想象一下,下次你感染胃病,抗生素失效时,你喝下一小瓶透明液体。这种溶液中充满了噬菌体,这种病毒类似于微型火箭。这些良性微生物专门附着并摧毁细菌,你的感染会在几天内清除。记者莉娜·泽尔多维奇在她新书《活的药物:一种救命疗法如何差点被遗忘——以及为何它将在抗生素失效时拯救我们》中写道,这样的未来触手可及。这本书记录了一种几十年历史的、有时变化无常的感染治疗方法的历史,美国科学界长期以来一直忽视这种方法,而偏爱抗生素。
随着微生物发展出越来越聪明的方法来躲避抗生素,一些科学家已经重新转向噬菌体,从废水中捞取它们,并在实验室和临床中测试它们杀死病原体的能力。目前正在进行实验性试验,以测试噬菌体疗法对抗诸如志贺氏菌、耐万古霉素肠球菌以及与克罗恩病有关的大肠杆菌菌株等超级细菌。一些食品工业生产商已经在使用食品和药物管理局批准的“噬菌体喷雾剂”来为其生菜或香肠等产品消毒。(美国公众尚未批准将这种疗法用于医疗用途。)
《大众科学》与泽尔多维奇谈论了噬菌体和抗生素之间的区别、噬菌体实验的历史,以及该疗法未来在美国的潜在监管和使用。
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[以下是采访的编辑稿。]
普通人应该对抗微生物耐药性有多担心?
我为这本书采访的许多科学家告诉我,他们非常担心下一次大流行将是细菌性的,因为我们正在失去我们的抗生素盔甲。2019年,我找到一项统计数据,显示每15分钟,美国就有人死于抗生素耐药性感染。我简直无法理解。而且新冠疫情使情况变得更糟,因为人们病得更重,使用了更多的抗生素。联合国已经做出了一些可怕的预测,如果我们继续像往常一样,并且在2050年之前找不到任何可行的替代过时抗生素的方案,我们将开始因感染而失去数百万人。
是什么在驱动这种耐药性?抗生素的过度使用,还是对单一类型疗法的依赖?
耐药性是进化不可避免的副作用:我们想要击败的生物体会总是发展出自己的防御机制。但我们当然也在医学和农业中过度使用抗生素。在主流媒体中,很多人强调人们要求使用不必要的抗生素。但是,大型农业起着更大的作用。当你给牛、猪或鸡喂食抗生素时,它们会把抗生素排泄到环境中,在那里,药物会继续造成损害。它们杀死某些土壤细菌,但不是全部。因此,成功的突变体出现在土壤和水中。然后它们可以到达我们的餐盘上,我们食用它们,并因此生病,并且没有可行的治疗方法了。医院也是超级细菌的滋生地,因为它们需要无菌环境。
科学家们正在探索哪些可能的解决方案,噬菌体在其中处于什么位置?
噬菌体是仅感染细菌的病毒。它们的生物机制与我们细胞的机制不匹配,但与细菌的机制几乎完美匹配。病毒附着在细菌上,挤入内部,繁殖,然后使细胞破裂。细菌可能会对捕食它的噬菌体产生耐药性,但由于进化,噬菌体也可以进化出更多的机制来附着在细菌上。噬菌体和细菌已经并肩进化了数百万年。自然界中存在数万亿计的噬菌体。研究噬菌体的科学家说,它们是取之不尽的资源。
替代方法包括在自然界中寻找新的抗生素。[青霉素,第一种天然来源的抗生素,来自霉菌。]但这比找到合适的噬菌体需要更长的时间,而且现在更难做到。你也可以使用人工智能来设计抗生素,并在实验室中合成它们。
您认为噬菌体目前是否受到足够的关注或投资?
我认为它们终于来到了科学前沿。噬菌体最早是在1917年被发现的——早于抗生素。在20世纪20年代和30年代,[噬菌体]有过一段非常辉煌的时期。在某些情况下,它们是唯一的救命感染药物,几乎世界各地的医生都相当成功地使用了它们。但是,随后公司开始推销噬菌体用于它们无法做到的事情(例如治愈病毒性疾病、真菌感染或过敏症),两位著名的美国医生[Monroe Eaton 和 Stanhope Bayne-Jones] 确定噬菌体的使用过于不可预测。此后不久,我们得到了抗生素,我们几乎完全忘记了噬菌体。
东欧和前苏联国家一直将噬菌体与抗生素一起使用,因为抗生素难以制造。例如,在苏联,抗生素经常短缺,因此医生会去河边,找到一堆噬菌体,在实验室中进行测试并使用它们。这是一种不同的心态。在美国,我们崇尚便利性和稳定性。抗生素比噬菌体具有更长的保质期;它们可以制成药丸;而且你不需要进行大量测试来确定要靶向的病原体。
现在,我们面临着抗生素耐药性的紧迫问题,更多的资金正在流入噬菌体研究。在21世纪初,先驱们告诉我,不可能获得任何资金。这种情况一直在改变,可能在过去八年左右。
说绝望迫使 FDA 考虑噬菌体疗法是否公平?
用“绝望”这个词并不为过。我认为真正的转折点是汤姆·帕特森的案例。2015年,帕特森[加州大学圣地亚哥分校的研究员]在埃及旅行时感染了一种抗生素耐药性细菌,名为鲍曼不动杆菌,当时他和他的妻子斯蒂芬妮 [斯特拉斯迪] 一起在那里度假。斯蒂芬妮本人也是一位科学家,因此她开始寻找替代疗法,并偶然发现了噬菌体。汤姆的医生对这个概念有些熟悉,并说他愿意尝试任何可能有效的方法。因此,斯蒂芬妮联系了[德克萨斯A&M大学]和海军的一位研究人员,医生最终给汤姆开了一种抗生素和噬菌体的混合疗法[在 FDA 的特殊豁免下],杀死了这种细菌。
后来我了解到,FDA 实际上想看到像汤姆这样的案例。汤姆的治疗效果很好[作为原理验证],因为他的病情非常严重,并且他的治疗过程有充分的记录。在那之后,资金开始涓涓细流般涌入。当我在写这本书时,有50项临床试验。现在有更多了。它们都处于不同的阶段。
其中一些试验进展到什么程度了,它们面临哪些障碍?
一切都从 1 期临床试验开始,在 1 期临床试验中,你只需要在少量参与者中证明安全性即可。临床试验过程很缓慢——而且是有原因的:你不想推出可能弊大于利的东西,对吧?因此,噬菌体仍然处于相当早期的阶段。我相当乐观地认为,我们在美国正朝着正确的方向前进。我只是不知道我们还剩下多少时间。一些欧洲噬菌体研究人员告诉我,他们认为我们的监管机构需要一种更好的方法来批准这些疗法,而不必一定在个案基础上批准。在欧洲,尤其是在德国,规则稍微不那么严格。
目前正在研究的许多噬菌体都能摧毁胃病细菌。如果你静脉注射噬菌体而不是吞服它们,你能否靶向更广泛的病原体?
我们对体内会发生什么没有确凿的了解。对于任何肠道或泌尿道感染,噬菌体都可以发挥很大作用。静脉注射?那是另一回事了。
感觉最终噬菌体疗法的批准是不可避免的,还是该领域可能会因可怕的不良反应而脱轨?
我认为人们足够坚定,因为我们没有替代方案。而且人们一直对抗生素有不良反应,但这些药物仍然在市场上销售。没有它们,情况会更糟。
一般来说,如果噬菌体制备正确,不良反应非常不可能发生:如果你静脉注射噬菌体,噬菌体溶液必须非常非常纯净,没有细菌碎片[免疫系统会强烈排斥这些碎片]。否则你的系统可能会进入中毒性休克。一百年前,没有任何好的技术可以充分净化溶液,但今天这不再是问题。
还有一个问题是,免疫系统会在多大程度上攻击噬菌体本身,[可能会限制治疗的功效]。我们没有足够的信息来了解这一点。为了使噬菌体发挥作用,它需要在免疫系统摧毁它之前消除感染。
科学家是否有可能设计出具有所需特性的噬菌体,例如,更容易躲避免疫系统的能力?
他们可能可以。如果你知道用什么基因替换哪些基因,你就可以设计出更强大的噬菌体。你也可以在一种混合物中施用多种噬菌体。基因工程通常对制药公司很有吸引力,因为你不能单独为噬菌体申请专利——它是一种天然生物——但如果你对其进行调整或与其他成分结合,你就可以为该产品申请专利。
监管机构如何加快这一进程?
这很复杂。我不太写政策方面的东西,但我想象 FDA 可以像监管流感疫苗一样监管噬菌体。监管噬菌体的一个问题是它们会进化——随着时间的推移,甚至在人体内也会进化。考虑到它们在体内繁殖,你如何确定剂量?我们喜欢有衡量的东西,但对于噬菌体,你几乎必须信任大自然来做它所做的事情。