您在的位置: 名家首页 > 学习交流 > 正文

细菌致病及防治研究的新进展

发布人:  发布时间:2020年04月30日 12:46:35  浏览量:

1.研究细菌致病机理的新发现

⑴揭开炭疽杆菌引起的肺型炭疽致命之谜。

200511月,德国马克斯·普朗克学会下属的传染病生物学研究所,发表新闻公告称,该所科学家阿图罗·左奇林斯基领导的研究小组,揭开了肺型炭疽的致命之谜,有望找到治愈肺型炭疽的新方法。

炭疽也称脾瘟、恶性脓疱,是由炭疽杆菌引起的急性、特异性和发热性疾病。全世界人类炭疽病例中,皮肤型炭疽占95%99%,在早期症状出现后若能得到有效治疗,自愈率超过80%;但人们已经知道,肺型炭疽通常是致命的,任何治疗手段都无济于事。

研究小组发现,在炭疽杆菌接触到皮肤,获得侵入人体的机会后,炭疽孢子会开始试图萌芽成长,积聚夺取生命的恶毒能力。但炭疽孢子的侵入,会引来许多嗜中性粒细胞自发聚集过来,这些特殊的白细胞能够在一番肉搏之后,成功包围并很快歼灭炭疽杆菌,进而阻止了炭疽杆菌在人体内的传播。

研究人员解释说,肺型炭疽的致死率,之所以比皮肤型炭疽高得多,主要是因为炭疽杆菌在被吸入人体后,肺部并没有引发与皮肤型炭疽类似的防御机制。肺部嗜中性粒细胞的数量较少,不足以将炭疽孢子扼杀在襁褓之中。而炭疽孢子在迅速成长并散播开来之后,便在人体内四处肆虐,最终夺去生命。

发现了上述机理后,研究人员做了进一步的试验研究加以确认。经过复杂的分解,左奇林斯基等人,在嗜中性粒细胞中最终确认唯一剩下的物质:一种名为α防御素的蛋白质,在治疗炭疽的过程中扮演了重要角色。

炭疽是最早有记载的动物疾病,早在18世纪60年代,科学家就证实了炭疽病原的存在。1881年,法国科学家巴斯德又发现了能预防炭疽的菌苗,使炭疽成为第一个被发现能用菌苗有效预防的传染病。但引起炭疽的炭疽杆菌以孢子形式存在于土壤中,在特定条件下,可以存活数十年,加上肺型炭疽的高致命性,炭疽成为最早被使用的生化武器之一。

⑵发现白色念珠菌过度增殖会引发肠道疾病。

20119月,圣彼得堡梅奇尼科夫国立医学研究院等机构的研究小组,在俄学术期刊《医用真菌学问题》上撰文称,他们发现,如果肠道内白色念珠菌等微生物的繁衍过于兴旺,会持续引发十二指肠炎和消化不良。

研究小组征集65名慢性十二指肠炎患者,提取并分析了他们的十二指肠黏膜组织切片和肠道内物质样本。

参加这项工作的研究者介绍说,在正常情况下,人体肠道内分布的微生物菌群,处于生态稳定状态,有助于肠道保持健康。但在罹患某些肠道疾病后,一些肠道微生物的数量和种类比例会发生变化。在上述志愿者中,研究人员发现,24名成年患者,与14位少儿患者的部分肠道微生物过度增殖,其中白色念珠菌的增殖尤为活跃。

在机体正常状态下,白色念珠菌不引发疾病,可一旦其家族过于繁盛,就会持续破坏十二指肠黏膜,加重该黏膜的萎缩程度和十二指肠炎症,导致这些疾病慢性发展。此外,俄专家还发现,肠道白色念珠菌过于兴旺,会导致某些消化酶的缺乏。

2.研究细菌耐药机理的新发现

⑴发现金黄色葡萄球菌具有耐药性的秘密。

20057月,美国加州大学圣迭戈分校副教授维克托·尼泽特等人组成的研究小组,在《实验医学杂志》上报告说,他们发现,金黄色葡萄球菌具有耐药性的秘密,就在于它外表的金色,这一成果可望催生出治疗金黄色葡萄球菌感染的新方法。

金黄色葡萄球菌是目前最难以对付的病菌之一。它感染人类表皮、软组织、黏膜、骨和关节,尤其在医院环境中,金黄色葡萄球菌往往能抵御消毒剂的杀伤,造成创口感染,严重时会致人死亡。近年来,抗药性金黄色葡萄球菌传染更加严重,已成为公共卫生威胁。

研究人员说,让金黄色葡萄球菌得名的那种金黄色,实际上是类胡萝卜素,类胡萝卜素具有抗氧化功能,好比一层金盔金甲,帮助金黄色葡萄球菌抵御了外来的杀伤。

研究人员为了进行对比,用基因敲出技术,制造了一种不能产生类胡萝卜素的葡萄球菌。他们发现,金黄色葡萄球菌能抵御,免疫系统中杀伤细胞生成的氧化物攻击,甚至能抵御双氧水等常用于消毒的强氧化剂。反之,不能产生类胡萝卜素的葡萄球菌,很快就被免疫系统攻击杀死,甚至不能造成机体局部感染。

在进一步研究中,研究人员把生成类胡萝卜素的基因,植入一种威胁很小的链球菌中。结果,链球菌不仅变成了金黄色,也变得更有危害了。转基因的链球菌也能抵抗氧化剂的攻击,在注射到实验鼠皮肤上后还会引起严重的感染和溃烂。

尼泽特说,上述发现为防治金黄色葡萄球菌感染提供了新思路。过去,人们只用传统的抗生素对抗葡萄球菌感染,结果是明显增强病菌的抗药性,如果解除葡萄球菌那层金盔金甲,那么仅依靠人类自身免疫系统就能清除病菌。

⑵发现脂肪细胞是结核杆菌的避难所

200612月,法国巴斯德研究所发现,脂肪细胞给结核杆菌提供了非常好的避难场所,躲进脂肪细胞的结核杆菌可以处于休眠状态,从而躲过外来攻击,甚至连药效最强的抗生素对它也无能为力。此外,这些潜藏在脂肪中的结核杆菌,可以休眠数年,甚至数十年,但始终具有随时“苏醒”,导致机体罹患结核病的可能。

研究人员指出,这项发现,将有助于彻底根治结核病。如今后在对结核病患者进行治疗时,必须考虑到其脂肪细胞中藏有休眠结核杆菌的可能。对此,有专家建议,在对某些严重结核病患者进行治疗时,应该考虑切除其病灶周围的脂肪,以防结核病复发。

⑶发现细菌产生耐药性的新机理。

20099月,美国纽约大学的一个研究小组,在《科学》杂志上报告说,他们通过研究,发现了细菌产生耐药性的一种新机理。研究人员称,这一发现,将有助于解决致病细菌耐药性的问题。

很多抗生素药物,都会使细菌面临氧化压力,从而导致细菌死亡。他们的新实验发现,细菌内产生的一氧化氮分子会缓解细菌的氧化压力。同时,一氧化氮还会帮助中和抗生素中的许多抗菌化合物,从而使细菌产生耐药性。

该研究小组说,他们的研究结果表明,利用一氧化氮合酶抑制剂,可以抑制一氧化氮的合成,从而削弱细菌的耐药性。研究人员表示,新发现将有助于解决这一难题,提高现有抗生素的药效。

⑷发现消毒剂易使细菌产生耐药性。

200912月,国立爱尔兰大学一个研究小组,在英国《微生物学》杂志上发表研究报告说,他们在实验过程,向绿脓杆菌的培养液中添加消毒剂,并且不断增加消毒剂的用量。结果发现,这种细菌会努力适应消毒剂,并在这种敌我斗争中存活下去。

研究人员说,让他们意想不到的是,对于消毒剂产生抵抗力的绿脓杆菌,把其置于临床常用抗生素环丙沙星环境中时,它竟然有了耐药性。也就是说,在此之前,未接触过抗生素的情况下,绿脓杆菌在消毒剂的训练下就可以产生耐药性。

人们都知道,消毒剂使用时间长了,细菌就会产生一定抵抗力,必须用更高浓度的消毒剂才能达到抑菌或杀菌目的。而爱尔兰研究人员的研究发现,消毒剂还会训练细菌,使其对抗生素药物也产生耐药性,从而形成超级病菌

研究人员介绍说,细菌本身可以不断适应有消毒剂的环境,变得能更有效地把细菌细胞内的抗菌物质排出。这时细菌的遗传物质DNA已经发生了一定改变,使其对某种抗生素产生特定耐药性。

绿脓杆菌是常见的一种致病菌,那些自身免疫系统弱或患有免疫系统疾病的人,容易感染这一细菌,它也是医院内重要的细菌感染类型之一。因此,医院常使用消毒剂擦拭室内以及医疗器械等各处的表面,以防绿脓杆菌感染。

研究人员说,他们的研究结果,对于研究如何更加有效地控制医院内细菌感染非常重要,而且也有助于进一步理解细菌产生耐药性的环境影响因素。

⑸研究揭示细菌在抗生素攻击下的保命伎俩。

201312月,耶路撒冷媒体报道,以色列希伯来大学医学院迦底·格拉泽教授和物理学研究所娜塔丽·巴拉班教授领导的一个研究小组,第一次揭示出,某些细菌能够在抗菌治疗中存活下来的机制。他们的研究工作,有可能为找到一些新的方法控制这些细菌铺平道路。

已知一些细菌,可通过突变来对抗生素产生耐药,除此之外,还存在另外一些 “持久存在的细菌”类型,它们并没有抗生素抗性,而是在暴露于抗菌治疗时,继续以一种休眠或失活状态存在。当治疗结束时,这些细菌会随后“觉醒”,重新开始执行它们的破坏性任务,如何对付这些细菌,是医疗人员面对的一道难题。

到目前为止,人们已经知道这些类型的细菌,与天然存在于细菌中的HipA毒素存在关联,但科学家们并不知道这一毒素的细胞靶点,以及它的活性触发细菌休眠的机制。

该研究小组揭示了这种情况发生的机制。他们的研究表明,当抗生素攻击这些细菌时,HipA毒素,会破坏对于细菌利用营养物质构建蛋白质至关重要的化学“信号”过程。细菌将其解读为一种“饥饿信号”,这使得细菌进入到失活(休眠)的状态。在休眠状态下,细菌能够存活下来直至抗菌治疗结束,它们就可以恢复它们的破坏性活动。

多年来,巴拉班实验室针对持久存在的细菌开展研究,侧重于从生物物理学角度了解这一现象。而格拉泽实验室的研究,则侧重于针对性对抗持续存在的细菌。联合两个实验室的研究工作,有望促成更有效的疗法来对抗细菌感染。

⑹从分子角度揭示细菌的耐药性。

20156月,比利时鲁汶大学生物学家杰安·米迁尔斯领导的一个研究小组,在《分子细胞》期刊发表论文认为,传染性疾病在全球范围内致人死亡的数量,超过其他任何一个单一原因,其中一小部分细菌能在抗生素中瞬时存活下来,并再度回到人体。他们的研究显示,这些所谓的持续形式,通过Obg分子的活动响应不利条件。该分子,在多种细菌的所有重要分子过程中,发挥着重要作用。通过揭示细菌持续性的共享遗传机制,该研究为新诊断工具和更有效治疗策略的研发铺就了道路。

米迁尔斯说:持久性为治疗细菌、真菌病原体导致的慢性和生物膜感染,带来了障碍。我们根据发现,建议结合抗生素治疗和特定靶点疗法,有可能提高患者的响应,并缩短抗生素疗法时间。

持久性部分,由能关停蛋白质合成,或能量产生等重要细胞过程的细菌毒素引发,迫使细菌进入休眠状态,以便其不会被抗生素杀死。但这种毒素调节背后的机制尚不明确,并且人们也不清楚环境信号,是如何触发细菌持久性的。

为了回答这些问题,米迁尔斯研究小组,专注于Obg的潜在作用,因为这种酶与蛋白质和DNA合成等重要细胞过程有关联,并且当分子能量变低时,它就会触发细胞休眠。研究人员发现,高水平的Obg能保护大肠杆菌和绿脓杆菌,免受两种阻碍DNA和蛋白质合成的抗生素的影响。米迁尔斯说:这表明一个共性机理产生了持久性,并且该机理活跃在不用细菌中。因此,Obg将成为开发新疗法的一个针对目标。

研究人员表示,Obg通过增加一种名为HokB的有毒分子的水平,诱发大肠杆菌出现持久性。HokB能让细菌膜出现小孔,从而阻止细菌的能量产生,最终导致其休眠。但消除HokB并不会降低大肠杆菌的持续性,并且该基因也存在于绿脓杆菌中,因此,科学家认为,持久性还受到至少另外一个Obg调节通路的控制,该路径仍有待发现。未来研究面临的另一个问题是,细胞如何从毒素破坏中恢复过来,并重回正常状态。要回答这些问题,还需要进一步研究。

3.研究人体抗菌机理的新发现

发现人体拥有抵抗艰难梭菌的天然机制。

2011821,《自然·医学》杂志网站发表了一篇防御艰难梭菌感染的论文。这项成果,是由美国加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院、凯斯西储大学和塔夫斯大学等多家研究机构合作完成的,他们在人体内找到一种能抵抗艰难梭菌感染的天然防御机制。这一发现,为治疗肠道疾病展示了一种新模式,也有助于开发治疗各类腹泻和非腹泻细菌感染的新方法。

艰难梭菌感染是一种普通的肠道疾病,会导致腹泻、大肠炎、结肠炎等,甚至死亡,常在医院中传染流行。该感染在美国的发病率比10年前增加了一倍,而且新的高毒性菌种的出现也让治疗变得更加困难。

研究人员介绍说,艰难梭菌在繁殖期会释放两种强力毒素,这些毒素能和InsP6(一种广泛存在于叶类蔬菜和胃肠道中的物质)结合,然后发生变形和断裂,断裂的碎片能穿透细胞壁,导致胃肠道出血性损伤,引起炎症反应和腹泻。

他们在研究中发现,在感染艰难梭菌后,人体肠道内的细胞能释放一种含有亚硝基(-NO)的分子巯基亚硝基化谷胱甘肽(GSNO),该分子能直接占据毒素的活性基位,使其丧失活性,从而遏止了它们穿透和损害肠道细胞。

参与研究的专家指出,这种天然防御机制,是由人体进化而来。它的核心,是巯基亚硝基化(SNO)过程。这一过程,是一种把一氧化氮(NO),与半胱氨酸(cysteine)残基结合在一起的蛋白修饰作用。

在动物实验中,研究人员用药物引发了巯基亚硝基化过程,成功阻止了艰难梭菌毒素破坏肠道细胞。下一步即将开展相关的人体临床试验。

4.研制对付细菌的新疫苗

⑴推进A型链球菌疫苗的研究。

20048月,美国一个研究小组,在《美国医学协会会刊》上发表论文称,他们对28人进行的A型链球菌疫苗试验表明,这种试验性疫苗能引起一种免疫反应,并且没有严重的副作用。但是,现在还不知道这种疫苗,是否能真正保护人们不受链球菌的感染。这是30年来这类疫苗所进行的第一次人体试验。

A型链球菌是一种常见的细菌,它导致成千上万人的咽喉疼痛,甚至引起致死性的但较罕见的肉腐疾病,影响人类康健。早在20世纪30年代,世界就已开始研究链球菌疫苗。但是,由于此前对A型链球菌研究的失败,使得人们越来越关注安全问题。但研究人员说,这种新的、通过遗传技术改造的疫苗,不含先前疫苗中造成安全问题的物质。

在六种不同的链球菌中,A型链球菌是最常见的一种。在美国,每年导致1千万例链球菌性喉炎、轻度皮肤感染。链球菌性喉炎如果不经治疗,将可能导致风湿热,甚至风湿性心脏病,在全球有12百万人患有风湿性心脏病,每年有40万人因此死亡,多数在发展中国家。由于抗生素的普及,风湿热在美国并不常见。最严重的链球菌A感染,是比较罕见的链球菌坏死性肌膜炎,俗称食肉病,以及中毒性休克综合征,美国每年有9000例这类恶性疾病。

美国联邦疾病控制与预防中心的专家说,确实需要一种A型链球菌疫苗,因为在美国,这种细菌造成一定的经济负担,并导致严重的恶性感染;而在发展中国家则常引起风湿病。

尽管在美国恶性的A型链球菌感染疾病并不常见,但在20世纪80年代到90年代,出现了严重感染上升的趋势。在那以后虽然总体的发病率相对稳定,但也没有任何的下降。专家指出,尚不清楚为什么那时会突然增加了毒性更强的菌株,也很难预测什么时候这种现象会再度暴发。

对该新成果,罗切斯特大学疫苗专家评价说,这个结果是在研究链球菌A疫苗漫长过程中前进的一步,但是距离证实其效果和安全性,还需要更多人参与更多的研究。

⑵研究表明烟草能大量生产抗炭疽杆菌疫苗。

200512月,中部佛罗里达大学的分子生物学家亨利·丹尼尔教授主持的研究小组,在美国微生物学会出版的《传染和免疫学报》发表研究成果认为,一英亩转基因改良烟草植物,能够产生足够多的抗炭疽杆菌疫苗,为所有美国人安全地、便宜地接种。

丹尼尔说他的方法,已经应用于其他疫苗和稀缺药品中,能够消除药品的匮乏,使成本降低,并且可以控制污染的传入,这是传统发酵法生产疫苗中经常遇到的问题。

丹尼尔表示,之所以选择烟草来生产疫苗和其他药品,是因为烟草是一个常年生的、繁殖能力强的物种,每棵植株能生产100万个种子。他说,与玉米和其他可食用的植物不同,一棵经过基因工程改良的烟草,不可能再进入食品供应渠道。

丹尼尔认为,这是一个革命性的观念,研究人员花了20年时间,研究通过转基因作物生产具有治疗作用药物的可能性。他说,这是新时代的技术。为了制造出抗炭疽杆菌疫苗,研究人员把疫苗基因注入到烟草细胞的叶绿体基因组中。他还说,在近日全国卫生机构的试验中,在遭受比恐怖分子炭疽杆菌袭击程度高15倍的炭疽杆菌袭击中,注射过烟草生产疫苗的老鼠,存活下来了。

丹尼尔说,除了抗炭疽杆菌疫苗,研究小组正在用烟草产生的疫苗在Ⅰ型糖尿病、C型肝炎、霍乱和瘟疫方面的研究。他说,Ⅰ型糖尿病已经有所控制,注射了他的烟草产生的胰岛素的老鼠,在8星期内有所好转。

⑶培育可对付李斯特菌的新疫苗。

2006320,哈佛医学院副教授达伦·希金斯,与智利厄尔艾免疫研究所研究人员,以及波特兰医学中心免疫学家阿奇·鲍威尔等人组成的一个研究小组,在美国《国家科学院学报》网络版上发表研究成果称,他们利用开发疫苗的方法,培育出一株活性降低的,可在细胞内致病性的细菌。这项研究表明,疫苗方法,可以保护细胞免受其他的细胞体内致病性细菌的感染。

研究人员说,当致病性细菌攻击细胞表面时,疫苗诱导的抗体,可以组成一个强大的防御体系,来驱逐这些有害微生物。当抗体不能够识别这些致病性细菌时,细菌就会感染细胞,并且在进入到细胞壁内部并寄生下来。

研究小组开始把开发疫苗的方法,应用于李斯特杆菌上。这种细菌,最容易攻击的人群是慢性病人、老年人、怀孕妇女和儿童等,导致他们致病的原因,都是因为食用了感染上这种细菌的食物。在美国,估计每年有2500人,由于感染上这种细菌而患有严重的疾病,其中大约500人会因此而死亡。

活力降低的李斯特菌株被表面抗原细胞吸收后,不能够自身复制,因此很容易被杀死。希金斯说,这是第一次使用活力降低的李斯特菌株做为疫苗,它不需要宿主和细菌之间的反应,而是引起免疫系统提供一些保护性的免疫反应。

研究小组发现,复制缺失的李斯特菌疫苗菌株,在正常的和免疫力低下的小鼠体内消失得很快。同时,体内必需的免疫系统的协调者T细胞会刺激产生免疫力,使得注射了这种菌株疫苗的动物,可以抵抗40倍致死剂量的剧毒李斯特细菌。希金斯说,理论上,我们能够应用这个疫苗的办法,来免疫其他致病细菌例如沙门氏菌。现在,我们所需要的工作,就是找到那样不能在宿主细胞内复制的菌株。

新的李斯特菌疫苗,是根据2002年希金斯小组研究结果研制的。他们利用灭活的大肠杆菌作为运送工具,把抗原运送进体内的抗原表面细胞。在先前的研究中,希金斯以大肠杆菌作为传送工具的疫苗,注射进入老鼠体内。结果表明:那些老鼠在受到黑色素瘤细胞的感染后,不会造成肿瘤的形成。

希金斯说,目前,我们正在着手以大肠杆菌为基础的癌症疫苗的研究,并希望把它扩大到感染性疾病的疫苗研究。我们对李斯特菌的研究表明,一些可以产生疫苗的菌株是有效的,而且对于正常的和免疫力低下的个体都是安全的。

⑷金黄色葡萄球菌疫苗研究取得新突破。

200610月,芝加哥大学,微生物学教授奥拉夫·西尼文领导的研究小组,在美国《国家科学院学报》上发表论文称,他们通过合成细菌表面四种蛋白质,并在小鼠体内引起明显的免疫反应,成功的研制出多重耐药性金黄色葡萄球菌疫苗。

西尼文指出,金黄色葡萄球菌是引起医院获得性感染最常见的病因,也是社区相关性疾病的传染源。他说,这种菌有一套保护机制来对抗治疗药物,这也是为什么我们将疫苗研究看作重点。细菌在一代又一代的繁殖中逐渐增强抗药性,因此研制保护性疫苗显得尤为重要。

先前的研究,一般采用死的或活的但毒力减弱的细菌,或者选择细菌的亚单位,结果制成的疫苗只具备部分免疫性。本次研制的疫苗不同,它需要激发机体的免疫反应来识别细菌表面特异性蛋白。

研究人员采取了新的方法即“反向疫苗学”。他们先获得金黄色葡萄球菌基因组,并从8个细菌种属里选择19个细胞表面抗原,作为新的疫苗靶位。接着,把每种抗原注射到小鼠体内,评测其免疫反应,并鉴定出其中四种蛋白质能引起最强的免疫反应。他们发现IsdA IsdB蛋白的作用,在于帮助细菌从宿主的红细胞里获取所需的铁元素,另两种SdrD SdrE蛋白,则参与了细菌在宿主组织里的黏附作用。最后,研究人员把这四种疫苗,混合接种并证实所有的小鼠都得以存活,而没有接种的对照组小鼠都有确切的肾脏感染。

⑸研制以荚膜多糖抗原为靶点的抗细菌新疫苗。

200711月,有关媒体报道,美国哈佛大学的研究小组,最近发明蛋白质荚膜疫苗技术,主要以荚膜多糖抗原为靶点。荚膜多糖,是有荚膜细菌性病原体的保护性免疫中,所涉及的主要抗原物质,这类病原体包括脑膜炎奈瑟菌、肺炎链球菌、流感嗜血杆菌以及炭疽芽孢杆菌等。

研究人员说,新病原体、抗药性病原体,以及生物恐怖主义袭击的潜在威胁,使寻找研发疫苗的新途径显得格外重要。新疫苗技术,不仅为多种疫苗的研发提供希望,还有可能大大降低疫苗生产成本。

5.研发抗菌灭菌的新物质

⑴研制出用噬菌病毒对付细菌的清洁剂。

200410月,有关媒体报道,英国思克莱德大学马里医生领导的一个研究小组,已经研制出含有噬菌病毒的清洁剂,可以杀死肆虐英国医院病房的致命超级病菌。研究人员希望在数月内可在医院试用。

现在,英国每年有数百计人,因染致命的抗药性金黄葡萄球菌死亡,而且大部分都死在医院里。该研究小组开发出一种能攻击超级病菌的噬菌病毒。这种病毒只会攻击细菌,不会危害人类。

该研究小组把噬菌体涂在固体的表面上,令它们吸附及不断衍生。当噬菌体接触到致命病毒时,噬菌体便会依附在病毒上,并复制出数更多的噬菌体,不断吞噬病毒。马里医生介绍说:噬菌体是细菌世界的天生杀手,但不会伤害人类。

⑵发现抑制幽门螺旋杆菌的物质。

2005217,《日经产业新闻》报道,日本日清公司最近发现,一种名为“FB-10”的乳蛋白提取物,可以抑制幽门螺旋杆菌附着在胃粘膜上,这对于治疗幽门螺旋杆菌导致的胃炎和胃溃疡,具有一定的医用价值。

研究人员发现,幽门螺旋杆菌附着胃粘膜时,表面的尿素酶是附着因子。于是,研究人员在与尿素酶发生反应的乳蛋白中,提取出名为“FB-10”的物质。试验表明,“FB-10”对幽门螺旋杆菌附着胃粘膜,能起到阻碍作用,并可抑制幽门螺旋杆菌增殖。

据有关统计,日本有60%的人感染幽门螺旋杆菌,该菌分泌的毒素可导致胃炎和胃溃疡,甚至是胃癌。治疗幽门螺旋杆菌引起的胃炎和胃溃疡以往一般使用抗生素,但这种方法容易使幽门螺旋杆菌产生抗药性,此外也会杀死对肠胃有益的双尾菌。“FB-10”则可以在肠胃中分解吸收,安全性很高。

⑶开发出天然的抗菌物质。

2005516,《日本经济新闻》报道,旭川医科大学客座副教授绫部时光,与庆应义塾大学医学部副教授森山雅美等人组成的一个研究小组,成功利用人体细胞,生成一种天然抗菌物质,这种物质不仅能防止耐药性细菌的出现,还能对各种微生物导致的感染都发挥疗效。

所有生物体内,都含有一种名为抗菌缩氨酸的物质,来抵抗细菌等微生物造成的感染。抗菌缩氨酸在皮肤和消化器官等部位生成,在机体内发挥着一线免疫作用。

该研究小组,从人小肠壁上提取出制造抗菌缩氨酸的细胞,并在实验室中模拟病菌感染的情况,成功刺激这些细胞产生了数毫克抗菌缩氨酸。研究人员随后对引起食物中毒的沙门氏菌施以这种抗菌缩氨酸,结果有近70%的细菌死亡。

研究人员说,现有的抗生素在反复使用后会导致耐药性菌株的产生,此外,抗生素还不能治疗病毒性感染。而新开发出的这种天然抗菌物质,可以防止耐药性菌株的出现,还能治疗包括病毒在内的各种微生物感染,有望成为一种新药,但要将其作为药品使用,至少需要以公斤为单位的抗菌缩氨酸。因此,他们准备进一步研究,如何使生成抗菌缩氨酸的细胞大量增殖的技术。

⑷开发出控制细菌的化合物。

20056月,有关媒体报道,以色列耶路撒冷希伯来大学,一位年轻研究人员阿德尔·雅布尔,通过干扰细菌的交流过程,从而发明了一种在不使用抗生素的情况下,控制细菌活性的方法。

大多数人类和动物疾病都与细菌有关,它们组合形成能够附着到多种表面(如活组织、移植物和牙齿)的生物膜社区。生物膜还存在于人工表面,如水管或空调管表面。

近年来,研究人员发现组合在生物膜中的细菌之间,存在一种叫做群体感应的交流网络,它控制着集体活性。这些感应信号,控制着生物膜中的细菌的生理和致病性。这些细菌产生的一种硼分子“auto inducer-2,控制着这个群体感应过程中的信号。

雅布尔已经成功合成了一种改良的化合物,其结构类似天然的“auto inducer-2,因此能够干扰这种信号过程。通过改变一些化合物的分子结构,雅布尔证明通过控制这种群体感应反应,来欺骗细菌是可能的。这类修饰的化合物,能扭曲促使细菌变化的信号,因此可能严重妨碍细菌的活动或者促进细菌的活动。

控制群体感应,为将来治理细菌致病活动而无需使用抗生素药物,开辟了一条非常有前途的道路。另外,促进群体感应有可能用于农业、生物技术和食品工业。

⑸发现有望成为新型抗生素的物质。

2006518,美国新泽西州默克实验室的一个研究小组,在《自然》杂志上发表研究成果称,他们发现,一种从真菌中提取的物质,能够抑制细菌的繁殖,其原理与普通抗生素不同。这种物质有望成为新的抗生素,用于对抗具有抗药性的细菌。

这种物质,提取自南非某种土壤样本中的普拉特链霉菌,其抗菌能力是研究人员新发现的。试验表明,对包括一些抗药性很强的“超级细菌”在内的大部分革兰氏阳性菌而言,这种物质都是有效的抑制剂。

研究小组首先让实验鼠感染金黄色葡萄球菌,然后向实验鼠体内注入这种物质。金黄色葡萄球菌是常见的具有抗药性的病菌之一,某些菌株能够抵抗现有效力最强抗生素的万古霉素。

试验结果显示,新型物质能够有效清除金黄色葡萄球菌,并且没有明显毒副作用。其发挥功效的原理是通过抑制某种关键酶,来阻止细菌合成脂肪酸。

由于抗生素的滥用,越来越多的细菌产生抗药性。许多常见抗生素有着相似的作用原理,即破坏细菌生成细胞壁进行自我保护的能力,或者阻止细菌合成蛋白质或DNA。这种方式的弊端在于,一旦细菌对某种抗生素产生抗药性,就可能同样能抵抗其他多种抗生素。

新型抗菌物质另辟蹊径,通过阻止细菌合成脂肪酸来抑制其生存与繁殖。由于脂肪酸合成过程中的一些酶是许多细菌共有的,这种物质有望成为能杀灭多种细菌的广谱抗生素。

⑹发现尼古丁可作灭菌消炎药。

20067月,美国媒体报道,纽约州曼哈塞北岸大学医院的路易斯·乌略亚等人组成的研究小组,通过研究败血症,掌握了能够阐明尼古丁灭菌消炎作用生化途径的证据,从而把尼古丁开发成更有效的灭菌消炎药成为可能。

败血症是炎症中最致命的一种,在第三世界发展中国家,它是第三大主要的人口致死因素,也是造成美国人口总死亡率10%的祸首。败血症的起因,是细菌入侵了血液循环,而细菌感染可以造成一定的机体损伤,但真正使患者面临危险的,是他们自身强烈的免疫反应:人体内的巨噬细胞为了消灭细菌,吐出数量巨大的促炎性细胞因子,不断强化免疫反应,直至攻击自身组织,造成损伤,最终使患者死于心血管功能障碍和多脏器衰竭。

研究小组发现,尼古丁能够遏制老鼠体内的过激炎症反应,甚至可以改变败血症的发生过程。与现有的消炎疗法相比,它的能力更强。

尼古丁的结构与乙酰胆碱非常相似,能在免疫调节中模仿乙酰胆碱。神经系统通过乙酰胆碱控制人体内此起彼伏的炎症之火。乙酰胆碱的受体不仅存在于神经末梢,也存在于免疫细胞表面。尼古丁能够结合并激活这些受体,实现大脑和免疫系统的越界对话。

现在,乌略亚实验室的研究表明,尼古丁与巨噬细胞表面的烟碱受体结合,阻止细胞释放炎症细胞因子,并且抑制作用异常强大。研究人员还辨别出,在尼古丁抑制细胞因子产生时,它结合的位点,是位于巨噬细胞表面的特定受体亚型,即α-7 乙酰胆碱受体。

但是,作为一种药物来说,尼古丁有很多副作用。除了固有的成瘾性,它还可能导致心血管问题,甚至引发癌症。乌略亚说,没有人指望用尼古丁来治疗炎症,我们想做的是设计特别的药物,既能够像尼古丁一样,与这个特定受体结合,发挥消炎作用,同时又能免去尼古丁附带的毒性。

美国匹兹堡大学重症监护医学专家米切尔·芬克评论说,一种具有受体选择性的类尼古丁化合物,不管是对败血症,还是对许多其他同类的慢性疾病来说,都是值得期待的。目前,急待完成的任务是找到尼古丁的最佳替代物,让我们对乌略亚的培养皿拭目以待吧。

⑺发现缩氨酸可抵御超级细菌。

2007325,加拿大不列颠哥伦比亚大学,病体基因和抗菌剂研究机构主席罗伯特汉考克领导的一个研究小组,在《自然·生物技术》杂志上发表研究成果称,他们发现了一种缩氨酸,它可以通过增强人体内在的免疫能力,抵御诸如超级细菌等细菌的感染。目前,已在动物身上试验成功。

汉考克表示,由于许多病菌对抗生素有耐药性,因此急需寻找新的治疗方法。缩氨酸的优点在于不直接用于对抗病菌,因此病菌不太可能对其产生抗药性。它可以增进人体内在的免疫能力,抵御病菌,同时不会引发严重感染。

研究人员使用这种缩氨酸,来治疗对万古霉素有抗药性的肠道球菌、超级病菌以及沙门氏菌,研究结果显示,在感染前2448小时或感染后4小时使用,虽然病菌未能完全消灭,但病菌数量显著减少,特別是对沙门氏菌,在感染前服用可提供有效的预防。

研究人员预期可将缩氨酸与抗生素共同使用,治疗常见的医院感染,诸如与通风管有关的肺炎、手术后感染等。

⑻发现可与细菌DNA结合而灭菌的无机化合物。

200968,英国沃里克大学发布的新闻公报说,该校研究人员阿代尔·理查德斯等人组成的一个研究小组,发现一种无机化合物,可直接作用于细菌DNA,并在2分钟内杀死细菌,这将有助于研究人员开发出新型抗生素,用于对付那些已对其他药物产生耐药性的超级细菌

研究小组表示,这是一种铁的化合物,它具有和细菌DNA相近的螺旋结构,能够穿过细菌的细胞壁等,与细菌的DNA结合到一起,并阻止DNA和其他物质结合。由于细菌的DNA不能再指导其体内的生化反应,这种化合物最终可以起到杀菌效果。针对枯草杆菌和大肠杆菌的实验显示,这种化合物可以在2分钟内杀死几乎所有细菌。

理查德斯说,这一发现,将有助于开发出新型抗生素,用来对付那些已有耐药性的细菌,比如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。

⑼开发出一种低成本长效衣物抗菌剂。

20117月,美国佐治亚大学的研究人员,在《应用材料与界面》杂志网络版上撰文称,他们开发出一种新型抗菌剂,可对医疗用品、家纺制品、衣服、口罩、纸巾、尿布、袜子等物品进行低成本抗菌处理,且多次洗涤后仍能保持抗菌效果。这种技术,对天然纤维和合成纤维同样有效,既可在衣物制造过程大规模应用,也可在家中自行对成品进行处理。

研究者指出,病原体在织物以及塑料制品上的传播,日益受到关注。医疗机构和酒店等处,是容易扩散病菌的场所。根据美国疾病控制与预防中心的数据,在美国,大约每20名住院患者中,就有1人因相关用品发生感染。工作服、手术衣、手套和床单都有可能寄生有害微生物,因此,研发出一种廉价、长效、易使用的抗菌剂具有十分重要的意义。

研究人员表示,这种新型抗菌剂,对目前在医疗机构中常见的病原体都进行过测试,包括葡萄球菌、链球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌等。结果发现,在37℃的温度下,经过24小时后,并没有细菌在织物上繁殖和存留。而且,经该技术处理过的衣物,经过多个热水洗衣周期的测试,发现抗菌能力仍未受损。这表明,这种抗菌剂,即便在较为苛刻的条件下也不会从织物上脱离。这一特性,也使它有可能应用到食品包装、儿童玩具、医疗用品、军用装备等领域。

⑽提炼出具有广谱杀菌能力的香菜油。

20119 月,葡萄牙贝拉英特拉大学一个研究小组,在《医学微生物学报》上发表论文称,他们在一种作为香料的印度香菜中,提取到一种具有广谱杀菌能力的香菜油。

研究人员把香菜油配制成溶液,对大肠杆菌、沙门氏菌、蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等12种有害病菌进行测试,发现香菜油浓度为1.6%,甚至更低的浓度时,就可以杀死大多数病菌和抑制它们生长。

研究人员发现,香菜油通过破坏病菌细胞的保护膜,阻断病菌和周围环境的联系,例如抑制病菌的呼吸,从而使其窒息而死或停止生长。香菜油这种杀菌方式先前不为人们所知。研究人员认为,这种香菜油,可以作为食物添加剂或医学临床制剂,预防和控制食物来源的细菌性疾病,甚至可以用于防治具有对抗生素有抵抗能力的病菌。

⑾发现纳米粒子可伪装成血细胞对抗细菌感染。

20134月,美国加州大学圣地亚哥分校,纳米工程教授张良方领导的研究小组,在《自然·纳米技术》上发表论文称,包覆有红细胞膜的纳米粒子可去除体内毒素,能够用于对抗细菌感染。

张良方称,研究结果表明,这种纳米粒子可用以中和包括耐抗生素菌在内的许多细菌产生的毒素,并能消解毒蛇或毒蝎攻击中的毒液毒性。

这种“纳米海绵”以造孔毒素(通过在细胞中挖孔来杀死细胞)为目标。造孔毒素作为自然界中最常见的一种蛋白质毒素,可由包括金黄色葡萄球菌在内的众多细菌分泌。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有耐药性,每年在全世界范围造成数万人死亡。它们也出现在许多类型的动物毒液中。

现有的一系列治疗方法都以造孔毒素的分子结构为目标,使其失去杀死细胞的能力。但是这些疗法必须根据不同的疾病和病情进行定制,这些有害蛋白家族已知有80多个,每一个均有不同的结构。使用新的纳米海绵疗法可中和每一种蛋白,而不用管其分子结构。

该研究小组把真实的红细胞膜,包裹在生物相容性的聚合物纳米粒子周围。单个血红细胞可提供足够的膜材料,生产出超过3000个纳米海绵,每个直径大约为85纳米。因为血红细胞是造孔毒素的主要目标,纳米海绵一旦进入血液将担任诱饵角色,吸收破坏性蛋白并中和其毒性。纳米海绵由于尺寸极小,它在系统中的数量将大大超过真正的血红细胞。这意味着,纳米海绵有更高的机会与毒素作用并吸收,从而把毒素带离其天然目标。

动物实验表明,在给小鼠注射致命剂量的最强造孔毒素后,新疗法可大大增加小鼠的存活率。注射后数天进行的肝活检显示没有损伤,这表明纳米海绵连同积累在肝脏中的毒素已被安全消化掉。

张良方表示,如果该种药物能获得监管机构的批准,将主要用以治疗细菌感染,尤其是耐抗生素细菌。中和细菌产生的毒素,不仅可保护身体,还可削弱细菌对免疫系统的侵害,因为细菌将不再凭借毒素来保护自己。

⑿找到一种可阻抗药细菌生长的新毒素。

20131114,美国麻省理工学院科学家迈克尔·劳勃领导的一个研究小组,在《分子细胞》杂志上发表文章表示,他们找到了一种新的毒素,能够通过阻断DNA复制机能来抑制抗药性细菌的生长。这一发现,为开发下一代抗生素奠定了基础。

近来,抗药性细菌的增加,成为大众健康的严重威胁,人们需要新的治疗手段来应对这类细菌的感染。劳勃说,他领导的研究小组寻求新抗生素作用对象的灵感,源于对细菌本身的认识。通过研究细菌自身产生抑制生长毒素的途径,有望寻求线索探讨过去从未考虑过的抗生素作用对象。

细菌生长在某种程度上是由毒素/抗毒素(TA)多系统(也就是一组基因)所控制的,每个系统的特征是编码有两种蛋白:毒素和抗毒素。这些蛋白通常是无毒性复合物,但是处于紧张环境下,抗毒素会降低,随即显现出毒性,从而抑制细菌增殖。虽然毒素/抗毒素系统在控制细菌生长中具有重要作用,但是人们对其如何工作的问题几乎没有认识,并且在当前临床中,它们不是任何抗生素的作用对象。

在新的研究中,劳勃研究小组确定了名为SocAB的毒素/抗毒素系统。与其他的毒素/抗毒素系统不同,SocAB能够把病毒的DNA复制机能作为攻击对象。准确地说是系统中的SocB毒素通过与DnaN蛋白相互作用,而阻止DNA复制机能并抑制细菌生长。此外,研究小组还找到了DnaN蛋白区域。研究显示,利用能模仿SocB毒素功能的其他抗体,来攻击DnaD蛋白区域,有望在未来有效地对付抗药性细菌。

劳勃表示,他们的研究结果揭示了意想不到的、潜藏在毒素/抗毒素系统中的分子机理多样性。由于细菌中存有大量的DnaN蛋白,因而将DNA复制机能的该部分作为攻击目标或许是抑制细菌生长的有效战略途径。

⒀发现能灭超级细菌的天然抗生素。

2014128,日本日本东京大学一个研究小组,在《自然·化学生物学》杂志网络版上报告说,他们发现了一种新的天然抗生素,它能杀灭常见抗生素无法对付的超级细菌:耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。

这种超级细菌,能抵抗包括甲氧西林在内的所有青霉素。很多人的鼻腔等处都有耐甲氧西林金黄色葡萄球菌定居。虽然在大多数时候该细菌无害,但在人体免疫力下降时,就可能引发肺炎和败血症,甚至导致不治身亡。

该研究小组历时近3年,调查了从日本各地土壤中采集的约1.4万种细菌,最终发现从冲绳县土壤中采集的一种溶杆菌属细菌,能产生杀灭耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗生素。研究人员将这种新抗生素命名为“Lysocin E”

实验表明,新抗生素的杀菌能力非常强,现有抗生素一般在投放约30分钟后才开始杀菌,而新抗生素投放1分钟后就能杀灭99.99%的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。动物实验显示,它只破坏耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的细胞膜,不会对动物机体产生不良影响。研究人员表示,他们准备继续开展测试,以期用这种新抗生素制作药品,争取在七八年后投放市场。

6.开发检测细菌的新技术

⑴开发超级细菌快速检测技术。

20052月,英国媒体报道,医院是治病救人的地方,然而许多细菌也会在此交叉感染,最近,一种超级病菌在欧美一些医院中流行开来。这种超级细菌学名为:耐甲氧苯青霉素金黄色葡萄球菌。之所以称它为超级细菌,是因为它具有极强的抗药性。

超级细菌,最早发现于1961年。研究发现,这种细菌在不断繁殖变异的过程中,保留了对某些抗生素耐药的基因,一旦人体感染,特别是那些免疫力低下的患者感染后,常常会引起败血症、肺炎等并发症,危及生命。如果发现及时,目前的治疗方法是将感染者隔离,并采用万古霉素进行治疗,效果还不错。

通常诊断是否感染了超级细菌,需要34天的时间,这是因为医生需要培养出数百万个超级细菌才能进行观察鉴定。如今,英国的阿克莱特生物医药公司宣称,他们研制出了一种快速诊断超级细菌的技术,将诊断时间缩短为5小时。

据说这种检测仪采用的并非新技术,而是来源于英国军队的秘密武器实验室,源于那里的一种用来在生化战中快速探测微生物细菌的技术。如今,这种检测仪已经进入了试验阶段,英国卫生部表示,他们将密切关注这一检测仪的实验进展,并要求各大医院改善卫生状况,建立超级细菌检测机制,以降低超级细菌的感染率。

⑵发明探测超级细菌的电子鼻。

2005924,《新科学家》杂志报道,英国华威大学一个研究小组,发明了一种电子鼻,它能够嗅出患者是否感染了抗药性极强的超级细菌,准确率很高。这种电子鼻的体积,大约有两个普通计算机的显示器那么大,售价估计在6万英镑左右。

俗称超级细菌的耐甲氧苯青霉素金黄色葡萄球菌,抗药性越来越强,已经有突破抵御病菌的最后防线万古霉素的趋势。目前,超级细菌在英国一些医院中肆虐,严重影响患者健康。

通常的培养基检测,需要23天才能确定超级细菌的存在。正在开发中的DNA检测法,识别超级细菌据说需要两个小时。而该研究小组发明的这种电子鼻,只要15分钟就能探明超级细菌的存在。

据报道,这种电子鼻中装有一组电极,电极上包裹着不同的导电聚合物。每个电极在遇到不同物质时,就会改变电阻,作出反应。电子鼻综合所有电极的反应,绘制出被检测物质的气味图。随后再把气味图输入电脑,就能够分辨出被检测的物质。研究人员说,超级细菌排泄出的一种易挥发化合物,很容易被电子鼻识别。

研究人员对159名,已知感染了超级细菌的患者进行测试。他们用棉签蘸取患者的鼻液,放入电子鼻中。结果,电子鼻对其中96%的患者作出正确判断。

⑶发明用唾液测试口腔细菌的新技术。

20095月,以色列特拉维夫大学的微生物学家梅尔·罗森伯格领导的研究小组,发明了一种新的唾液测试技术,如果检测到口腔内一定数量的某种细菌酶,测试结果便会呈现出蓝色。最新出版的《呼吸研究杂志》,介绍了与这项技术相关的新产品。这项技术已在申请专利。

过去,一种由革兰氏阴性细菌组成的微生物群落,为唾液产生口臭背负了罪名。但是罗森伯格的研究小组,在对培育的唾液样本中的细菌进行分析后发现,其他的一些主要细菌群落,例如革兰氏阳性细菌,通过形成特殊的酶,使得革兰氏阴性细菌能够更为容易地把蛋白质分解为发出恶臭的化合物,从而加速了口腔内唾液变口臭的演变过程。

罗森伯格表示,他们用来测试唾液的物质,是有关口腔气味的微生物学研究迅猛发展的一个副产品。

一周前,在美国的宾夕法尼亚州费城,召开了美国微生物学学会有关这一领域的第一次座谈会,罗森伯格与大约150名科学家,对这些造成肥料、牲畜和宠物的气味,以及肠胃气胀的微小生物,进行了讨论。

⑷开发出能确定饮用水中所含细菌的检测技术。

20139月,有关媒体报道,英国谢菲尔德大学凯瑟琳·比格斯教授主持的一个研究小组,开发出一种基因检测技术,用以确定饮用水中所含细菌的具体种类。

研究人员发现,水管中几种常见细菌结合体,可以形成一种生物薄膜,成为其他可能对人体更为有害的细菌繁衍的“温床”。

研究人员把4种细菌分离出来,并发现其中任何一种细菌都无法独立形成生物薄膜。但是,当这些细菌与任何一种甲基杆菌属细菌混合在一起时,就可以在72小时内形成生物薄膜。

比格斯说:“我们的研究结果表明,这种细菌可以起到桥梁的作用,使其他细菌与其表面接合并产生生物薄膜。很可能不只这一种细菌能起到这样的作用。”

研究人员表示,这意味着,人们可以通过确定这些特定菌种,来控制甚至阻止饮用水中这类生物薄膜的形成,通过这种方式,就可以减少水处理中所添加的化学剂含量。目前,净化饮用水的措施,就像是在不清楚究竟感染了何种细菌的情况下滥用抗生素。尽管这很有效,但需要大量使用化学试剂,并使消费者在一段时间内暂时无法用水。目前的测试方法,要花很多时间才能得出结果,而在此期间试样中的细菌已经开始繁衍。

比格斯说:“我们现在进行的基因测试研究,将能提供一种更快、更精密的替代方法,让自来水公司能够精准地确定供水系统中发现的菌种,并有针对性地进行处理。”

7.研发灭菌消毒的新方法

⑴发明冲击波消毒灭菌新方法

200411月,墨西哥克雷塔罗自治大学的应用物理学和高科技系,阿希姆·洛斯克和同事组成的一个研究小组,在英国《新科学家》杂志发表研究成果称,他们开发出一种冲击波灭菌新方法,能比现有的灭菌法更加有效地保持食物原先的风味,有望获得广泛应用。

研究人员介绍道,他们把装有细菌的小瓶放入一个叫做电动液压发生器的装置中,该装置在压强达到1000个大气压的情况下会发生震动,同时产生强烈的可见光和紫外线,并共同作用杀灭瓶中的细菌。洛斯克说:该过程的一个潜在优点,在于冲击波不会改变食物的风味。

研究人员解释说,细菌周围的液体中极微小的气泡在压强突变的作用下会瞬间膨胀,接着发生猛烈破裂,在小范围内产生很高的热量,这一过程被称为气穴现象。正是这一作用,连同冲击波的压强以及可见光和紫外线的剧烈脉冲,一起杀灭了病菌。

不过,目前该系统能够杀灭的细菌数量还不足以达到实际应用的标准,对不同的细菌杀灭效果不尽相同,尚需进一步完善。但研究人员相信能使细菌减少到原来的几百万分之一,从而确保食品安全。他们认为,需要完善的,只是增加冲击波能量和剂量的问题。

据悉,这是冲击波首次被用来杀灭大量常见的食物细菌。如果这一技术得以完善,它有望取代目前常用的巴氏灭菌法,在不破坏食物风味的基础上为婴儿食品、乳制品和果汁杀菌。

研制出等离子体灭菌消毒新技术。

20116月,有关媒体报道,不久前,德国出现肠出血性大肠杆菌疫情。这让德国人普遍增强了个人卫生意识,谨防病从口入。特别是,德国马普学会地外物理研究所,适时推出一种利用等离子体灭菌的手电形装置,可以有效消灭手上和食品上,包括肠出血性大肠杆菌在内的各种病菌。

研究人员介绍说,该所研制的这种微型等离子体消毒器,利用脉冲高压电,对空气放电产生的常压低温等离子体,进行物体表面灭菌。在实验室条件下,这种直径不到4厘米、长约15厘米的装置,可在20秒内杀死照射面积上超过99%的细菌。

德国肠出血性大肠杆菌疫情发生后,该所研究人员,利用从慕尼黑一家医院的患者身上,分离出的致病菌,进行实验室培育,并用这种消毒手电照射病菌,结果证明它能有效杀死肠出血性大肠杆菌。

研究人员指出,与酒精等液态消毒方法相比,这种等离子体的气态消毒法有个明显长处,它可以深入伤口的缝隙中灭菌,消毒效果更好。实验还表明,等离子体可以穿透信封和食品包装袋等普通包装材料灭菌。

据悉,等离子体消毒手电可充电,一次充电能进行上百次消毒。研究人员说,将利用相同原理,研制大小不同的消毒装置,以便今后在创口消毒、皮肤病治疗、牙科消毒和食品加工行业消毒等方面得到应用。

⑶重建有助于控制病菌传染的埃希氏菌种代谢目录。

201311月,美国加州大学圣地亚哥分校,雅各布工程学院生物工程教授博哈德·帕尔森主持,该学院纳米工程系研究生乔纳森·蒙克,以及亚当·菲斯特等为主要成员的一个研究小组,在美国《国家科学院学报》上发表论文称,他们通过对55个埃希氏菌种(E. coli)的基因测序,重建了每个菌种的代谢目录。他们发现,利用这些重建目录,能预测每种菌株会在哪种环境里繁盛。这一成果,有助于开发出控制致死性埃希氏菌传染的方法,并掌握更多有关菌种变毒的情况。

这些目录标绘出了每个菌种的所有基因、反应和代谢产物,据此研究人员发现,每个菌种的代谢能力与它们所处的环境有关,由此能测出它们的协调功能,预测它们会在哪种环境繁盛,还能把那些共生或“友好”的埃希氏菌与病原菌区别开来,可作为一种特殊的“代谢模型”。

帕尔森说:“研究表明,你能预测使人类致病的埃希氏菌的生长环境,它们是在膀胱、胃里、血液,还是在其他什么地方。”他接着说,将来有一天,当埃希氏菌“讨厌的新变种”出现时,研究人员能用“代谢模型”迅速发现它们,并找出新菌种的特征。

蒙克说,代谢模型还可能帮人们找到剥夺致病埃希氏菌所需营养的方法,“这样就能预防它们在适生环境里占据优势,更好地控制它们。”

研究人员还发现,他们的模型能识别出“营养缺陷型”菌种,即缺乏某基因而无法合成某种关键物质,如烟酸的菌种,而这种细菌通常都有毒。许多实验也表明,当缺失基因被恢复时,细菌毒性会变小。蒙克说:“找到这些菌种营养缺陷的原因,能进一步理解微生物是怎样变成病原菌的。”

菲斯特说,由于埃希氏菌的生存环境极其多样,如皮肤、体内、外部灰尘等,到处都能发现它们,因此不同菌种的代谢差异也很大,这些差异大部分表现为它们分解不同营养的能力。除了这些差异,他们还识别出了一种所有菌种共同的核心代谢网络。今后,他们希望深入研究这些代谢差异,探索差异中的相同之处。

由于代谢模型成功的预测能力,研究小组考虑把这种方法扩展到其他细菌,如金黄色葡萄球菌。帕尔森说:“我们打算用这种方法为更多人类病原菌分类。”

8.研制防治细菌感染新设备

⑴研制出快速检测食品中致病大肠杆菌的便携式装置。

20062月,有关媒体报道,美国德雷克塞尔大学研究人员,成功研制出,一种能快速检测食品中致病大肠杆菌的便携式检测装置。它使用方便且灵敏度高,消费者能借助它轻松了解食品安全性。

利用传统方法检测食品中的大肠杆菌,既耗时又费事,不仅需要大量样本,而且检测结果通常需要等上24小时甚至更长时间。研究人员研制出的新装置,不仅10分钟内就可令致病大肠杆菌原形毕露,而且灵敏度很高,在浓度为每毫升4个大肠杆菌细胞的食品样本中仍能发现目标

据介绍,新型检测装置,就像温度计一样容易操作。研究人员说,大肠杆菌与装置内传感器表面的抗体结合后,会改变传感器固有振动频率。利用这一原理,就可检测出大肠杆菌的存在。

该检测装置的传感器,由一根5毫米长、1毫米宽的玻璃束组成。这根表面涂有大肠杆菌抗体的玻璃束,一端配有压电陶瓷。这是一种能够把机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。装置通电后,压电陶瓷把电能转化为机械能令玻璃束产生振动。这种振动,在频率达到玻璃束固有频率时最强。然而,当被测试溶液中的大肠杆菌,与玻璃束上的抗体结合后,整个玻璃束的固有频率就会被改变。检测装置,正是通过感知这一变化,而准确找出致病大肠杆菌。

据报道,上述新技术,已引起美国农业、卫生和环保部门的关注。德雷克塞尔大学的研究小组,也正准备与相关部门合作,利用该技术进一步开发能检测包括炭疽杆菌在内的,其他病菌的快速检测装置。

⑵研发快速检测细菌等病原体的试纸。

20069月,在美国化学学会第232次全国会议上,科内尔大学纺织和服装助理教授玛格丽特弗芮博士领导的研究小组,发表研究报告称,他们正利用纳米和生物技术,开发一种能够检测细菌、病毒和其他有害物质的试纸。一旦开发工作全部结束,今后,人们只需用该试纸擦一下被检测的物品,就能知道其上是否带有细菌等有害物,并将它们识别出来。

研究人员开发的具有吸附能力的试纸内,含带有多种生物有害物抗体的纳米纤维,原则上可以在任何地方使用,以迅速发现肉类包装车间、医院、游艇、飞机和其他易受污染地方的病原体。目前,这种试纸正在实验室接受测试。

弗芮说,这种试纸将十分便宜,人们不需经过高级培训就可以使用它,同时可以用在任何地方。比如说,在肉类包装车间,你可以用它擦一下你面前的牛肉饼,就能很快知道它上面是否带有大肠杆菌。

在实验中,弗芮和她的同事研制出了直径在100纳米和2微米间的纳米纤维,并在纤维上构造出由生物素、维生素B和链霉抗生物素蛋白组成的平台,以让抗体存留在其上。纳米纤维由聚乳酸制成,为降低成本,其中还添加了普通的纸产品。

弗芮介绍说,纳米纤维的基本作用如同海绵,能蘸液体和擦物体。在使用后,纤维上的抗体就会有选择性地锁住相对应的病原体。理论上讲,利用这种方式,人们可以快速检测出多种有害物,无论它是禽流感、疯牛病还是炭疽病毒。

目前,需要不同的几项步骤才能识别病原体。该研究小组希望,在对试纸进行更深层开发后,能够十分容易地识别病原体,例如通过颜色的变化等方式。不过,弗芮同时表示,这种产品也许还需要数年时间才能推向市场。

⑶发明细菌膜检测新设备。

20078月,有关媒体报道说,细菌多数时候以微克隆方式存在,细菌本身在每个微克隆中占据的体积不到三分之一,余下的空间则由细菌分泌的被称做胞外基质的黏性物质占据,这种黏性物质将成千上万个细菌微克隆黏结在一起形成生物膜。

70%的细菌性感染是由细菌生物膜引起的。细菌生物膜对抗生素和宿主免疫防御机制的抵抗性很强,感染部位的细菌一旦形成生物膜,即使使用正常剂量成百倍的药物也不易治愈,这是导致慢性和难治的感染性疾病的重要原因之一。美国疾控中心的数据显示,在美国,每年治疗此类感染性疾病的费用大约是50亿美元。

为了帮助医务人员尽早诊断生物膜感染性疾病,并实施有效治疗,美国北亚里桑纳大学、马里兰州立大学联合组成一个研究小组,共同发明了横流分析设备。它通过把生物膜特性蛋白质与抗体结合来,发现病人体内存在生物膜特性抗体,其检测原理类似于检测喉咙链球菌感染。

研究人员说,以前医务工作者难以有效诊断这些感染性疾病,因而耽误病人的治疗,现在,问题有望解决了。目前研究小组正努力完善使用该仪器的细节,使之能作为普通医疗器械被广泛使用。

⑷发明病菌类生物恐怖毒剂快速检测仪。

20083月,有关媒体报道,麻省理工学院林肯实验室,研究员詹姆斯哈珀参与的一个研究小组,研发出一种检测系统,能够快速检测包括炭疽杆菌在内的6种可通过空气传播的生物恐怖毒剂。该系统采用的是活的免疫系统细胞,这种经过基因工程改造后的细胞,在接触到特定的污染物时会发出光,整个检测过程只需3分钟。

对于生物恐怖毒剂的检测来说,时间是至关重要的。人如果暴露在含有炭疽杆菌之类的毒剂环境中,在2分钟至3分钟内就会被感染。因此,越早疏散,造成的伤害就会越小。

哈珀介绍说,他们发明的这种检测系统的核心,是活的B细胞。B细胞如果在体内同病菌结合,1秒钟内就会做出反应,这几乎是目前最快的病菌检测系统。

B细胞之所以能识别出细菌和病毒,奥秘在于它表面上携带的抗原,当抗原与其抗体———特定的目标病菌结合时,会在细胞内部产生一个自我放大的化学信号波,由此导致的结果之一就是产生钙离子流。

林肯实验室的托德里德从20世纪90年代起就对此现象进行研究,并且找到了利用这一现象的方法。通过对老鼠的B细胞进行基因改造,里德制备出一种能对钙离子非常敏感的荧光素酶,这种酶源自水母,被称为水母发光蛋白。当水母发光蛋白,与钙离子发生特异性反应时,在荧光素酶的作用对象,即另一种来自水母的物质腔肠素的作用下,会发出蓝光。据此,便可以推断出特定的目标病菌的存在。

林肯实验室最初的研究重点,只是针对6种生物病菌的检测。但从理论上讲,通过基因工程改造,B细胞可用来检测任何一种生物病菌,前提是要有该种病菌的抗体。

位于美国马里兰州罗克维尔市的创新生物传感器公司,已经推出基于上述技术原理的检测仪器生物芯片。该仪器可同时进行16项检测,在30立方分米的空气中,只要含有10个以上的病菌,就会被检测出来。该仪器可用作机场、建筑物以及从事危险病菌研究的实验室的报警检测装置。

⑸发明快速区分细菌感染与病毒感染的新型检测系统。

20117月出版的《分析化学》杂志上,美国科学家发表论文称,他们研制出一种快速测试方法,能够通过对患者血液样本的检测,迅速辨别出细菌感染与病毒感染。

细菌感染和病毒感染在症状上极为相似,但治疗方法上却迥然不同。就以抗生素为例,该药对细菌感染有效,但在治疗病毒感染上却无能无力。

在区分两种感染源上,目前的诊断方法费时费力,且准确性差。有些时候,如果等到培养结果出来后再进行治疗,便会有贻误病情的风险。研究人员发现,在细菌感染病例中,患者免疫系统的表现与病毒感染时存在较大区别。并以此作为依据开发出了这套新型检测系统。研究显示,新法的实验精确度可达到94.7%,实用精度可达到88.9%

研究人员称,新检测方法,不但在临床上可用作医生的辅助器具,帮助医生更快速地作出正确诊断,还具有省时、便捷、容易商业化生产和大规模应用的特点,因此具有相当高的市场价值。

⑹研制迅速检测隐秘细菌的检测装置。

201249,中佛罗里达大学医学院教授莎拉·纳瑟领导的研究小组,在《科学公共图书馆·综合》上发表研究报告称,他们结合纳米技术和DNA标记,开发出一种新型检测装置,能在几小时内,检测出与肠道炎症相关的多种病原体,包括克罗恩病等,为临床医疗带来一种快速精确的诊断工具。

有些病菌在人体组织内隐藏得很深,秘密地给细胞重新编程,躲过免疫系统攻击并在体内潜伏多年,突然爆发后会导致严重疾病,如肺结核。怎样找到它们的藏身之地,长久以来困扰着科学家。现有的诊断隐秘细菌的方法,通常要几周甚至几个月,这可能会延误治疗。

新研制的检测装置,是一种混合磁驰豫纳米传感器(hMRS),只有一根发丝的厚度,由一层涂有聚合物分子的氧化铁纳米粒子构成,通过化学修饰会与特定的DNA标记结合,一种DNA标记专门针对一种特殊的病原体,即使病原体的数量很少,也能把隐藏在生物体深处的病原体找出来。

研究人员采集大量克罗恩病患者的血液和活组织样本,以及患有牛副结核性肠炎的牛组织样本,对其病原体禽分支杆菌副结核亚种(MAP)进行检测。一旦混合磁驰豫纳米传感器与病原体DNA结合,就会发出磁共振信号,信号被围绕纳米粒子的水分子放大,通过计算机屏幕或智能电话,就能读出磁信号的变化,确定样本有没有被感染。

纳瑟介绍说,混合磁驰豫纳米传感器,能测出隐藏在病人细胞内的微量病原体DNA的数量。这种新技术,比传统的分子和微生物方法更有优势,同时保留了特异性和灵敏性。而且以往要耗时几个月的检查,现在只需几小时就能得出可靠而精确的结果。

研究人员表示,该技术为医疗专业人员提供了一种简易可靠的工具,能更好地研究疾病的传播,帮助病人更及时地获得有效治疗。