厉害了,病毒里也有我们的朋友!|给少年的科学前沿
那些侵入人体引起疾病的细菌是我们的敌人,通常情况下,抗生素药物可以杀死致病菌,治愈疾病。但有时候某些致病菌会产生抗药性,抗生素药物无法杀死它们。这种情况下,我们的敌人细菌就变得更加危险。
撰文 diana gutiérrez, lucía fernández, beatriz martínez, ana rodríguez and pilar garcía(西班牙高等科学研究院,阿斯图里亚斯乳制品协会)
翻译 玛雅蓝
编辑/校对 李娟
小黑板
细菌:很小的微生物,可能对人体有益,也可能对人体有害。
病原体:能够引发疾病的微生物。
抗生素:能够杀死细菌的化合物。
超级细菌:对多种抗生素具有抗药性的细菌。
噬菌体:需要依靠细菌进行增殖的一类病毒。
病毒:已知的最简单的微生物。
噬菌体是一类能够感染细菌的病毒,但对人体无害。它们可以钻进细菌里繁衍,不断复制遗传物质,最终破坏细菌,并释放出新的噬菌体。这就是噬菌体杀死细菌的过程。接下来,让我们了解一下,如何用噬菌体来清除有害菌或者治疗感染性疾病。
能抵御抗生素的危险细菌
细菌的细胞很小,只有在显微镜下才能看到。在人体的不同部位,生活着很多非常重要的有益菌。例如,皮肤上的有益菌能保护我们的皮肤不受坏细菌的侵扰;肠道里的有益菌有助于消化食物。那些有害健康、引发疾病的坏蛋细菌被称为病原菌。因为细菌感染得病就医,医生可能会开口服的抗生素药物,或者会给你来上一针。
抗生素是一类化合物。近一个世纪以来,抗生素被用来治疗人和动物的细菌感染。与此同时,细菌也在进化,如同身处一场看不见硝烟的战争中,细菌在不断地寻找掩护来逃开抗生素的威胁。当细菌受到子弹(抗生素)攻击时,如果其中某个细菌能找到盾牌保护自己,它就能活下来(图1)。活下来的细菌生长增殖所得到的后代,同样具备抵抗抗生素攻击的能力。
所以,如果你生病了,一定要把医生开的药全部吃完,就算病情好转也得继续巩固几天。这很重要,目的是不能让战场上留下“生还者”。抗生素药物杀不死的细菌又叫超级细菌。超级细菌非常危险,因为我们没有武器来对抗它们。而且这些抗药菌有传染性,可能在人群中造成疾病的爆发和流行,甚至可能在动物中传播。如今,已经有大量细菌对不同的抗生素产生了抗药性,严重威胁着全世界的人们的健康。
图1. 能引发疾病的致病菌叫做病原菌。细菌疾病可以用抗生素进行治疗。抗生素能杀死大部分细菌,但某些产生抗药性的细菌能存活下来,它们被称为“超级细菌”。“超级细菌”通过复制遗传物质而增殖,它们的后代细菌也全都具有抗药性。
如何与抗药菌作战?
为了避免出现更多的抗药菌,主要的方案就是正确使用抗生素。要严格遵医嘱,除非医生在处方中明确要求服用抗生素,否则不必服用,这非常重要。此外,为了恰当地使用抗生素,还需要找到新的策略来打败细菌,尤其是抗药菌。幸运的是,大自然中就有这样的微生物,它们在与细菌的斗争中已经功成名就,那就是噬菌体。
噬菌体是啥?
噬菌体是众多病毒当中的一种。病毒是最简单的生命形式。某些病毒能够感染动物、植物或人体,还有一些病毒能够感染细菌,它们被称作噬菌体。
病毒是很小很小的微生物,需要放大倍数很高的特制显微镜才能被观察到(见图2)。虽然我们看不见,但事实上有数十亿噬菌体在我们周围存在着。噬菌体的数量庞大,它们生活在土壤里、海洋中或人体内,可以说无处不在,与我们的日常生活息息相关。比如,我们每天随着食物就会吃下很多细菌和噬菌体!
图2. 显微镜下的噬菌体
不过,不用担心,噬菌体不会伤害我们,也不会伤害动物和植物。噬菌体只对细菌有害,因为它们需要利用细菌进行生长增殖。噬菌体的增殖过程叫做裂解周期,这个过程非常迅速,甚至只需要30分钟就能完成一次裂解增殖。那么,在这一过程中,细菌内部究竟发生了什么呢?如图3所示,大概有三个不同阶段(见图3)。在裂解周期的最后阶段,细菌呜呼丧命。所以说,噬菌体是细菌天然的敌人。
在大自然中,要维持微生物生态系统的正常运转,细菌和噬菌体都不可或缺。就像动物界,捕食者(狐狸)和猎物(野兔)在同一个地方共同生活,只是彼此敌对。
图3. 噬菌体的繁殖过程。第一步:一个噬菌体遇到了细菌,就附在上面。第二步:噬菌体的遗传物质进入细菌,不断复制,制造出新的噬菌体。第三步:细菌中挤满了噬菌体,把它撑爆啦!
噬菌体可以为我所用吗?
当然。我们能利用噬菌体杀死坏细菌,就好像使用抗生素一样,而且噬菌体还具备抗生素没有的优点。例如,抗生素通常能够杀死不同种类的细菌,但噬菌体一般只攻击一种细菌。因此,噬菌体能杀死坏细菌,而不影响有益菌。这正是我们所需要的,我们并不希望清除所有的细菌,只想除掉那些“坏家伙”。
在把噬菌体作为药物使用前,需要对噬菌体进行研究,以确保它们的安全性。不少科学家正在进行这方面的研究工作,并发现了噬菌体的其他作用。比如,可以利用噬菌体清洁医院或者工业场所,因为它们和消毒剂一样能杀死讨厌的细菌。或许,我们还能把噬菌体加入食物中,使它们发挥像化学防腐剂一样的作用。如果有坏细菌污染了食物,食物里的噬菌体就会逮着它。在这场捉迷藏似的游戏里,噬菌体是当之无愧的大赢家。
现在,你相信噬菌体是对抗坏细菌的有力武器了吗?
参考文献:
[1] nikaido, h. 2009. multidrug resistance in bacteria. annu. rev. biochem. 78:119–46. doi:10.1146/annurev.biochem.78.082907.145923
[2] kutter, e., de vos, d., gvasalia, g., alavidze, z., gogokhia, l., kuhl, s., et al. 2010. phage therapy in clinical practice: treatment of human infections. curr. pharm. biotechnol. 11:69–86. doi:10.2174/138920110790725401
[3] garcía, p., martínez, b., obeso, j. m., and rodríguez, a. 2008. bacteriophages and their application on food safety. lett. appl. microbiol. 47:479–85. doi:10.1111/j.1472-765x.2008.02458.x
审稿人:
anjishnu(9岁):你好,我叫anjishnu,我住在圣地亚哥,读四年级。我喜欢写作和阅读,是数学粉,对自然科学也很狂热。我喜欢读和汽车或者其他交通工具有关的书。我喜欢打网球,弹吉他。长大后我想成为发明家,发明能够使我们更健康、使世界更安全的东西。另外,我在试着了解时间旅行的可能性。
本文译自frontiers for young minds网站。
原文标题:bacteriophages: the enemies of bad bacteria are our friends!
原文链接:https://kids.frontiersin.org/article/10.3389/frym.2016.00030
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