金色的「葡萄」會致病，不如給它漂個白？

作者：Nekout

編輯：Yuki

葡萄應該是大家最熟悉的水果了。你或許品嘗紅色、白色、紫色、綠色的葡萄，每一顆都晶瑩剔透又酸甜可口。

不同顏色的葡萄串|solomonitg-com

不過，有這樣一種金燦燦的「葡萄串」卻並不可口，不小心吃下去還可能給我們的健康帶來不良影響。

它就是大名鼎鼎的金黃色葡萄球菌。

自帶「黃金甲」的「葡萄串」

19世紀80年代，一位名叫亞歷山大·奧古斯通（Alexander Ogston）的英國醫生，從病人的膿腫中常常分離得到一種形似葡萄串的球菌，這種細菌在含有動物血液的瓊脂平板上能形成金黃色的菌落。

血平板上的金黃色葡萄球菌 | Wikimedia Commons

之後，德國微生物學家弗里德里希·朱利斯·羅森巴赫（Friedrich Julius Rosenbach）將其命名為Staphylococcus aureus（金黃色葡萄球菌），其中Staphylococcus來源於希臘文，意為「葡萄串」，aureus則來自於拉丁文，意為「金黃色的」。

電鏡照下的「金葡萄」 | CDC

金黃色葡萄球菌之所以呈現出鮮亮的金黃色，是因為它能合成一種名為「葡萄球菌黃素」（Staphyloxanthin）的類胡蘿蔔素色素，它大概長下面這個樣子。

葡萄球菌黃素（Staphyloxanthin）| Wikimedia Commons

葡萄球菌黃素長長的疏水性碳鏈，使其可以嵌入金黃色葡萄球菌的細胞膜上。而葡萄球菌黃素與其他類胡蘿蔔素一樣，都具有抗氧化的作用，能抵抗宿主免疫細胞分泌的具有殺菌能力的各種類型活性氧。因此，金黃色葡萄球菌可謂自帶「黃金甲」神裝。

金色的「葡萄」危害廣

金黃色葡萄球菌導致的疾病種類跨度之廣，侵染宿主範圍之大，感染比例之高在微生物界可謂翹楚。

人群中每三個人中就有一個是金黃色葡萄球菌的長期攜帶者。它們通常寄宿在人體上溫暖潮濕的地方，如鼻腔黏膜、腋下以及腹股溝處。平時它們靜靜潛伏，當宿主的皮膚或粘膜受損時，它們就會入侵宿主惹事生非。

它能導致的疾病也多種多樣，輕度的如常見的皮膚、粘膜的感染，這時幾元錢的外用抗生素軟膏就能將它們輕鬆消滅；若吃下了金黃色葡萄球菌污染的食物，儘管烹飪時的高溫會盡數殺死它，然而它留下的遺產——腸毒素，卻會讓你駐足馬桶，用盡抽紙。

金黃色葡萄球菌產生的腸毒素會讓你駐足馬桶不能自已 | positivelyaware

重度的感染疾病則十分兇險，在抗生素被應用於臨床前，金黃色葡萄球菌導致的肺炎死亡率高達30%，然而它還並不會止步於此，它還能導致心內膜炎、菌血症、中毒性休克征等高死亡率的疾病。

據美國疾控中心的統計，每年僅美國就有8萬餘人嚴重感染金黃色葡萄球菌，並最終造成其中約1萬人死亡。

2013年美國疾控中心對甲氧西林抗性金黃色葡萄球菌的致病統計結果 | USCDC

除了感染人類外，其他哺乳動物也都是他的獵物。特別是人類集中飼養的經濟動物更深受其害。在奶牛身上，金黃色葡萄球菌會導致乳腺炎，顯著降低牛奶的產量和質量；在家禽上，它能導致足墊炎和關節炎，直白的說，你愛啃的雞爪正好金黃色葡萄球菌也愛啃。

被金黃色葡萄球菌「啃」過的雞爪 | poultrydvm

無法將我置於死地的，更令我堅強

自20世紀40年代，人類發現的第一種抗生素——青黴素開始在臨床中用於治療感染疾病，許多肆虐數世紀的傳染病都或被控制或消滅，人類的平均壽命自此也有了顯著的提升。

青黴素髮現者：亞歷山大·弗萊明（Alexander Fleming）| Wikimedia Commons

然而，致病菌也隨即發起反抗。金黃色葡萄球菌率先扛起了耐受抗生素的大旗——幾乎與抗生素應用於臨床同時，醫院中就發現了耐受青黴素的金黃色葡萄球菌。

不僅如此，金黃色葡萄球菌還會慷慨地將耐抗生素的基因傳遞給其他同類或不同類的細菌。時至今日，在醫院中分離得到的金黃色葡萄球菌中超過90%都具有青黴素的耐受性，而其他細菌的青黴素耐受性亦十分普遍。這也是為何現在醫院中已很少使用青黴素的一個重要原因。

細菌通過發朋友圈基因水平轉移來共享耐葯基因 | Yuki小柒

自青黴素之後，人類開發了數千種或在臨床或在畜牧生產中使用的抗生素，然而細菌也沒閑著，在一種新抗生素應用一段時間後，我們總能發現攜帶了新抗生素耐受基因的細菌。就連抗生素中的終極大招—萬古黴素、達托黴素、利奈唑胺也已不能保證能100%殺死所有的金黃色葡萄球菌。

另闢蹊徑：用CRISPR來殺菌

為了防止未來「無葯可用」的現象發生，人們開始另闢蹊徑來對付耐葯菌。

CRISPR技術在當下可謂基因編輯領域的當紅寵兒。CRISPR系統是來自於細菌的一套免疫系統，用來切斷外源入侵細菌的噬菌體或質粒或其他DNA片段，保護自身DNA的完整。但若人為設計一段具有自靶向能力的CRISPR RNA轉入細菌中，細菌便會敵我不分，切斷自己的基因組DNA。

CRISPR-Cas9的原理示意圖 | jhu

在真核生物細胞中進行基因編輯時，通過CRISPR RNA的引導，Cas蛋白能夠切斷DNA，當不提供用於修復斷裂的供體DNA時，真核生物細胞中有一套應急的DNA修復機制，稱為非同源末端重組（Non-homologous end joining, NHEJ），能夠快速將斷裂處修復。然而，絕大部分的細菌並沒有像真核細胞一樣具有非同源末端重組的快速應急修復系統，斷掉的DNA不能自己連起來，細菌也就因此死掉了。

用CRISPR系統殺菌的最大優勢是可以「定向打擊」，人們可以根據病原菌的特異性基因設計只殺病原菌的武器，而不會誤傷對人有益的其他共生細菌。這就避免了抗生素那種「無差別轟炸」的模式，保護了人體內的共生菌。

「黃金甲」太強，不如給它漂個白？

前面說過，葡萄球菌黃素具有抗氧化的作用，能抵抗宿主各類活性氧防禦。那麼，如果想辦法去掉這層「黃金甲」，會發生什麼呢？近期發表在《尖端科學》（Advanced Science）雜誌上的一項研究顯示，給「金葡萄」漂白後，它們會明顯變弱。

波士頓大學的研究團隊正在對金黃色葡萄球菌進行「漂白」處理 | BU

這組來自波士頓大學的研究團隊對金黃色葡萄球菌進行顯微觀察時，發現使用特定波長（450-470nm）的藍光照射金黃色葡萄球菌時會發生光漂白現象。而這種光漂白現象的出現意味著葡萄球菌黃素的降解。

藍光使葡萄球菌黃素降解 | 參考文獻1

研究者們後來發現，這種藍光不僅可以降解金黃色葡萄球菌細胞膜上的葡萄球菌黃素，讓它們丟掉「黃金甲」，還會在細胞膜上留下臨時的孔洞，使其在短時間內「門戶大開」。

丟盔卸甲的金黃色葡萄球菌，不再「百葯不侵」，這時若配合過氧化氫，則能夠比抗生素更加有效地殺死它們。研究者們已經通過試驗證明，這種漂白 趁虛而入的方法可以殺死99.9％的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA），還能夠加速感染MRSA小鼠皮膚傷口的癒合。

這項研究為治療抗藥性金黃色葡萄球菌導致的感染疾病，提供了一種嶄新的手段，它只對葡萄球菌黃素奏效，不容易讓細菌產生耐受性，治療過程也不會給患者造成創傷。論文作者Jie Hui表示：「這種激光照射不會給人體帶來痛覺，非常適合臨床應用。」

研究者們正在努力將藍光療法轉化為臨床，希望它可以幫助治療糖尿病潰瘍患者 | BU

只要這些金色的「葡萄」還在威脅人們的健康，科學家與它們的較量就不會停步。或許有一天，它們將不得不拋棄金燦燦的大名，做回一串人畜無害的普通「葡萄」。

作者名片

排版：陳小磚

題圖來源：CDC

參考文獻：

1. Dong P T, Mohammad H, Hui J, et al. Photolysis of Staphyloxanthin in Methicillin‐Resistant Staphylococcus aureus Potentiates Killing by Reactive Oxygen Species[J]. Advanced Science, 2019: 1900030.

歡迎個人轉發到朋友圈

喜歡就點個「在看」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！