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即使未接觸抗生素,細菌也能產生抗藥性

浦那的印度科學教育研究所團隊(Indian Institute of Science Education and Research, IISER)發現接觸在複雜無法預測的環境裡大腸桿菌可以持續繁殖一百天。

細菌,如同大腸桿菌它們可以同時在複雜並不可預測的環境生存,不管是在什麼樣的時間、季節都能存在。浦那印度科學教育研究所(IISER)團隊在實驗室研究這些情況條件時發現了這讓人驚訝的結果。即使細菌沒接觸抗生素或是重金屬,大腸桿菌都能產生抗藥性。

研究設計

日常暴露在各種不可預測的鹽、酸鹼值和氧化應激這些混合應力時,大腸桿菌在三十天(繁殖170世代)時,在統計上並無表現出明顯的適應力。但是到了一百天時,細菌明顯表現適應性和更強的繁殖速度。大腸桿菌在三十天繁殖170世代,而在第一百天繁殖了900世代。

由浦那印度科學教育研究所生物組Prof. Sutirth Dey領導的研究員,把細菌生長的環境變得複雜,將細菌暴露在一兩個因素(酸鹼質或鹽)維持正常的情況,一兩個因素為異常的應力下。每天隨機改變三個因素造成不可預測的應力。總共有三十種混合不同應力的環境組合用來進行這項研究。

此篇論文發表在《演化生物學雜誌》(Journal of Evolutionary Biology),其首要作者為浦那印度科學教育研究所生物組的Dr. Shraddha Karve說:「與原始的對照組比較,過了三十天,暴露在複雜不可預測的環境中的細菌在統計上並沒有明顯的對環境適應力的優勢。」

驚人的發現

Dr. Karve 說:「不過令人驚訝的是,細菌發展了能耐受在未暴露的應激能力,如抗生素(諾氟沙星)和重金屬(鈷和鋅)。這樣的結果讓人非常驚訝,所以我們一再進行這個實驗,都得到了同樣的結果。」

這個團隊在《生物科學雜誌》的另一項研究驗證顯示,細菌裡的外排泵能很有效率的從細菌內部排出抗生素,他們無法準確找出暴露在複雜又不可測的環境中的造成這種研究結果的原因和過程。

研究人員還研究了細菌總數水平的抵抗力。 然後將暴露於三十天應激(酸鹼值、鹽和氧化應激)的細菌接觸抗生素或重金屬。細菌總數的繁殖速度比對照組更強,更能抵抗抗生素和重金屬的應力。

「我們發現細菌的外排效率比原始的對照組好得多。 可能是在這三十天的發展過程中,外排泵持續進行演化,經過標記之後變得更有效率。」她說。
「一旦外排泵因為暴露於其他應力而使之效率增強,我們只能期待更有抵抗力的藥物出現。」Dey教授補充說明。

對公共衛生的影響
Dr. Karve 說:「令人擔憂的是,暴露於複雜不可預測的變相中的細菌在三十天內就會產生對抗生素或重金屬的抵抗力。」

Prof. Dey 說:「氣候學研究也顯示,包括印度在內的世界許多地方,環境的急遽變化下,就算在外的細菌,有可能發展出更強的外排活動力和對抗生素的抗藥性。」

原本孤立於世,最近才與文明接觸的亞馬遜部落,即使未與外界接觸的細菌也對抗生素產生抗藥性。這些腸道細菌群體表現出對最新抗生素的抗藥性,包括合成抗生素。而且這些並不是天然存在於土壤裡的細菌。」

該團隊的研究發現,與三十天內未化演化出控制應力的細菌相較,當細菌暴露於複雜不可預測的環境到一百天時,其應對力的能力明顯變得更好。除了生長速度更快和耐受壓力更強之外,與原始細菌相比,細菌處理不同應力的能力並無差別。

另外研究調查了複雜性或不可預測性的環境在短時間是否為適應的阻礙。他們發現,當沒有複雜性的問題時,細菌可以適應不可預測性。 同時研究發現大腸桿菌對酸鹼值的酸性幾乎沒有適應性的問題。相較之下,細菌對鹽有明顯的適應問題,在初期很難適應這種應力。

更新日期 : 2018/09/18