2009年11月6日

昆蟲為何不會吃壞肚子─談昆蟲的抗病性和抗藥性

作者/朱耀沂(台灣大學昆蟲系名譽教授)

從原始型昆蟲的生活型態推測,昆蟲的食性是從以腐植質為主的雜食性開始,而後發展出植食性,其中部分種類又轉向營養濃縮的食物,走上肉食者之路。較晚出現於地球的昆蟲,礙於食物資源已被先出現者所掌握,不得不另起爐灶,開闢尚未被利用的新資源。例如雙翅目昆蟲中,有蛀入植物體內生活取食的果實蠅和潛蠅,還有以動物屍體、排遺為食物的屍食性、糞食性或腐食性種類。其中腐食性種類所攝取的食物營養價值雖高,卻是多種病原菌的滋生源。這些生活在此並取食它維生的昆蟲為何不會染病,是值得探討的。

昆蟲雖然沒有免疫機制,但牠們有一套對抗病原菌的獨特方法:

一、以外骨骼為屏障:外骨骼構造堅硬,不透水、不透氣,兼備物理、化學防禦線之作用。過去僅知昆蟲會利用它的物理特性,阻止病原菌入侵體內,然而最近的研究顯示,形成外骨骼的真皮細胞,甚至角質層,在必要時還會分泌酚或抗菌性蛋白質,來對付病原菌。

二、利用相當於人體白血球的血球來噬菌:昆蟲的血液(即體液,又稱為血淋巴)裡雖然沒有紅血球,但另有五種對付異物的血球,例如顆粒細胞(granularcell)與血漿細胞(plasmatocytes)。這些細胞會突出膜狀物或偽足包圍外來的微生物,將它吸收進細胞內。

三、以抗菌性蛋白質為最後防線:抗菌性蛋白質通常不存在或僅以低濃度存在於昆蟲體內,但只要昆蟲體內一有狀況,它就會立刻提高濃度,以發揮防禦作用。至今從昆蟲身上已發現兩百多種抗菌性蛋白質,在此只針對在獨角仙、斑蚊體內發現的防禦素(defensin),略作介紹。

防禦素是由34~51個胺基酸殘基所組成,分子量約4000,和其他抗菌性蛋白質的分子量(3000~4000)接近。這些蛋白質能提高細菌細胞膜的透過性,使細菌細胞內的物質漏出,而發揮殺菌功效。這種殺菌機制,和抗生素直接破壞細菌細胞膜的作用機制完全不同。研究顯示,來自昆蟲的抗菌性蛋白質,在對抗一些對多種抗生素產生抗藥性的細菌時,具有甚佳的殺菌效果,因而被視為新型抗生素的來源,受到醫藥人員的重視。

不過這些蛋白質的分子量較大,直接施用於高等動物體內時,必定會被認作外來異物,而受到白血球等的圍攻,因此必須讓它們小型化,或是找出低分子量的抗菌性蛋白質或胜(peptide)等,以逃過白血球的噬菌性攻擊。過去昆蟲病理學的應用,多注重於如何利用病原菌來殺死害蟲,即微生物防治。當然我們不能否定此方面研究的重要性,但若換個角度,從「昆蟲為何不會生病」來考量,將會開啟不同的視野,擁有更大的發展空間。

昆蟲除了有對抗病原菌的機制外,也有抵抗有毒化學物質的功能,站在我們的立場來看,那就是「抗藥性」。在有關害蟲防治的書中,可以看到以下的描述:「在該蟲族群中,有一些對殺蟲劑抗性較高、不易致死的蟲隻,經過殺蟲劑噴施選汰後,牠們在族群中所占的比率逐漸升高。這些具有抗性的蟲隻彼此交尾後,又產生抗性更高的蟲隻……。」【更詳細的內容,請參閱第479期科學月刊】

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