抗生素耐药性是一个日益严重的全球性危机。世界卫生组织(World Health Organization)发现,“世界各地的抗生素耐药性正升至危险的高水平”,美国疾病控制中心(Center for Disease Control)称这是“我们这个时代面临的最大公共卫生挑战之一”。
抗生素改变了现代医学,延长了世界各地的预期寿命。但是,过度处方加速了细菌的自然进化。肺炎、肺结核、血液中毒和食源性疾病等疾病正在适应适应标准抗生素的治疗。更令人担忧的是,像假丝酵母菌这样的新出现的病原体,一种所谓的“超级病菌”,毒性和抵抗力极强,一家医院不得不拆除天花板和地砖来彻底消灭它。很明显,开发新一代药物对这些快速适应环境的微生物的作用有限。我们迫切需要新的策略来对付这些危险的细菌。
国际空间站的研究并不是为了对抗超级细菌。它也没有计划直接解决宇航员的健康问题。资深研究作者伊丽莎白·格罗曼博士强调说,“这项研究不是由于宇航员的健康问题,而是由于微生物生长和生物膜在广泛的表面上对国际空间站造成的物质腐蚀”。也就是说,太空对免疫系统是一种负担。微重力,增加的辐射暴露,以及作为外星球宇航员的普遍压力使宇航员对抗感染的能力变得紧张。研究还表明,太空中的微生物会形成更强的生物膜和更厚的细胞壁,使它们更具抵抗力。把所有这些因素都放在一个以每秒5英里的速度运行的封闭、孤立的环境中,突然间,即使是很小的感染也会成为一个严重的安全问题。那么,还有什么更好的地方来测试一种新的疾病预防方法呢?
最近在国际空间站上的研究测试了一种以银和钌为基础的生物活性涂层在一些易滋生细菌的表面,如浴室门。在6个月、12个月和19个月时对这些表面进行了微生物活性测试。结果非常令人鼓舞。在头6个月之后,这种被称为AGXX的涂层完全没有细菌。最终,在12个月和19个月的检查中,在AGXX表面发现了微生物菌株。Grohmann认为这是由于“随着时间的推移,灰尘颗粒和细胞碎片的累积会干扰抗菌表面和细菌之间的直接接触。”
这应该不会太令人惊讶。微生物是异常顽强的幸存者。但AGXX仍是对现有抗菌涂料的重大改进。一种仅含银的涂层也进行了测试,但与未涂层的对照表面相比,它只减少了30%的微生物数量。AGXX的降低率为80%。
AGXX通过氧化还原偶联和微电场的结合杀死微生物并阻止生物膜的形成。从本质上讲,当微生物与生物活性涂层接触时,该涂层将氧反应性化学物质导入其细胞壁。反应性物质攻击膜分子,杀死微生物。涂层能够杀死所有种类的微生物,从细菌到真菌、酵母和病毒。这和漂白剂的效果差不多。但是涂层可以自我再生,所以不需要重复使用。而且它不会产生有毒的副产品。但是,最重要的因素可能是它并不完全依赖或释放银离子。
银长期以来一直是抵御感染的中流砥柱。它的药用价值可以追溯到古埃及。银离子通过在细胞膜上穿孔来杀死细菌。过去几年的研究表明,银实际上给一个细菌群落带来了僵尸末日——被打洞的细胞会继续杀死活细胞,甚至在死后也是如此。
在上个世纪,我们已经从笨重的旧银离子转向时髦的新更新:纳米离子。现在,这些小小的抗菌银弹不只是在医院里。公司已经将其应用于服装、瑜伽垫、厨房用具以及任何消费者担心含有细菌的产品中。但是,纳米银如何影响人类和环境还存在一些问题。纳米离子通常小到可以进入人体细胞。还有人担心,抗菌素的谚语“金”标准银可能失去其效力。就像抗生素一样,暴露在威胁下的微生物越多,它们的适应速度就越快。
同样的进化原理也适用于AGXX。尽管涂层不依赖于任何大小的银离子,但如果像AGXX这样的抗菌素成为新的常态,细菌很可能会再次进化,比以往任何时候都更具抵抗力。事实上,AGXX目前正在进行广泛的地面应用测试,从水过滤系统和空调到软膏和乳液中的抗菌成分。它也可能超出地球轨道;这种涂层还将在未来的火星探险中进行测试。
目前,任何关于微生物对AGXX的耐药性的担忧都还很遥远。但同样重要的是,我们不能陷入一种短视的循环,只解决眼前的问题而不着眼大局。为了像AGXX这样的新型涂层保持有效,我们需要多样化我们的抗菌策略,从更仔细的处方抗生素到进一步研究纳米离子的作用和银的耐药性。深思熟虑的计划和专注的研究对于确保我们不会被自己的最佳意图所困至关重要。