蛋白質(zhì)科學與現(xiàn)代醫(yī)學的關系之抗生素

《科學生活》：人類對蛋白質(zhì)的研究經(jīng)歷了一個怎樣的發(fā)展過程？

雷主任：從食用蛋白質(zhì)開始，舊石器時代，人類學會加熱熟食，就是蛋白質(zhì)的熱變性;在公元前2世紀，人類學會了制作豆制品，這是利用了蛋白質(zhì)的化學變性;1796年，科學家發(fā)明了成熟的疫苗;1884年，科學家成功分離出病毒;到了1929年，抗生素被發(fā)現(xiàn);1953年，我們掌握了蛋白質(zhì)編碼與合成機制;1958年，實現(xiàn)了蛋白質(zhì)三維結構的成功解析;1965年，我們實現(xiàn)了蛋白質(zhì)的人工合成;到了1982年，我們已經(jīng)開始使用上蛋白質(zhì)藥物，等等。從中，我們可以看出蛋白質(zhì)的研究史就是人類認識自身和征服疾病的過程，與疾病斗爭是人們進行蛋白質(zhì)研究的重要目標。

從古至今，人類歷史上發(fā)生過多次危及生存的瘟疫、戰(zhàn)爭，醫(yī)學的發(fā)展也在隨之不斷進步。古代時，發(fā)生一次鼠疫會死亡數(shù)千萬人，隨著人類對于疾病的理解以及預防、治療有所改進之后，2002年SARS肆虐，一共死亡835人。實際上，這些疾病的嚴重程度上都差不多，由于現(xiàn)代醫(yī)學和生命科學的進步，使得我們控制疾病的能力大大增強了。

《科學生活》：抗生素是現(xiàn)代人很熟悉和常用的一類藥物，它為人類的健康起到了保駕護航的作用，那么，最初抗生素是如何被發(fā)現(xiàn)的呢？

雷主任：抗生素是由某些微生物在生命活動中產(chǎn)生的，對某些其他病原微生物具有抑制或殺滅作用的化學物質(zhì)。主要作用機制有抑制病原微生物蛋白質(zhì)合成、阻斷細胞壁合成、抑制復制和轉(zhuǎn)錄，破壞細胞膜通透性，抑制葉酸合成等。

1929年，英國細菌學家弗萊明在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)細菌時，發(fā)現(xiàn)從空氣中偶然落在培養(yǎng)基上的青霉菌長出的菌落周圍沒有細菌生長，他認為是青霉菌產(chǎn)生了某種化學物質(zhì)，分泌到培養(yǎng)基里抑制了細菌的生長。這種化學物質(zhì)便是最先發(fā)現(xiàn)的抗生素—青霉素。

青霉素的發(fā)現(xiàn)是一件非常重要的事件，尤其是在二次世界大戰(zhàn)期間，英國青霉素的生產(chǎn)對于歐洲和亞洲戰(zhàn)場上挽救盟國受傷士兵的生命起到了非常重要的作用。所以，青霉素被譽為是二次世界大戰(zhàn)的三大發(fā)明之一，第一大發(fā)明是原子彈，第二大發(fā)明是雷達，第三大發(fā)明就是青霉素。青霉素還被評為20世紀最重要的藥物。

在青霉素出現(xiàn)之后，又陸續(xù)出現(xiàn)了其他種類的抗生素。1947年，美國微生物學家瓦克斯曼又在放線菌中發(fā)現(xiàn)并且制成了治療結核病的鏈霉素。這也是一種很重要的抗生素。我們所知道的幾大傳染病都是通過抗生素而有效治愈的。

《科學生活》：抗生素與蛋白質(zhì)之間有什么微妙的關系呢？

雷主任：兩者的關系非常密切，抑制病原微生物中蛋白質(zhì)的合成是抗生素的作用機制之一。

我們知道，核糖體是一個很重要的生物大分子，它是合成蛋白子最重要的物質(zhì)基礎，人體里有核糖體，細菌里也有核糖體，當然兩者的核糖體是不同的。細菌里的核糖體根據(jù)它的DNA來生產(chǎn)它需要的蛋白質(zhì)多鏈。當抗生素出現(xiàn)時，就會有效地阻斷這個合成的過程，使得細菌生產(chǎn)蛋白質(zhì)的過程被有效地抑制了，當細菌沒法產(chǎn)生它需要的蛋白質(zhì)的時候，也就死亡了。可見，抗生素與蛋白質(zhì)直接的關系非常密切。

《科學生活》：眾所周知，抗生素在中國的使用現(xiàn)狀是非常令人擔憂的。中國是抗生素使用大國，也是抗生素生產(chǎn)大國。年產(chǎn)抗生素原料大約21萬噸，除了出口3萬噸，其余的抗生素全部我們自己使用，包括醫(yī)療與農(nóng)業(yè)使用，我國抗生素的人均年消費量138克左右，是美國的10倍。我國每年有20萬人死于藥品不良反應，其中有40%死于抗生素濫用。濫用抗生素為什么會發(fā)生這么嚴重的后果呢？

雷主任：這是因為細菌比人類有一個更加優(yōu)勢的地方就是細菌變異的速度非常快，或者說是細菌的基因組具備多樣性的特點。基因組的多樣性就出現(xiàn)一個問題，就是我們使用抗生素的過程實際上是加速了細菌的自然選擇的過程。

我們?nèi)祟悘倪h古到現(xiàn)在，經(jīng)歷了漫長的自然選擇，變成了今天的基因組狀態(tài)，我們適應了現(xiàn)在的生活，適應了現(xiàn)在的氣候。細菌也是一樣的，抗生素相當于是自然選擇的一個方式，如果說某一種抗生素比如青霉素，抑制了細菌細胞壁的生成，那么大部分的細菌會被這種方式殺掉。如果有個別的細菌，它的基因有所突變，它的細胞壁的生成不被青霉素所抑制，這個時候，我們過度地使用青霉素的一個不良作用就是使得能夠抑制青霉素作用的這樣的細菌大量地繁殖，所以過度使用抗生素就是在有效地篩選那些抗藥性的細菌。所以，抗生素是一把雙刃劍，用好了，可以抑制很多細菌，使人體保持健康;用得太多了，就會更有效地篩選對我們身體造成危害的細菌。

耐藥性的存在并不是自抗生素大量使用后才開始的，也是依照物種之間互相對抗求生存的法則。所以，細菌便發(fā)展出對抗抗生素的方法，耐藥性是物競天擇的結果。然而，自發(fā)現(xiàn)抗生素以后至今，大量使用抗生素使得只有對抗生素產(chǎn)生抵抗力的細菌能夠存活下來，于是，具有抗藥性的病菌就越來越多，人類用來對抗病菌的武器“抗生素”，其有效性愈來愈小。

現(xiàn)在，超級細菌已經(jīng)出現(xiàn)了，世界各地都有。這類細菌，我們現(xiàn)有的抗生素都不能有效地來預防它或殺死它。這是一個非常可怕的事情，因為如果超級細菌變成了全球流行的傳染病或是大的災難，人類缺乏有效的解決方案，必將造成大量的人員死亡。所以，這是我們面臨的一個很重要的挑戰(zhàn)。

另外，大家知道，我們?nèi)梭w是人和很多微生物共存的。我們的腸道里面有很多的益生菌。對于益生菌來說，抗生素也是有作用的，益生菌的蛋白質(zhì)生成也會被抗生素所抑制。所以，過度使用抗生素對身體內(nèi)部有益菌類也是會有非常大的殺傷作用的，使得人體不能保持正常的新陳代謝，這也是一個不可忽視的問題。

濫用抗生素引起細菌耐藥，細菌耐藥產(chǎn)生的速度遠遠快于我們新藥開發(fā)的速度。自1960年至2000年，40年間沒有新的抗生素出現(xiàn)。長此以往，我們可能會退回到七、八十年代以前的狀態(tài)，沒有更好的抗生素使用，人類將再一次面臨很多感染性疾病的威脅。