,每周开出含抗生素的处方达到了142万个,仅仅这两类医生每年开出的含抗生素的处方就多达 21 亿个,这是个多么惊人的数字! 除了人用抗生素,在养殖业也存在兽用抗生素滥用的情况。随着人口增多,人们对肉类的需求也在日益增长,于是养殖业普遍开 始实行工业化生产,饲养环境更为狭小、拥挤,卫生环境十分恶劣,容易成为病菌滋生的温床。为了保证牲畜的健康,养殖业从业 者通常会在饲料中掺杂大量的抗生素,兽用抗生素的使用量几乎占到抗生素使用总量的一半。 抗生素的滥用不但无法彻底杀死病菌,反而会使细菌产生耐药性,更可怕的是,这些细菌可能被不断更新的抗生素强化成超级细菌。超级细菌是指那些对几乎所有抗生素都具有耐药性的细菌,也就是说无法用抗生素杀死这些细菌。

超级细菌的出现符合达尔文的自然选择原理:抗生素的滥用让细菌通过基因突变产生了耐药性,具有耐药性基因的细菌存活了下来,并带着这种基因继续繁殖。可以这么说,抗生素给细菌指出了进化的方向,诱导它们朝着具有更强耐药性的方向进化,只有这样它们才能顽强生存下来。人类在不断研发新型、更具强力杀菌效果的抗生素的同时,也促使细菌通过基因变异不断进化,获得超强耐 药性,最终进化成对抗生素免疫的超级细菌,对人类文明的可持续 发展造成威胁,这一趋势可能无法避免。 在人类与微生物旷日持久的战争中,我们即将面对有史以来最 强大的微生物敌人——超级细菌,也在逐渐失去曾经引以为豪的武器——抗生素。


疫情下的人类抗病简史(三)


但我们仍有希望赢得这场战争,因为人类还有一个终极武器——噬菌体。噬菌体是只在活菌体内寄生的病毒,有着严 格的宿主特异性,也就是说,每一种噬菌体只感染特定的宿主菌, 而对包括人类在内的其他任何生物无害,这是由噬菌体的吸附器官 和宿主菌表面受体的互补性决定的。 噬菌体通常活跃在细菌广泛分布的地方,比如土壤和动物肠道中,作为一种以细菌为食的生物,无论细菌进化出何种耐药性,噬 菌体都会跟随着细菌一起进化,因此能够解决由抗生素产生的耐药性问题。如果说抗生素是无差别杀菌的大规模杀伤性武器的话,噬 菌体就像是锁定目标的追踪导弹,进入人体后会寻找特定目标进行攻击,而不会伤害人体内的其他益生菌。 同时,噬菌体的杀菌效率极高。给病人注射抗生素,由于人体 代谢,体内的抗生素会越来越少,药效逐渐降低。噬菌体则不同, 在进入人体找到病菌后,噬菌体就会开始繁殖,直到消灭所有病菌后才停止繁殖,药效一直维持在稳定水平,不会受到其他因素的干扰。

正因为噬菌体有着如此优良的特性,随着医学的进步,它将成 为人类抗击超级细菌最有效的药物。 当然,噬菌体也有其劣势。在免疫方面,噬菌体的表层结构是 由蛋白质组成的,具有抗原属性,往人体内注射噬菌体,可能会刺激人体免疫系统,导致噬菌体死亡,甚至引发其他的并发症。而且, 在制药方面,噬菌体药物的生产成本很高,相比较而言,抗生素可 以制成胶囊、粉剂和体内注射液,一般在常温下就能保存和运输, 但噬菌体毕竟是“有生命”的药物,其生产、运输的技术难度和成本都非常高。不过,这些劣势会随着技术的进步而得到解决,噬菌 体的应用前景仍然无比广阔,尤其是在个性化和定制化医疗方面, 可以说,噬菌体真正代表着生物治疗和个性化医疗的美好未来。 在东欧国家格鲁吉亚,就出现了噬菌体的定制化医疗服务公司,细菌性感染患者将体液邮寄到公司,由公司检测后筛选出特异 性噬菌体后进行治疗,能够治疗从普通感冒到严重烧伤等各种情况 下的细菌感染。这种模式和目前流行的基因诊断公司 23andme 的模式十分相似,可以称之为医疗界的 B2C。


疫情下的人类抗病简史(三)


威力越大的武器越难研发,在不久的将来,我们将迎来真正的噬菌体药物时代,在那时,人类将逐渐在微生物大战中获得压倒性优势,直至取得最终胜利——征服一切细菌性传染病。

人类从诞生起,就逃脱不了和微生物相爱相杀、相互斗争的命运。瘟疫在给人类造成巨大伤亡的同时,也促进了人类文明自身的进化和完善。查士丁尼大瘟疫改变了欧亚大陆的历史进程,给千年之后 奥斯曼土耳其帝国灭亡拜占庭帝国埋下了伏笔;黑死病催生了现代医学和抗菌药物,动摇了中世纪严苛的宗教束缚,就像是一剂猛药让宗教统治土崩瓦解,让资本主义、人文主义和科学主义在文艺复兴的土壤中生根发芽,人类从此走上了通往现代文明的快车道。 瘟疫的爆发成了文明变革的契机,促使人类终结愚昧专制的封建时代,拥抱现代文明。回顾漫长的斗争历史,幸运的是,有那么多伟大的科学家和斗士为战胜有害微生物而不懈奋斗,为全人类谋 福祉:列文虎克用显微镜打开了微观世界的大门;伍连德身先士卒深入疫区,提出了肺鼠疫防治和隔离的科学办法;巴斯德和弗莱明的“意外发现”给人类带来了巴氏杀菌法、疫苗和抗生素。历史会铭记他们的伟大。 从苯酚到噬菌体,抗菌药物已经走过了太远的路程,而且还在不断迭代进化,让人类在微生物战争中越来越强大,逐渐占据上 风。现如今,人类和超级细菌的全面战役才刚刚开始,苍茫大地, 谁主沉浮,人类的文明会被细菌终结吗?我们站在先辈的肩膀上, 拿起抗菌武器仍在不断战斗着。



文章内容摘自《人类如何走到今天:改变世界的科技思想与发明》


疫情下的人类抗病简史(三)


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