蛋白质科学与现代医学的关系之抗生素

《科学生活》：人类对蛋白质的研究经历了一个怎样的发展过程？

雷主任：从食用蛋白质开始，旧石器时代，人类学会加热熟食，就是蛋白质的热变性;在公元前2世纪，人类学会了制作豆制品，这是利用了蛋白质的化学变性;1796年，科学家发明了成熟的疫苗;1884年，科学家成功分离出病毒;到了1929年，抗生素被发现;1953年，我们掌握了蛋白质编码与合成机制;1958年，实现了蛋白质三维结构的成功解析;1965年，我们实现了蛋白质的人工合成;到了1982年，我们已经开始使用上蛋白质药物，等等。从中，我们可以看出蛋白质的研究史就是人类认识自身和征服疾病的过程，与疾病斗争是人们进行蛋白质研究的重要目标。

从古至今，人类历史上发生过多次危及生存的瘟疫、战争，医学的发展也在随之不断进步。古代时，发生一次鼠疫会死亡数千万人，随着人类对于疾病的理解以及预防、治疗有所改进之后，2002年SARS肆虐，一共死亡835人。实际上，这些疾病的严重程度上都差不多，由于现代医学和生命科学的进步，使得我们控制疾病的能力大大增强了。

《科学生活》：抗生素是现代人很熟悉和常用的一类药物，它为人类的健康起到了保驾护航的作用，那么，最初抗生素是如何被发现的呢？

雷主任：抗生素是由某些微生物在生命活动中产生的，对某些其他病原微生物具有抑制或杀灭作用的化学物质。主要作用机制有抑制病原微生物蛋白质合成、阻断细胞壁合成、抑制复制和转录，破坏细胞膜通透性，抑制叶酸合成等。

1929年，英国细菌学家弗莱明在培养皿中培养细菌时，发现从空气中偶然落在培养基上的青霉菌长出的菌落周围没有细菌生长，他认为是青霉菌产生了某种化学物质，分泌到培养基里抑制了细菌的生长。这种化学物质便是最先发现的抗生素—青霉素。

青霉素的发现是一件非常重要的事件，尤其是在二次世界大战期间，英国青霉素的生产对于欧洲和亚洲战场上挽救盟国受伤士兵的生命起到了非常重要的作用。所以，青霉素被誉为是二次世界大战的三大发明之一，第一大发明是原子弹，第二大发明是雷达，第三大发明就是青霉素。青霉素还被评为20世纪最重要的药物。

在青霉素出现之后，又陆续出现了其他种类的抗生素。1947年，美国微生物学家瓦克斯曼又在放线菌中发现并且制成了治疗结核病的链霉素。这也是一种很重要的抗生素。我们所知道的几大传染病都是通过抗生素而有效治愈的。

《科学生活》：抗生素与蛋白质之间有什么微妙的关系呢？

雷主任：两者的关系非常密切，抑制病原微生物中蛋白质的合成是抗生素的作用机制之一。

我们知道，核糖体是一个很重要的生物大分子，它是合成蛋白子最重要的物质基础，人体里有核糖体，细菌里也有核糖体，当然两者的核糖体是不同的。细菌里的核糖体根据它的DNA来生产它需要的蛋白质多链。当抗生素出现时，就会有效地阻断这个合成的过程，使得细菌生产蛋白质的过程被有效地抑制了，当细菌没法产生它需要的蛋白质的时候，也就死亡了。可见，抗生素与蛋白质直接的关系非常密切。

《科学生活》：众所周知，抗生素在中国的使用现状是非常令人担忧的。中国是抗生素使用大国，也是抗生素生产大国。年产抗生素原料大约21万吨，除了出口3万吨，其余的抗生素全部我们自己使用，包括医疗与农业使用，我国抗生素的人均年消费量138克左右，是美国的10倍。我国每年有20万人死于药品不良反应，其中有40%死于抗生素滥用。滥用抗生素为什么会发生这么严重的后果呢？

雷主任：这是因为细菌比人类有一个更加优势的地方就是细菌变异的速度非常快，或者说是细菌的基因组具备多样性的特点。基因组的多样性就出现一个问题，就是我们使用抗生素的过程实际上是加速了细菌的自然选择的过程。

我们人类从远古到现在，经历了漫长的自然选择，变成了今天的基因组状态，我们适应了现在的生活，适应了现在的气候。细菌也是一样的，抗生素相当于是自然选择的一个方式，如果说某一种抗生素比如青霉素，抑制了细菌细胞壁的生成，那么大部分的细菌会被这种方式杀掉。如果有个别的细菌，它的基因有所突变，它的细胞壁的生成不被青霉素所抑制，这个时候，我们过度地使用青霉素的一个不良作用就是使得能够抑制青霉素作用的这样的细菌大量地繁殖，所以过度使用抗生素就是在有效地筛选那些抗药性的细菌。所以，抗生素是一把双刃剑，用好了，可以抑制很多细菌，使人体保持健康;用得太多了，就会更有效地筛选对我们身体造成危害的细菌。

耐药性的存在并不是自抗生素大量使用后才开始的，也是依照物种之间互相对抗求生存的法则。所以，细菌便发展出对抗抗生素的方法，耐药性是物竞天择的结果。然而，自发现抗生素以后至今，大量使用抗生素使得只有对抗生素产生抵抗力的细菌能够存活下来，于是，具有抗药性的病菌就越来越多，人类用来对抗病菌的武器“抗生素”，其有效性愈来愈小。

现在，超级细菌已经出现了，世界各地都有。这类细菌，我们现有的抗生素都不能有效地来预防它或杀死它。这是一个非常可怕的事情，因为如果超级细菌变成了全球流行的传染病或是大的灾难，人类缺乏有效的解决方案，必将造成大量的人员死亡。所以，这是我们面临的一个很重要的挑战。

另外，大家知道，我们人体是人和很多微生物共存的。我们的肠道里面有很多的益生菌。对于益生菌来说，抗生素也是有作用的，益生菌的蛋白质生成也会被抗生素所抑制。所以，过度使用抗生素对身体内部有益菌类也是会有非常大的杀伤作用的，使得人体不能保持正常的新陈代谢，这也是一个不可忽视的问题。

滥用抗生素引起细菌耐药，细菌耐药产生的速度远远快于我们新药开发的速度。自1960年至2000年，40年间没有新的抗生素出现。长此以往，我们可能会退回到七、八十年代以前的状态，没有更好的抗生素使用，人类将再一次面临很多感染性疾病的威胁。