论操纵细菌“智商”的正确姿势

作者: 钱韦

来源: 中科院之声

发布日期: 2017-04-12 16:12:10

本文讨论了如何通过操纵细菌的“智商”来减少其危害,特别是病原细菌。文章介绍了细菌的“智商”定义为双组分信号转导系统,并探讨了通过新型抗生素操纵细菌“智商”以控制其致病力的可能性。

咨意操纵旁人的“智商”是许多年以来无数幻想家们(比如没收先生私房钱的太太们)经常梦想搞定却又屡屡功败垂成的一件糗事。据严肃考证,这一武林绝学大概只有科幻电影“X战警”里的X教授泽维尔耍得比较在行:他老人家只要把指头放在太阳穴上并略作低眉深思状,基本上除了有个神奇头盔的万磁王以外,被X教授发射脑电波进行“智商操纵”的一众坏份子们就都得乖乖就犯,有些甚至还被迫违心地制造出些善举来。

由此可见,控制人的智商是一件理论上显得很有吸引力,但是在实践上还有那么点过于科幻的梦想。退而求其次,作为“变种人”X教授的近亲,我们人类是否可以先设立一个小目标,想办法控制一些“坏”的生物的“智商”,让它们的危害变得小一点儿?比如有害生物之一-病原细菌。

这得看你如何定义“智商”。

如果非得搞个应试教育,勒令细菌们在线填完一套标准门萨智商测试题并据此评分的话,细菌恐怕还得在地球上再进化20亿年,学会敲击键盘才能获得“尚有智商”的首肯。

但是如果按照“智商”测试体系的发明人之一,法国科学家Alfred Binet的定义:智商就是指人(或某种生物)观察、认识自己及周围世界,并且通过记忆、分析、想象和判断,做出适应性反应的一种综合能力的话,细菌非但有“智商”,甚至科学家还可以根据一个精确、定量的可靠指标给它们的聪明程度一排高下——只不过这个指标的名字有点儿绕口:双组分信号转导系统。

双组分信号转导系统控制着细菌细胞里几乎所有的生理代谢过程,一个细菌细胞里编码的双组分信号转导系统越多,这个细菌感知环境变化的能力就越强,就有可能占领更多的生态环境。正因如此,美国NIH的科学家Michael Galperin把细菌双组分信号转导系统定义为它们的“智商”。

微生物学家们已经在一个网站上(www.p2cs.org)系统地对细菌“智商”进行了评分:如果1个双组分信号转导系统蛋白算1分的话,以前认为“智商”最高的细菌是黄色粘球菌(智商290左右),现在这一桂冠已经被其近亲,橙黄标桩菌(Stigmatella aurantiaca)所摘得。这种细菌的“智商”高达335,几乎是普通高智商细菌的3倍,堪称细菌中的爱因斯坦!

这也不奇怪,橙黄标记菌是一类掌握了复杂运动能力,并且能够主动捕食其它微生物的高级细菌。

这全都是由细菌“耐药性”惹的祸!大家都知道:自1928年弗莱明发现青霉素以来,抗生素在有效防治病原细菌感染,拯救了无数生命的同时,其使用效果也越来越差。从上世纪60年代以来,病原细菌进化出的耐药性越来越强。

2016年科学家报道了一株“超级”大肠杆菌,能够对抗几乎所有抗生素,包括临床用于抗感染的最后一招——粘杆菌素!由于目前正在使用的抗生素多以“打死打残”病原细菌作为目标,比如青霉素类抗生素抑制细菌细胞壁的合成;氨基糖苷类抗生素(如庆大毒素、卡那霉素等)抑制细菌蛋白质的合成。在这些抗生素强大的自然选择压力下,病原细菌产生的耐药性会飞快地在种群里积累并且保留下来。

由于细菌种群大,繁殖速度极快(大肠杆菌繁殖1代才要15分钟左右!),产生耐药性的速度也相当惊人。以色列和美国科学家合作研究的结果表明:仅仅只需两周左右的时间,细菌就能进化出针对抗生素的耐药性,而与之相比,人类研发一种临床可用的抗生素一般需要10年之久的时间。如果发展新型抗生素的思维方式再不做革命性的转变,仍以杀死病原细菌作为终极目标,那这这场关于耐药性的人-菌大战将注定是一场悲剧。

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