你聽說過耐葯超級細菌嗎？
地球是由一個個小的生態系統組成的超級巨大的生態系統。任何一個生態系統，都是由非生物成分和生物成分組成的。其中生物成分主要是由生產者、消費者和分解者構成。
生產者主要是植物：通過光合作用不僅為本身的生存、生長和繁殖提供營養物質和能量，而且它製造的有機物也是消費者和分解者唯一的能量來源
消費者主要是動物：攝食植物已製造好的有機物質，通過消化、吸收併合成自身所需的有機物質
分解者主要是具有分解能力的細菌等微生物：主要功能與光合作用相反，把複雜的有機物質分解為簡單的無機物。
我們人類作為生態系統中的消費者，與生產者和分解者的關係可謂密不可分，息息相關。今天科技君想要分享一下人類和細菌的那些事兒。
一、細菌未被發現之前，已是危害人類生命健康的惡魔
在我國主要體現在先哲對傳染性疾病的認識和預防。
如張仲景傳中所載：「仲景宗族二百餘口,自建安以來,未及十稔,死者三之二,維時大疫流行,而傷寒死者居其七,乃著《傷寒卒病論》十卷行於世。可見當時傷寒等諸熱性傳染性疾病何等的猖獗。
明代吳又可寫出了我國第一部溫病專著《溫疫論》,首次提出具有強大傳染作的「戾氣」、「癘氣」等病名。
清代是我國傳染性疾病防治最為成熟時期,前後有吳鞠通著《溫病條辯》、陳平伯著《外感溫病論》、薛生白著《濕熱病篇》、王孟英著《溫過經緯》、葉天士著《外感溫熱篇》……
以上之概述足以說明我國先哲對傳染性疾病防治所做出的巨大貢獻,但也揭示了傳統的防治對烈性傳染性疾病的局限與無奈。
在國外，十四世紀時期飢餓、戰爭、瘟疫這些妖魔侵襲了歐、亞、非大地,特別是「黑色妖魔」----鼠疫,肆虐著歐洲及歐洲以外的大陸
黑色妖魔使許多昔日繁華的大城市變成了一個個寂靜的墳場,往日車水馬龍的街道變得杳無人跡。這個黑色的妖魔在全世界迅速漫遊,從一個國家傳到另一個國家,從一個城市發展到另一個城市,從一片農村蔓延到另一片農村。繁榮的城市一夜之間變得凄涼、恐怖,大片大片的農田變的荒涼。
當時這個「黑色妖魔」在歐洲的流行奪走了大約二千五百萬人的生命。這是多麼可怖的一幕,這個人類歷史上空前陰森凄慘、聳人聽聞的浩劫,給人們留下了至今難以抹去的記憶。
在當時,除鼠疫以外,白喉、霍亂、天花、傷寒……許許多多的傳染病都在猖獗的吞噬著無數寶貴的生命。
二、細菌的發現和研究進程
誰是這些疾病傳播的黑手？這些殺人妖魔究竟藏在那裡？科學家、醫生一代又一代付出了艱苦而頑強的努力,終於揭開了一個又一個千古之迷。
揭開細菌這微小的世界秘密的第一位功臣首歸於荷蘭人列文、虎克。出生於1632年荷蘭德夫特的他，如饑似渴的自學了許多科學書籍,他學會了磨製玻璃眼鏡片的工藝。最終他用第一架能放大三百倍的顯微鏡,第一次看到了此前從未看到過的世界,從此這些被肉眼所不能看到的微小生命被命名為「微生物」。
微生物的發現給人類科學的發展揭開了新的篇章,微生物對人類健康究竟能產生何種影響直到列文、虎克研製的顯微鏡問世100年後才開始有人研究。
1822年出生於法國的巴斯德,認真的研究了啤酒變酸、桑蠶大批死亡的機密,揭示這些當時視為不可思議的現象是細菌活動的結果,從此細菌對人類生活的影響發生了革命性的變化。
與巴斯德同一時代的德國細菌學家柯赫在顯微鏡的幫助下對微生物加深了認識,他創造性的發明了細菌的固體培養方法、大膽採用染色技術對細菌進行染色,增加了細菌的解析度,這使日後對細菌的深化研究大開了方便之門。
1822年經柯赫艱苦不懈的努力肯定了結核病的真兇是結核桿菌；
1822年後德國細菌學家伽夫基確定了霍亂的病因；
1884年德國細菌學家呂弗來解開了白喉病的疑團；
1884年傷寒桿菌、破傷風桿菌真面目被揭示；
1886年德國醫生弗蘭克找到了肺炎珠菌；
1887年腦膜炎雙珠菌被公佈於世；
但是,人類與細菌的戰鬥關鍵性的突破是三大戰役。
第一戰役是六0六的問世。打響第一戰役的功臣應首推德國猶太人醫學家、生物學家「幻想醫師」歐立希。歐立希與他的忠實助手日本人秦佐八郎經過606次的試驗終於找到了只殺傷被受試動物感染的微生物對受試動物沒有傷害作用的新藥物＿胂凡納明，它對當時因螺旋體感染而患梅毒病的病人有著神奇的療效。
遺憾的是,六0六這種藥物毒性太大,它在問世之後不久,就暴露出了它的不少缺點,現代這種藥物只存在藥品研究歷史檔案之中。
第二戰役是磺胺類藥物的出現。1936年德國醫生杜馬克向細菌發起了第二次戰役。他採用小白鼠作為受試動物,經過一次又一次的試驗,一次又一次的失敗,一次又一次的研究,終於試驗室內所研製的一種黃白色粉末可以把受試動物從死亡的邊緣挽救回來。杜馬克將這種新的物質根據其化學結構定名為「磺胺」
磺胺藥物被廣泛應用以來,使無數在死亡線上掙扎,被細菌威脅的病人得到拯救。但是,磺胺類藥物有著它自身的弱點,它對因鏈球菌所感染的疾病有很好的療效,然而對於另一些兇惡的細菌所感染的疾病它卻無能為力,再者細菌又極易對磺胺類藥物產生耐葯,使磺胺失去它強大的戰鬥作用。自二次世界大戰爆發以來,數以萬計的戰士不是死於敵人的槍炮之下,而是被細菌奪去了寶貴的生命。形勢所迫,需要研製更多,更好的有效抗菌藥物,投入到新的戰鬥中去。
第三戰役是青黴素的發現。人類對細菌的第三戰役發起於1928年英國中部的伯利漢城,領導這次戰役的是英國人細菌學家弗來明。
1929年的一天早晨,弗來明和平日一樣認真觀察他培養碟內培養的細菌,他無意中發現培養葡萄球菌碟子里的葡萄球溶化了,由空氣中飛來的一種綠色黴菌繁茂的生長著。這對細菌學家本是司空見慣的事情,本可以不屑一顧,但弗來明多了一個反思,這有可能是一種非常強大的殺菌物質,才能使這些頑固的葡萄球菌被殺死。
他和他的兩位助手李雷和克拉多克不是停留在理論的思索之中,而是立即將這種綠色的東西進行培養、提煉。經精心培養、提煉的新東西經過試驗,發現具有強大的阻止葡萄球菌繁殖的能力,同時又證實這種新的東西是人類有史以來從未發現過的,對細菌最具有殺傷力的新物質。
11年後弗來明發表過的論文引起了英籍病理學家法勞來的重視,法勞來夜以繼日的工作,經過無數次的培養提純,終於在7941年生產較為理想的青黴素樣品。
自青黴素被發現以來,相繼而被發現種研製成功的抗生素如雨後春筍般湧現了出來,如鏈黴素、氯黴素、金黴素、土霉素、慶大黴素等等。
這些抗菌素的臨床應用使往日猖獗一時的傳染及感染性疾病得到了明顯的控制。抗菌素對人類的功績卓越,為了人類的健康研製抗菌素的科學家將永遠鐫刻在不朽的紀念碑上。
三、耐葯超級細菌
正當人們慶賀,戰勝傳染性疾病喜訊一個接一個宣布的時候,地球上又出現了許許多多前所未有的,傳染性更強的傳染性疾病,如：1976年7月在非洲的蘇丹和扎伊爾,突然爆發了前所未聞過「綠猴熱」怪病,繼而又是始發於非洲的「艾滋病」,這些疾病已奪去了地球上2000餘萬人的生命,至目前為止,全世界的科學工作者對它仍然一籌莫展,尚未有找到良好的對策。
同時，由於生態的變化,抗生素亂用及濫用,微生物在組織結構上也在不斷的發生著變異,新的微生物也就不斷的出現，比如：超級細菌（superbug）
是泛指那些對多種抗生素具有耐藥性的細菌，它的準確稱呼應該是「多重耐藥性細菌」。這類細菌能對抗生素有強大的抵抗作用，能逃避被殺滅的危險。
目前引起特別關注的超級細菌主要有：耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）、耐多葯肺炎鏈球菌（MDRSP）、萬古黴素腸球菌（VRE）、多重耐藥性結核桿菌（MDR-TB）、多重耐葯鮑曼不動桿菌（MRAB）以及最新發現的攜帶有NDM-1基因的大腸桿菌和肺炎克雷伯菌等等。由於大部分抗生素對其不起作用，超級細菌對人類健康已造成極大的危害。
根據《抗菌藥物耐藥性報告》顯示，超級細菌每年會導致約70萬人死亡。如果未來超級細菌的抵抗性繼續進一步發展惡化，細菌感染導致的死亡人數每年可能會增加到1000萬人。目前，超級細菌已經開始打敗了最強的一線抗生素多粘菌素，這種抗生素目前用於治療感染耐葯細菌的患者。
四、抗菌前沿新材料
1、合成高分子聚合物複合材料來治療多種超級細菌
近日，來自IBM Research以及新加坡生物工程和納米技術研究所（IBN）的團隊創建了一類新的合成高分子聚合物複合材料，並希望可以治療五種致命的耐葯細菌。
IBM製造的合成高分子聚合物複合材料稱為胍官能化聚碳酸酯的聚合物，該物質可以通過與細菌細胞結合，然後通過細胞膜轉運到細胞質中發揮治療作用。一旦該合成物進入細胞內，它們會引起細胞內容物（如蛋白質和基因）沉澱或以固體形式沉積，最終殺死細菌細胞，達到治癒的目的。
研究人員在感染了五種不同超級細菌（包括大腸桿菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌MRSA）的小鼠以及全身系統性感染的小鼠中測試了該藥物的療效。經過合成高分子聚合物複合材料治療後的小鼠體內顯示，相關細菌得到了消除，細菌感染的現象也得到了有效地治療，並且僅存在「可忽略」的毒性副作用。這一系列的研究發現發表在了Nature Communications雜誌上。
2、新型介孔抗菌材料磷酸鋯
介孔磷酸鋯屬於納米金屬離子抗菌劑，其抗菌過程可以分為4個階段：同微生物接觸，同細胞膜相互作用並引起膜的透化，胞內殺死階段，微生物死亡。
鋯離子同微生物接觸是抑菌或殺菌過程的一個必要條件。鋯離子與細胞膜接觸後破壞了細胞膜的完整性同時造成內容物的泄露。這是介孔磷酸鋯發揮抗菌作用最重要的過程之一。
微生物細胞膜的通透性可能允許鋯離子進入細胞內部與重要功能分子反應。鋯離子可能使DNA不再隨機分布在核區，而是在核區濃縮成緊張態，破壞了DNA分子的複製能力，從而影響遺傳物質正常的複製及生物體的繁殖；
可能通過影響細胞的信號轉導而使微生物不能正常地存活；可能通過產生自由基，進一步氧化細胞外膜使微生物死亡；極微小的粒徑，可以進入微生物並與細胞中酶蛋白的巰基結合，使一些含巰基基團的酶失去性；等等。
總之，無論是破壞膜結構還是干擾內部代謝活動，或者幾種效應相互作用，微生物的生長繁殖受到抑制，甚至完整的生命結構不復存在了，都會造成微生物的死亡
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