这种细菌几天就能让人毙命,科学家却想用它来给人止痛

作者: clefable

来源: 环球科学

发布日期: 2021-12-26

科学家发现炭疽芽孢杆菌产生的致命毒素可能用于控制疼痛,通过阻断疼痛信号的物质,达到镇痛效果。然而,这种毒素的使用需要严格监控其安全性,因为炭疽毒素可能破坏血脑屏障,对人体造成不可估量的损害。

炭疽芽孢杆菌,它的形态与其他芽孢杆菌相似,但只有它具有如此强的致死性。由于致死性,炭疽芽孢杆菌身上一直弥漫着一股恐怖色彩。如今,它们的身影只会出现在高安全等级的生物实验室中。一些科学家发现,在这种致命细菌杀伤人和动物的背后,或许隐藏着一个解决重要医学问题的方法。

一些生物在“变身”后,会变得极其强大。

比如芽孢杆菌、梭菌等细菌在遇到严酷的环境时,会产生休眠体——芽孢,这有点类似于一些动物在冬天会进入冬眠状态。而这些细菌的芽孢,在不利环境中生存的能力远高于其他微生物,是抗逆性最强的生物休眠体。芽孢能有多强呢?它凭一己之力限定了生物医学中的灭菌方法。也就是说,如果一种物理或化学方法能将芽孢全部杀死的话,那它也就能杀死所有微生物。

芽孢不怕高温、辐射和有毒化学物,一些芽孢可以从诞生的那一刻开始,默默潜伏数十年的时间,直到碰到合适的生活环境后再长成正常的细菌。

除了存活能力强之外,芽孢还会带来很大的健康威胁,特别是当这种细菌对人和动物有害时,最知名的莫过于炭疽芽孢杆菌。炭疽芽孢杆菌能感染人的皮肤、肠道和呼吸道,导致炭疽病,其症状包括皮肤溃烂、腹泻、感冒、胸痛和呼吸急促等。即使在感染后接受治疗,肠道和呼吸道炭疽芽孢杆菌感染的死亡率也很高,最高可达80%。目前最有效的应对方法就是接种炭疽芽孢杆菌疫苗。

目前,在全球生物安全等级高的实验室中,科学家还会对这些致命病菌进行一些基础生物学和医学研究。近期,在一项发表于《自然·神经科学》的研究中,美国哈佛大学、麻省理工学院和德国科隆大学等机构的研究人员发现,炭疽芽孢杆菌产生的致命毒素,或许能解决一个重要的医学问题:控制疼痛。

痛觉是一种很不爽的体验,我们无法忽视它们,通常只能忍受和等待。

但这种感觉至关重要,在人的皮肤、肌肉、关节和内脏器官中遍布着一些游离神经末梢,也称为伤害性感受器,它们能帮助我们随时感知热、冷和压力刺激,及时躲避各种危险。痛觉是可以被操纵的。目前有多种的药物能缓解疼痛,例如阿司匹林、布洛芬能缓解牙疼、肌肉疼、关节疼和头痛。除此之外,阿片类药物能缓解由癌症和手术导致的强烈疼痛,因此它对于一些患者来说是必不可少的药物。

2003年,一项发表于《自然》上的研究发现,金黄色葡萄球菌入侵人体时,会通过引发疼痛,来抑制免疫系统的攻击。且细菌数量越多时,人的痛感会越强烈。而炭疽芽孢杆菌却与之相反,它们在感染人体时会释放能阻断疼痛信号的物质,使得感染者的皮肤上出现大面积黑色、无痛的溃疡,有点像是将人体“麻醉”了。研究人员认为,这两种细菌可能采取了不同的方式躲避免疫系统。

炭疽杆菌能产生3种蛋白质,分别是保护抗原(protective antigen,PA)、水肿因子(edema factor,EF)和致死因子(lethal factor,LF)。PA会与神经元上的受体结合,形成一个孔道,帮助EF和LF进入细胞,造成杀伤性。

在新研究中,科学家发现,PA和EF的结合形成的水肿毒素,能与伤害性感受器上的一种受体(ANTXR2,也称为炭疽热毒素受体2)结合,并起到镇痛的作用。

在小鼠实验中,他们将这种毒素注射到小鼠的脊椎尾部,发现在2小时内,无论是高温还是针扎,小鼠都不会产生痛觉。除此之外,这种毒素具有很高的靶向性,不会影响小鼠其他的神经元活动,小鼠的心率、体温和运动协调性都保持着正常水平。但如果将水肿毒素注射到其他地方,比如注射小鼠的脚板上,那小鼠就惨了。它会出现长达8个小时的痛觉超敏,一些轻微的刺激就能引发剧烈疼痛。

但研究者也警告说,随着研究的推进,必须仔细监测这种毒素治疗的安全性。之所以这么说,是因为除了炭疽毒素本身的毒性外,科学家此前还发现人在遭受炭疽毒素感染时,血脑屏障会被炭疽毒素破坏。而血脑屏障一旦被破坏,那么很多有毒的分子、蛋白和药物都能危害大脑,此时对人体造成的损害恐怕是无法估计的。

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