厲害了，病毒里也有我們的朋友！｜給少年的科學前沿

07-01

那些侵入人體引起疾病的細菌是我們的敵人，通常情況下，抗生素藥物可以殺死致病菌，治癒疾病。但有時候某些致病菌會產生抗藥性，抗生素藥物無法殺死它們。這種情況下，我們的敵人細菌就變得更加危險。

撰文 Diana Gutiérrez, Lucía Fernández, Beatriz Martínez, Ana Rodríguez and Pilar García（西班牙高等科學研究院，阿斯圖里亞斯乳製品協會）
翻譯瑪雅藍

編輯/校對李娟

小黑板

細菌：很小的微生物，可能對人體有益，也可能對人體有害。

病原體：能夠引發疾病的微生物。

抗生素：能夠殺死細菌的化合物。

超級細菌：對多種抗生素具有抗藥性的細菌。

噬菌體：需要依靠細菌進行增殖的一類病毒。

病毒：已知的最簡單的微生物。

噬菌體是一類能夠感染細菌的病毒，但對人體無害。它們可以鑽進細菌里繁衍，不斷複製遺傳物質，最終破壞細菌，並釋放出新的噬菌體。這就是噬菌體殺死細菌的過程。接下來，讓我們了解一下，如何用噬菌體來清除有害菌或者治療感染性疾病。

能抵禦抗生素的危險細菌

細菌的細胞很小，只有在顯微鏡下才能看到。在人體的不同部位，生活著很多非常重要的有益菌。例如，皮膚上的有益菌能保護我們的皮膚不受壞細菌的侵擾；腸道里的有益菌有助於消化食物。那些有害健康、引發疾病的壞蛋細菌被稱為病原菌。因為細菌感染得病就醫，醫生可能會開口服的抗生素藥物，或者會給你來上一針。

抗生素是一類化合物。近一個世紀以來，抗生素被用來治療人和動物的細菌感染。與此同時，細菌也在進化，如同身處一場看不見硝煙的戰爭中，細菌在不斷地尋找掩護來逃開抗生素的威脅。當細菌受到子彈（抗生素）攻擊時，如果其中某個細菌能找到盾牌保護自己，它就能活下來（圖1）。活下來的細菌生長增殖所得到的後代，同樣具備抵抗抗生素攻擊的能力。

所以，如果你生病了，一定要把醫生開的葯全部吃完，就算病情好轉也得繼續鞏固幾天。這很重要，目的是不能讓戰場上留下「生還者」。抗生素藥物殺不死的細菌又叫超級細菌。超級細菌非常危險，因為我們沒有武器來對抗它們。而且這些抗藥菌有傳染性，可能在人群中造成疾病的爆發和流行，甚至可能在動物中傳播。如今，已經有大量細菌對不同的抗生素產生了抗藥性，嚴重威脅著全世界的人們的健康。

圖1. 能引發疾病的致病菌叫做病原菌。細菌疾病可以用抗生素進行治療。抗生素能殺死大部分細菌，但某些產生抗藥性的細菌能存活下來，它們被稱為「超級細菌」。「超級細菌」通過複製遺傳物質而增殖，它們的後代細菌也全都具有抗藥性。

如何與抗藥菌作戰？

為了避免出現更多的抗藥菌，主要的方案就是正確使用抗生素。要嚴格遵醫囑，除非醫生在處方中明確要求服用抗生素，否則不必服用，這非常重要。此外，為了恰當地使用抗生素，還需要找到新的策略來打敗細菌，尤其是抗藥菌。幸運的是，大自然中就有這樣的微生物，它們在與細菌的鬥爭中已經功成名就，那就是噬菌體。

噬菌體是啥？

噬菌體是眾多病毒當中的一種。病毒是最簡單的生命形式。某些病毒能夠感染動物、植物或人體，還有一些病毒能夠感染細菌，它們被稱作噬菌體。

病毒是很小很小的微生物，需要放大倍數很高的特製顯微鏡才能被觀察到（見圖2）。雖然我們看不見，但事實上有數十億噬菌體在我們周圍存在著。噬菌體的數量龐大，它們生活在土壤里、海洋中或人體內，可以說無處不在，與我們的日常生活息息相關。比如，我們每天隨著食物就會吃下很多細菌和噬菌體！

圖2.顯微鏡下的噬菌體

不過，不用擔心，噬菌體不會傷害我們，也不會傷害動物和植物。噬菌體只對細菌有害，因為它們需要利用細菌進行生長增殖。噬菌體的增殖過程叫做裂解周期，這個過程非常迅速，甚至只需要30分鐘就能完成一次裂解增殖。那麼，在這一過程中，細菌內部究竟發生了什麼呢？如圖3所示，大概有三個不同階段（見圖3）。在裂解周期的最後階段，細菌嗚呼喪命。所以說，噬菌體是細菌天然的敵人。

在大自然中，要維持微生物生態系統的正常運轉，細菌和噬菌體都不可或缺。就像動物界，捕食者（狐狸）和獵物（野兔）在同一個地方共同生活，只是彼此敵對。

圖3. 噬菌體的繁殖過程。第一步：一個噬菌體遇到了細菌，就附在上面。第二步：噬菌體的遺傳物質進入細菌，不斷複製，製造出新的噬菌體。第三步：細菌中擠滿了噬菌體，把它撐爆啦！

噬菌體可以為我所用嗎？

當然。我們能利用噬菌體殺死壞細菌，就好像使用抗生素一樣，而且噬菌體還具備抗生素沒有的優點。例如，抗生素通常能夠殺死不同種類的細菌，但噬菌體一般只攻擊一種細菌。因此，噬菌體能殺死壞細菌，而不影響有益菌。這正是我們所需要的，我們並不希望清除所有的細菌，只想除掉那些「壞傢伙」。

在把噬菌體作為藥物使用前，需要對噬菌體進行研究，以確保它們的安全性。不少科學家正在進行這方面的研究工作，並發現了噬菌體的其他作用。比如，可以利用噬菌體清潔醫院或者工業場所，因為它們和消毒劑一樣能殺死討厭的細菌。或許，我們還能把噬菌體加入食物中，使它們發揮像化學防腐劑一樣的作用。如果有壞細菌污染了食物，食物里的噬菌體就會逮著它。在這場捉迷藏似的遊戲里，噬菌體是當之無愧的大贏家。

現在，你相信噬菌體是對抗壞細菌的有力武器了嗎？

參考文獻：

[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

審稿人：

Anjishnu（9歲）：你好，我叫Anjishnu，我住在聖地亞哥，讀四年級。我喜歡寫作和閱讀，是數學粉，對自然科學也很狂熱。我喜歡讀和汽車或者其他交通工具有關的書。我喜歡打網球，彈吉他。長大後我想成為發明家，發明能夠使我們更健康、使世界更安全的東西。另外，我在試著了解時間旅行的可能性。

本文譯自Frontiers for Young Minds網站。

原文標題：Bacteriophages: The Enemies of Bad Bacteria Are Our Friends!

原文鏈接：https://kids.frontiersin.org/article/10.3389/frym.2016.00030