探尋海洋的醫(yī)藥箱

《BBC科技聚焦：尖端探索》

BBC《聚焦》(Focus)雜志 編

張婧婧 譯 沈志俠 朱達(dá)一 黃錦維 審校

人民郵電出版社/2021.8/59.90元

在大多數(shù)潛水員的愿望清單上，泥漿和海綿可能不是很重要。但是，美國伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的科學(xué)家、探險(xiǎn)家布賴恩·墨菲將目光投向了潛伏在湖底的沉積物和粘在沉船殘骸上的黏糊糊的動(dòng)物。這是有充分理由的，他最近從密歇根湖帶回了一團(tuán)泥漿，其中所含的細(xì)菌可以合成兩種未知的分子。實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試表明，這類化合物對(duì)引起結(jié)核病的細(xì)菌是致命的，而結(jié)核病是一種現(xiàn)有藥物難以攻克的疾病。“幾百萬年來細(xì)菌一直在互相爭(zhēng)斗，”墨菲說，“我們只是利用了這種力量。”

在世界范圍內(nèi)，超級(jí)細(xì)菌的數(shù)量正在增加。早在2016 年，美國就有兩名患者被發(fā)現(xiàn)感染了對(duì)許多抗生素都有耐藥性的大腸桿菌，其中包括通常作為最后手段才開出的藥物。這是一個(gè)令人擔(dān)憂的趨勢(shì)——細(xì)菌在與我們用來殺死它們的抗生素的斗爭(zhēng)中占了上風(fēng)，并且由于我們對(duì)這些藥物的濫用，細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)正在增加。

“想要對(duì)付耐藥性就得找到新的化學(xué)物質(zhì)。” 墨菲說。

許多現(xiàn)代勘探者正在水下尋找這種新的化學(xué)物質(zhì)，他就是其中之一。

探索深處

從冰冷的極地海洋到灼熱的海底熱泉，從珊瑚礁到內(nèi)陸湖泊，覆蓋地球70%面積的廣闊水域是眾多生物的家園，包括許多進(jìn)化出復(fù)雜化學(xué)防御機(jī)制的動(dòng)物以及大量的微生物——人們認(rèn)為大約90%的海洋生物是微觀范疇的。從這些生物中，研究人員正在發(fā)掘能構(gòu)成新藥基礎(chǔ)的分子。

利用自然界獲取藥物不是什么新鮮事——服用一片阿司匹林，你的頭痛就會(huì)被從柳樹皮中提取的一種物質(zhì)緩解。隨著細(xì)菌耐藥性的不斷增強(qiáng)，人們希望大自然的“醫(yī)藥箱”里能有更多可供利用的藥物。成功的關(guān)鍵就在于篩選所有有效的化學(xué)物質(zhì)，從中找出可以對(duì)抗疾病的那些。“研發(fā)藥物的失敗率高得驚人，這已經(jīng)不是什么秘密了。”墨菲說，“很難找到一組不僅能針對(duì)特定疾病，而且能在極其復(fù)雜的人體環(huán)境中發(fā)揮作用的分子。”

為了解決這個(gè)問題，墨菲正在努力改善樣品采集的過程，因?yàn)檫@是近幾十年來藥物開發(fā)中少數(shù)幾個(gè)沒有發(fā)生重大變革的步驟之一。根據(jù)墨菲的說法，在原生地尋找分子是藥物開發(fā)的一個(gè)重要部分，所以他決定使用一種全新的資源：公眾。

與業(yè)余水肺潛水員聊天時(shí)，墨菲萌生了在沉船中尋找海綿的想法。這些不討人喜歡的動(dòng)物一生中大部分時(shí)間都待在原地，通過過濾水來獲取食物，其身體上寄生著成群的細(xì)菌。“細(xì)菌最多可構(gòu)成海綿中生物量的30%或40%。”墨菲解釋道。淡水海綿在美國五大湖地區(qū)隨處可見，但人們對(duì)它們幾乎一無所知。墨菲并沒有親自出去收集海綿——這是一項(xiàng)既耗時(shí)又成本高昂的工作。他推出了一個(gè)公眾科學(xué)項(xiàng)目，要求潛水員在外出時(shí)為他收集少量樣本。墨菲希望最終能繪制出海綿和細(xì)菌在五大湖的分布圖，使未來的工作更有效率，將精力集中在五大湖及其周邊最能出成果的地方。

多樣的海洋

當(dāng)生物勘探者在20 世紀(jì)50 年代首次把目光轉(zhuǎn)向海洋時(shí)，他們最初的目標(biāo)是珊瑚礁。這些熙熙攘攘、物種眾多的生態(tài)系統(tǒng)是值得一看的地方。它們擁有許多天然產(chǎn)物，其中一些已經(jīng)被成功地用于藥物開發(fā)。早期的發(fā)現(xiàn)之一是化療藥物阿糖胞苷，該藥物于1969年在美國獲得批準(zhǔn)，其最初是在佛羅里達(dá)群島礁石上的一塊海綿中被發(fā)現(xiàn)的。另一種名為“曲貝替定”的抗癌藥物來源于加勒比海的海鞘，該藥物自2007 年起在歐洲投入使用，自2015 年起在美國投入使用。

在其他地方，有些研究人員甚至在更深的海域?qū)ふ倚碌幕瘜W(xué)物質(zhì)。由馬塞爾·賈斯帕斯教授帶領(lǐng)的一支名為“藥海”的國際團(tuán)隊(duì)正在深海（包括海溝底部——海洋的最深處）尋找新的抗生素。賈斯帕斯將海溝稱為“負(fù)島”，因?yàn)樗鼈兿蛳虏迦牒４玻皇窍蛏下柶稹！懊織l海溝都可能經(jīng)歷了數(shù)百萬年的獨(dú)立演化。”他說道。賈斯帕斯和他的合作者將無人駕駛的探測(cè)器發(fā)射到幾千米深的海底，帶回了含有獨(dú)特細(xì)菌的泥漿。近年來，使這些極端生物能在實(shí)驗(yàn)室中存活的技術(shù)已取得了進(jìn)步，因此實(shí)驗(yàn)得以進(jìn)行。據(jù)賈斯帕斯稱，他們已經(jīng)進(jìn)行了大約10 萬次測(cè)試，目標(biāo)包括ESKAPE病原體。這6 種菌株對(duì)現(xiàn)有的多種抗生素表現(xiàn)出越來越強(qiáng)的耐藥性。

“藥海”團(tuán)隊(duì)的最終目標(biāo)是將范圍縮小到兩種可以大規(guī)模生產(chǎn)的化合物上，并將其用于臨床前的試驗(yàn)。迄今為止，他們最有希望的發(fā)現(xiàn)是能夠有效治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的化合物，尤其是針對(duì)癲癇和阿爾茨海默病。

未來的新方向

墨菲和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)收集了1500 多種水生細(xì)菌，并利用它們創(chuàng)建了小分子資料庫，用以篩選抵抗病原菌和癌癥的小分子。

競(jìng)賽已經(jīng)開始，生物勘探者們必須加快步伐。世界各地的珊瑚礁都在惡化，人類活動(dòng)也不斷威脅著地球上的海洋、河流和湖泊的健康和生物的多樣性。希望我們能在地球水質(zhì)病入膏肓之前找到所需的藥物和治療方法。