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来自太空的抗生素

http://www.jk21.com 抗生素  2005年10月29日编缉

  在太空中,试管细菌产生的抗生素比地球上的多。研究人员并不确知原因…不过试图查明。

  人们用抗菌肥皂洗手。细菌最通俗的浑名是`病原体`。因而顺便提及,勿碰触带有细菌的门把手!

  然而细菌并非总是坏东西。它们不只引发疾病,却也有助益于治疗疾病,譬如供幼儿耳痛使用的处方抗生素,极可能获自微生物本身。

  由于人们对抗生素的需求,有些科学家正竭力于培养而非消灭细菌。培养细菌的良好场所,似乎是在太空。研究人员于1968年首度察觉,在美航天总署二号生物卫星(BioSatelliteⅡ)上培养的微生物,成长比在地球上的更为出色。上述引发了一项显而易见的问题:倘若微生物于太空中成长更为出色,在那儿它们也能产生更多的抗生素?

  在诸多特定条件下,答案是肯定的。1990年代中期,由Bristol-Myers Squibb所资助的诸多实验揭露,于航天飞机上的试管或可透气袋状物中培养之微生物所产生的抗生素比地球上的多。在某情况下,这种改善多达200%。于地球上,抗生素的生产是制药工业重要的一部份。因而此成果同样地引起科学家及商业人士的瞩目。

  此时是将抗生素工厂迁往太空的时刻?还不是时候。地球上精良的生物反应器(bioreactor),目前依然比轨道上简易之试管或袋状物所产生的抗生素多。太空的用处暂且是充当实验室。

  该研究是由BioServe Space Technologies(美航天总署位于科罗拉多大学的一处商用太空中心)、产业界伙伴Bristol-Myers Squibb及美航天总署太空产物开发计划所资助。其目标单纯在于查明为何微生物在轨道上产生较多的抗生素,而后将这些发现应用于提升地球上的产量。

  该项研究的共同领导人,BioServe副主管David Klaus宣称,由于微重力改变细菌周遭液体的流动,而轻易地发生产量提升是可能的。

  在地球上,重力导致液体(亦即培养基)产生循环。较重的液体下沉而较轻的上扬。于培养基内,细胞与其产生的分子相混合且到处移动。不过于零重力的环境中,无对流、浮力或沉降作用。愈少通常由此类因素引发的混合作用,可能改变了这些单细胞生物的代谢活动。

  譬如当细菌被导入新环境时,不会立即开始繁殖。首先必须使自身调适其环境。也就是这原因,人们能在食物开始腐败前,短暂地不予理会。研究人员臆测细菌不是在细胞内就是在周遭产生维他命、酵素或其它`辅因子(cofactors)`。细胞仅在上述物质有足够的累积时,才开始繁殖。

  于微重力中,细菌似乎能达成此调适,而比在地面时更快开始增生-或许由于混合作用减少的缘故。倘若细胞分泌某类型分子时,那些分子都较紧密地滞留,则浓度会较快速地增加。Klaus暗示,同类的改变可能成为抗生素产量增多的原因。

  事实上,无人全然确切知晓究竟微生物为何产生抗生素。有种可能性,抗生素是细菌响应压抑(stress)时产生。Klaus宣称,于太空中诱发产生抗生素的压抑,可能仅源于细胞周遭改变了的环境-如周遭废物的集结。要不然,过量生产可能反映细胞本身内部某不详的变化。

  于国际太空站(ISS)进行的实验,将有助于解开这个迷团。BioServe的工程师已开发出一套称为MOBIAS(具备检测仪器及自动采样之多轨道生物反应器)的系统。Klaus解释,无论在太空中或地面上,MOBIAS皆为细菌提供大致上雷同的环境。

  MOBIAS仰仗扩散作用,而无需重力来混合气体及营养素。扩散作用(因分子的随机热移动所导致的一种混合作用)于地球上及太空中两地皆发生。

  为达成目的,MOBIAS于长而薄的透气袋状物中培养微生物。液态培养基被置于狭窄的层间,极似三明治填塞物,因而仅有扩散及偶尔少量额外液体的注入,提供这些细胞所需的气体及营养素。

  当然,太空与地球两系统不可能完全相同。在一重力(1-g)中,这些细胞终将沉于容器底部。不过Klaus宣称,差异应极微小,因在此情况下,底部与顶部并无太大差距。可是,他附言,地球重力依然会牵引着这些细胞本身。这是研究人员正试图隔离的一项效应。

  安置于Bioserve非专利的商用生物处理装置(CGBA)内的MOBIAS于2002年4月4日发射。亚特兰提斯号航天飞机载运CGBA升空,并将它留置在国际太空站,在那里至少逗留68天。Klaus强调,ISS的优点之一是在站中,他们能进行这些实验达数星期或数个月(较早期的研究中,以航天飞机为基地的样本,在任务结束前,时间上总是无法及于生产高峰)。

  MOBIAS在太空中的表现会优于地面的? Klaus表示,他怀疑在轨道上能发觉增加量,不过他们已着手进行查明的实验。倘若细菌的确过量生产,且研究人员能了解其原委,则那些因素可能于地球上的设备中被仿效。Klaus解释,在产能上即使细微的增加,商业上将极具深远意义:有项估计认为效能每增加1%,在抗生素生产成本上,每年将节省约六百万美元。诸如此类的远景令研究人员密切地注意这些细小微生物。

 

 



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