2014年12月2日

演化新招術

作者/程樹德(任教陽明大學微免所)

在四十多年前,我首度修習醫學微生物學時,就被那些個別病菌的繁雜特性,整得惶惶不安,不知如何面對考試。例如鮮黃圓亮的一個金黃葡萄球菌菌落,就可以生產五種細胞毒素,能殺死白血球、巨噬細胞、纖維芽細胞及紅血球等等,又可產生脫皮毒素,這是種奇特的蛋白質酵素,能把人表皮的顆粒層細胞與其下細胞層的的蛋白質鏈接切斷,讓整個表皮脫落,像是被開水燙過般。

細菌欲圖侵入寄主,故演化出了殺免疫細胞的毒素,這是較易了解的,但讓患者脫一層皮,其中的邏輯,就非有點想像力不可了,更怪異的,是它能製造及分泌十八種腸毒素,造成食物中毒,且讓我們看一則實例。

在1997年美國某地,參加了一盛大的退休歡送會後,其中十八人不幸中毒了,病徵是以嘔吐、噁心以及腹瀉為主,但同時有發燒及頭痛症狀者很少,只佔中毒者中十分之一,其後檢驗人員追蹤原因,發現宴會上的西式火腿肉(ham)含有金黃葡萄球菌的A型腸毒素,它雖是蛋白質所構成的大分子,但縱使被加熱後,也不會失掉活性。

原來這種退休聚會常由每人帶一道菜來參與,一位參加者在家預先煮了火腿,帶到辦公室後切片處理,就放在大塑膠容器內予以冷藏,次日才啟食。可能在煮後運輸及處理過程中,皮膚上或鼻腔內的細菌,因噴嚏而沾到肉上,讓細菌有了幾個小時的快樂滋長時光,同時製造出腸毒素,並分泌出來。

除了上述三類毒素,更猛的是毒性休克毒素,它能直接刺激免疫T 細胞,讓它分裂繁殖,並大量分泌細胞激素(cytokines),可讓血管壁上的內皮細胞破壞,因而造成血液滲漏到組織內,稱為猛爆性的紫皮症(purpura fulminans),並伴有發高燒、低血壓及多重器官衰竭,甚至瀰漫性的血管內血液凝結,死亡率頗高。這是某些特殊菌株,附在傷口或衛生棉上,能夠在有氧狀態下迅速生長後,分泌出來的毒素,它趁機進入血液循環後,所造成的急症。

這許多雜亂的致病因子,除了讓人得病或死亡,讓年輕學生大惑不解外,是否能讓老神在在的耄耋科學家有新的覺悟或智慧呢?由於我不僅教了多年細菌學,也教了多年演化生物學,深感演化思維極少滲透入醫學細菌學之教科書內,以致於其教科書內,似乎只是事實的堆砌,卻極少能讓人從病菌及演化的觀點,來了解它為何要寄生,為何有這麼多的毒素,以及它在寄主體外時如何生存?

由於葡萄球菌有很厚的細胞壁(也即是格蘭氏陽性細菌),而且普遍存在於大自然的環境中,這顯示在這類細菌的長期演化中,獨立生存,不寄生動物身上或人體內,該是其常態或無奈狀態,但因寄生方式有極大的生存利益,故它不放棄任何寄生的機會,而且利用毒素,來擴大它生存的利益。......【更詳細的內容,請參閱第540期科學月刊】

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