出品：科普中國
製作：顏飛（中國科學院青島生物能源與過程研究所）
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
據中新網報導，新型超級細菌席捲多國，美國感染者近半數在90天內喪命！
「超級細菌」這個字眼並不是第一次霸據螢屏，短短十幾年間它曾多次登上各大媒體的頭條。
KPBS Public Media（KPBS大眾傳媒）曾報導過加州大學教授Tom Patterson與病魔戰鬥的傳奇事跡。
Patterson與妻子遊覽埃及金字塔時突感身體不適，被當地醫院診斷為胰腺炎。在接受治療後Patterson的病情卻持續惡化，於是妻子立刻將他轉移到了德國最好的醫院。德國的大夫對Patterson做了全面的檢查後拿著診斷報告找到了妻子。
「Strathdee女士，這裡有一個好消息和一個壞消息。」
「呃……」
「好吧，好消息就是Patterson並沒有得胰腺炎。」
「太好了！」
「壞消息就是他感染了超級細菌——『鮑曼不動桿菌』。」
「天啊！」
超級細菌：自然界的超級bug
世間萬物生生相剋才能維持自然界的生態平衡，而超級細菌卻不斷地挑戰著這一生存法則。
超級細菌（Superbacteria）, 泛指對多種抗生素具有耐藥性的細菌，又稱「多重耐藥性細菌」。抗生素的濫用，可以說是細菌進化成耐藥菌的一大推手。
圖片來源：http://www.163.com/
2016年霍金就在《衛報》上發出警告：「也許不用外星人或隕石撞擊出手，人類濫用抗生素所致的『超級細菌』就足以顛覆世界秩序。」從長遠來看，濫用抗生素莫過於「飲鴆止渴」。人類一手打造的超級細菌，反過頭來又毒害著人類。在上文提到的「鮑曼不動桿菌」就是全球六大「毒梟」之一。
鮑曼不動桿菌（圖片來源：https://en.wikipedia.org/）
眼看著Patterson危在旦夕，醫生們已經向超級細菌舉起了白旗。妻子Strathdee對醫生們說：「也許我可以試試！」原來妻子Strathdee的真實身份是加州大學聖地牙哥全球健康研究所的所長兼傳染病流行病專家！
Strathdee認為既然主流醫學對超級細菌束手無策，就應該另闢蹊徑。面對有35億年進化歷史的細菌，人類唯有到遠古時代去尋找擊敗它的武器。Strathdee歷經千難萬險最終找到了這把「上古寶劍」——噬菌體療法。
噬菌體：人類的「病毒僱傭軍」
噬菌體是一種可以感染和殺滅細菌的病毒，利用該特性可以將噬菌體用於抗菌治療。
鑑於抗生素抗菌的良好療效，噬菌體療法漸漸被人們拋之腦後。直到超級細菌的出現，才使得這把 「上古寶劍」得以重出江湖。
噬菌體病毒結構簡單，靠兩種方式繁殖
噬菌體結構簡單，只由核酸和蛋白質外殼構成。
包括T4噬菌體在內，大多數噬菌體呈「複合對稱殼體結構」，其頭部呈二十面體對稱，尾部呈螺旋對稱。在幾何學立方對稱結構中，以二十面體容積最大。因此採取此種蛋白結構，使得噬菌體可以包裝更多的核酸。
圖片來源：https://en.wikipedia.org/
噬菌體在自然界中的含量極其豐富，約為107 /cm3，我們每天隨食物就可吃下大量噬菌體。
根據繁殖方式可分為溶菌性和溶原性噬菌體。
1、溶菌性噬菌體
溶菌性噬菌體是把自己的基因組注入到宿主菌內進行編碼和複製，組裝成子代噬菌體後裂解宿主菌， 釋放出子代噬菌體。
2、溶源性噬菌體
溶源性噬菌體將基因整合於細菌染色體上，隨細菌染色體的複製而複製，並隨細菌分裂而分配至子代細菌的染色體中，從而達到共存狀態。偶爾可自發地或在某些外界因素的刺激下，進入溶菌性周期，導致細菌裂解。
根據溶菌性噬菌體的這一特性，可將噬菌體作為抗菌製劑來治療相關的細菌感染疾病。
那麼噬菌體是如何吃掉細菌的呢？
以T4噬菌體為例，其溶菌周期包括吸附、注射、合成、裝配和釋放五個階段：
吸附：吸附是病毒複製的第一步，也是成功的關鍵。T4噬菌體尾部的尾絲蛋白可與宿主細胞壁上的受體蛋白特異性結合。
注射：噬菌體通過尾部收縮將衣殼內的核酸注入宿主細胞內。
合成：噬菌體基因組利用宿主細胞合成核酸和蛋白質的場所、原料、能量，完成自身大分子的合成。
裝配：噬菌體大分子以一定方式結合，組裝成完整的子代噬菌體，標誌著噬菌體的成熟。
釋放：T4噬菌體裝配完成後以裂解的方式釋放，釋放出的子代病毒又可繼續感染新的細菌，啟動新一輪的溶菌周期。
T4噬菌體溶菌周期（圖片來源：https://en.wikipedia.org/）
亮劍！噬菌體VS超級細菌
相比傳統的抗生素療法，噬菌體療法有諸多優勢。
其一，噬菌體是可以複製的「活藥」，只需小劑量給藥；其二，抗生素的使用容易引起細菌的耐藥性，而噬菌體與細菌在自然界中共同進化，因此能克服細菌抗性；其三，抗生素的廣譜性導致其會對人體的有益菌產生不同程度的損害，破壞體內菌群環境，而噬菌體的專一性則賦予了我們精準打擊的能力。
噬菌體感染細菌（圖片來源：scitech.people.com.cn/）
1、噬菌體雞尾酒療法
大多數噬菌體菌株的寄主範圍過於狹窄，也在一定程度上限制了噬菌體的臨床應用。將多種具有不同裂菌譜的噬菌體製成混合製劑，就像「雞尾酒」，這種製劑可以很好的解決這一問題。
噬菌體雞尾酒療法已被成功應用數十年，由於具有廣譜性，且可降低耐受細菌出現的頻率，仍是目前噬菌體治療主要發展方向之一。
2、噬菌體的基因編輯
合成生物學的興起，使得噬菌體的遺傳改造搭上了快車。
溶菌性噬菌體在裂解細菌的同時，會造成細菌內毒素的大量釋放，引發機體的炎症反應。利用遺傳改造生產複製缺陷或裂解缺陷的噬菌體可避免這一問題。同樣，基因編輯也可以賦予噬菌體對細菌的廣譜性。
3、噬菌體編碼產物
研究發現噬菌體通過「早期蛋白」挾持宿主資源，完成其複製增殖過程。早期蛋白有幹擾宿主細胞DNA複製、抑制細胞正常分裂等功能。目前已利用早期蛋白設計出多種小分子抗菌化合物。
同時，相比活性噬菌體，噬菌體裂解酶具有不可增殖、易於定向操作、較少細菌抗性影響等優點，包括內溶素在內的噬菌體裂解酶已被用於多種細菌感染的防治。
多虧噬菌體療法挽回了Patterson教授的生命，時年70歲高齡的他擁抱著妻子和兒女，對救命恩人感激涕零：「噬菌體療法對我來說是一個奇蹟，也意味著數百萬人在未來有了被治癒的希望。」
霍金老先生雖已仙逝，但他對世人的警示卻依舊迴蕩在我們的耳邊。當代的科學家將會竭盡全力地對抗超級細菌，人類在抗生素濫用的道路上終將懸崖勒馬。
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