抗生素突破性進展！科學家終于弄清楚青霉素如何殺死細菌！

我們現(xiàn)在所熟知的青霉素是人類發(fā)現(xiàn)的第一種抗生素。它的問世結(jié)束了以細菌為主導致大規(guī)模傳染病的肆虐時代，拯救了上千萬被病痛折磨的人。那么青霉素又是怎么被發(fā)現(xiàn)的呢？

青霉素的發(fā)現(xiàn)

這就要提到英國的亞歷山大·弗萊明。第一次世界大戰(zhàn)期間，弗萊明是醫(yī)療隊的隊長。當時很多士兵由于戰(zhàn)爭受傷感染而死亡。雖然，在治療過程中已經(jīng)使用消毒水對傷口簡單的消毒，但是消毒水的作用是廣譜的，在殺死有害的細菌時，人體內(nèi)有用的細菌也被殺死了。

亞歷山大·弗萊明

于是，在之后的十幾年里弗萊明一直想找到一個更有效的殺菌方法。1927年，一篇關(guān)于導致醫(yī)院內(nèi)交叉感染的金葡菌變異的研究論文引起了弗萊明的注意。出于對論文的疑惑，他決定培養(yǎng)金葡菌，并探究變異的來源。

就這樣，又過了一年。恰逢一個假期，弗萊明決定放松一下，他將金葡菌置于培養(yǎng)皿中便離開了。而當他再度回來時，卻發(fā)現(xiàn)金葡菌由于污染長了一大團霉，而在霉的周圍，原來生長旺盛的金葡菌竟然都消失不見了！并且離霉越近，金葡菌越少。

弗萊明并沒有把污染的皿丟掉，而是認為可能是這種霉能分泌一種能夠殺死金葡菌或阻止其生長的物質(zhì)所致，他把這種物質(zhì)稱為青霉素。

青霉素的提取

1929年，弗萊明因為對青霉素的發(fā)現(xiàn)在《新英格蘭醫(yī)學》上發(fā)表了論文，但是應用青霉素到人體殺菌卻一直沒有實現(xiàn)。原因是青霉素的提純困難，導致無法大量生存。

之后又到了第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，由于大量的傷員，迫切的需要藥品進行救治。促使科學家們對青霉素的提取制造進行大量的研究，最終實現(xiàn)了青霉素的大量生產(chǎn)。

青霉素使用的現(xiàn)狀

自從青霉素大量在臨床上使用，一開始病人的用量只需要20萬單位，而后僅僅過了半個多世紀，一個病人每次青霉素的用量達到了近100萬單位，用量幾乎增加了近5倍！于是，一個更加深刻的問題出現(xiàn)了。由于人們長期大量使用青霉素，導致很多致病菌對青霉素產(chǎn)生了耐藥性，甚至能夠破壞青霉素的殺菌活性。

青霉素殺菌治病機理主要是抑制細菌細胞壁的形成，但是青霉素又是怎么殺死細菌的呢？如果弄清楚了青霉素作用的具體機制可能打破青霉素使用面臨的耐藥性問題。

近日，由謝菲爾德大學（University of Sheffield）的科學家為主、包括來自中國廈門大學、捷克共和國馬薩里克大學等研究小組在《美國國家科學院院刊》發(fā)表論文“Demonstration of the role of cell wall homeostasis in Staphylococcus aureus growth and the action of bactericidal antibiotics“，研究證明細胞壁穩(wěn)態(tài)在金黃色葡萄球菌生長中的作用和殺菌抗生素的作用，第一次揭示了β-內(nèi)酰胺類抗生素（包括青霉素、甲氧西林等）的作用機制。

謝菲爾德大學的研究團隊專注于研究人類病原體金黃色葡萄球菌，以及研究細菌如何維持其*的細胞壁，抗生素是如何破壞這些維持機制以殺死病菌。

在了解這些抗生素具體作用機制之前，需要先弄清楚細菌的細胞壁結(jié)構(gòu)。細菌的細胞壁主要由肽聚糖組成，并且肽聚糖有利于維持細胞壁的機械強度。而合成肽聚糖也是細菌*的能力。

細菌的細胞壁對細菌的生長，分裂和存活都至關(guān)重要。β-內(nèi)酰胺類抗生素（如青霉素、甲氧西林、頭孢菌素）和非β-內(nèi)酰胺類（如萬古霉素）都是攻擊細胞壁肽聚糖以抑制細菌感染。

在早期的研究中，研究團隊使用原子力顯微鏡觀察到細菌細胞壁的肽聚糖分子結(jié)構(gòu)似一種膨脹的水凝膠，而外表面是包括多孔的開放的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面更加光滑，致密。基于這種結(jié)構(gòu)，科學家們確定了金黃色葡萄球菌生長、分裂中協(xié)調(diào)肽聚糖合成和水解的作用以及抗生素誘導的殺菌作用。

“80 多年來，青霉素和其他同類抗生素一直是人類醫(yī)療保健的核心，挽救了超過 2 億人的生命。然而，它們的使用受到全球抗菌素耐藥性傳播的嚴重威脅。"謝菲爾德大學生物科學學院的西蒙福斯特博士說道。

“專注于超級細菌 MRSA （耐甲氧西林金黃色葡萄球菌），我們的研究表明，抗生素導致形成跨越細胞壁的小孔，隨著生長過程的一部分逐漸擴大，最終殺死細菌。我們還確定了一些參與制造孔洞的酶。"

研究人員還發(fā)現(xiàn)，雖然在抗生素存在的情況下，抑制肽聚糖水解酶活性會減少對細菌的殺傷，但由于磷壁酸（一種強化細菌細胞壁的共聚物）的喪失導致水解酶活性的失調(diào)會增加死亡率。

福斯特認為，他們的發(fā)現(xiàn)深入了解現(xiàn)有抗生素的工作原理，并為全球抗微生物藥物耐藥性大流行的情況下進一步開發(fā)治療提供了新途徑。