Only Perception: 新療法？科學家能破壞霍亂的通訊方式

2007-11-15

新療法？科學家能破壞霍亂的通訊方式

Scientists break cholera's lines of communication
http://www.physorg.com/news114270009.html

November 14, 2007

普林斯頓（Princeton）的科學家在細菌如何彼此溝通中發現一個關鍵機制，這是一項重要突破，能導致霍亂與其他細菌性疾病的新療法產生。

該機制是一種化學物質，霍亂（弧）菌用來對彼此傳遞訊息，稱為 CAI-1，而且已被實驗室的分子生物學家 Bonnie Bassler 分離出來。她的團隊證實，這種化學物質也能用來中斷現存細菌之間的通訊，有可能終止疾病的發展。這項發現能致使全新種類的抗生素出現。

"治病性細菌利用化學語彙來彼此交談，而現在我們能干擾它們的談話以控制傳染，" Doug Higgins 說，Bassler 實驗室的畢業生，也是這項發現的第一作者。"這篇論文專門關心霍亂，不過在原則上，它提供了我們也能對任何細菌辦到這件事的證明。"

藉由探索細菌如何通訊能夠知道它們的群體行為，該團隊能夠準確的施以一種化學方法來破壞對話。該團隊的報告出現在 11/14 線上版的 Nature 上。

這些發現代表了科學界在企圖了解「數量感應（quorum sensing，群體感應）」效應的最新進展，這是在細菌研究中相對較新的一種主題。Quorum sensing，Bassler 的實驗室已探索超過 10 年，關心單細胞細菌感知「被其他稠密細菌族群包圍」的能力。它們藉由散發出其同類能夠識別的化學訊息來傳達它們的存在。當訊息足夠強烈時，細菌會一起回應，舉止如一群體。

這些微小生物的的某些群體行為相當無害，例如在池塘表面形成一層薄薄的、廣泛散布的菌落 -- 這樣的菌落科學家稱之為生物膜（biofilm）。這些生物膜也能夠在人體腸道內形成，在那裡有許多細菌與人體和平共存，幫助消化。然而，某些細菌就不怎麼仁慈了，例如霍亂（cholera），這種疾病通常因喝到受污染的水而得到。當霍亂的生物膜在腸道內形成，這些細菌侵略者只需數小時就能夠到達其感染的最大破壞階段。

"形成一層生物膜是霍亂發展中的決定性階段之一，" Bassler 說，分子生物學 Squibb 教授，同時也是該小組的首腦。"它們以一種黏糊糊的的東西將自身覆蓋住，那是一種對抗抗生素的防護罩，讓它們能快速生長。當它們感知它們的數量足夠時，它們就會試圖離開身體。"

霍亂菌使用人類腸道當成滋生地，當足夠數量的霍亂菌在該處長成時，它們會企圖逃脫，並尋找其他生物感染。它們讓自己在腸道內分離，並且從它們釋放到體內的毒素中獲益。這些毒素會刺激身體，而身體會企圖透過嘔吐與腹瀉將細菌沖出。由於該作用如此激烈，如果人體不趕快補充水分，犧牲者在一日之內就會死亡。

Bassler 的團隊領悟到，當時間正好該停止繁殖並離開體內時，霍亂必須要以某種未知化學物質來對彼此發出訊號。不過在此之前沒有人找到它。

"我們一般都知道細菌透過 quorum sensing 彼此交談，不過我們不知道霍亂使用哪種特定的化學言辭，" Bassler 說。"Doug (Higgins)，引領完成需要將那描繪出來的困難工作。"

Higgins 將 CAI-1 化學物質分離出來，那會在霍亂中自然產生。接著，Megan Pomianek，普林斯頓化學教授 Martin Semmelhack 實驗室的畢業生，決定出該如何在實驗室中製造出這種分子。Higgins 在本質上利用這種化學物質在實驗室試驗中控制霍亂的行為。

該團隊發現，當缺乏 CAI-1 時，霍亂菌會扮演成病原體。不過當細菌偵測到足夠數量的化學物質後，它們反而會停止製造生物膜，然後開始釋出毒素，感知是該離開人體的時候了。

"我們的發現證明，如果你提供 CAI-1 給霍亂，你能翻轉它們的開關以停止攻擊，" Higgins 說。

Wisconsin-Madison 大學的化學家 Helen Blackwell 讚揚這項研究，稱它是 quorum sensing 研究，而且也許是醫學，的一項突破。

"有很多其他病菌，如葡萄球菌（staph）、大腸桿菌（E. coli）像霍亂一樣，使用同一種類型的發訊機制，" Blackwell 說，一位化學助教授。"許多人正在尋找能夠禁止發訊過程的方法，而你能夠想像利用這種過程來「關閉」霍亂。那暗示一種直接進入臨床的直達途徑。"

這個領域離掌握一本完整的細菌化學語彙辭典還很遙遠，Bassler 說，而且這些辭彙在臨床應用開發之前得先了解的更透徹。不過這次發現是種鼓勵。

"我們必須證實 CAI-1 能夠治療實驗室當中的老鼠，" 她說。"我們也想了解這種分子如何在細胞內製造。在這段期間，對於霍亂的最佳治療是提供這個世界乾淨的飲水。"

※ 相關報導：

＊ The major Vibrio cholerae autoinducer and its role in virulence factor production
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/abs/nature06284.html

Douglas A. Higgins, Megan E. Pomianek, Christina M. Kraml,
Ronald K. Taylor, Martin F. Semmelhack & Bonnie L. Bassler
Nature advance online publication 14 November 2007
doi:10.1038/nature06284