当 Gautam Dantas 第一次观察到细菌吞噬抗生素时，他确信一定有什么地方弄错了。那是在 2007 年，他正试图促使微生物将植物废物转化为生物燃料。Dantas 是遗传学研究先驱 George Church 在哈佛大学实验室的博士后研究员。作为他研究的一部分，Dantas 暴露了一组土壤微生物于一定剂量的抗生素，他认为细菌不会吃掉它。一周后，另一组以植物物质为食——且未暴露于抗生素——的微生物只生长了一点点。然而，在装满抗生素的培养皿中，大多数微生物却在开派对。抗生素非但没有致命，反而提供了营养。
“我们认为我们可能犯了个错误，”Dantas 十年后回忆道。他现在是华盛顿大学病理学、免疫学和生物医学工程学教授，负责一个拥有十多名研究人员的实验室，研究范围从生物燃料生产到人类微生物组。但那些吞噬抗生素的细菌的谜团一直是他个人的执念。
今年早些时候，经过数百次实验，Dantas 终于在《自然化学生物学》杂志上发表了他的解决方案。他的发现为抗生素耐药性提供了重要见解，即细菌对本应是致命的药物剂量产生免疫力的急剧增加。公共卫生官员现在认为这是一种医学危机。每年，约有 70 万人死亡归因于对青霉素和其他旨在杀死它们的药物产生耐药性的病原体——这很大程度上是对过度处方和随意处置的反应。如果运气好的话，Dantas 的贪婪细菌将通过首先阻止耐药性的进化来提供帮助。
对青霉素的胃口
生物学家自 20 世纪 60 年代初就知道细菌可以消耗抗生素，但 Dantas 偶然目睹他的第一次抗生素盛宴时，这一知识既不普及也不深入。出于好奇，他决定追溯那些被遗忘的旧研究，并全面调查这一现象。他购买了实验室微生物学供应目录中的所有相关药物，并从公共公园、僻静的森林和施了肥料的玉米地收集土壤。他土壤样本中的微生物吞噬了所有 18 种药物，这尤其令人担忧，因为其浓度比普通抗生素耐药细菌能耐受的浓度高 50 到 100 倍。
该研究结果于 2008 年发表在《科学》杂志上，给该领域留下了深刻印象。当时的麦克马斯特大学生物化学家 Gerry Wright 称赞道：“这是揭示一个全新研究领域的论文之一。”但揭示抗生素吞噬的普遍性只会加深谜团。Wright 回顾说：“2008 年的第一篇论文是‘哇，这太令人惊讶了’。Gautam 最近的论文做了艰苦的生物化学和基因组学工作，以弄清楚土壤中的细菌如何降解（一类）抗生素。”
Gautam Dantas 在哈佛大学 George Church 的实验室工作期间发现，细菌可以消耗抗生素。
Dantas 选择分析的类别包括所有抗生素药物的鼻祖：青霉素。微生物学家 Alexander Fleming 于 1928 年偶然发现了它，其原始版本的变体非常丰富，以至于即使在今天它仍然是最常见的抗生素类别。
整个类别基于一种称为 β-内酰胺的分子，它由产生的嗜麦芽窄食单胞菌（Penicillium chrysogenum）真菌天然分泌，这使得该物种在野外对其他微生物具有竞争优势。β-内酰胺通过削弱受攻击生物的细胞壁来起作用。但细菌已进化出通过产生一种酶来抵抗 β-内酰胺，该酶会破坏其分子结构的环状部分。
Dantas 着手研究一些土壤微生物不仅能抵御毒素，还能以其为生。他发现了抗生素分解（这是分解复杂分子的技术术语）的三个不同阶段。首先，微生物以大多数耐药细菌的方式裂解 β-内酰胺环。然后，它将断裂的环从青霉素分子的其余部分切开，留下一种称为苯乙酸的物质。在最后一步，细菌吞噬苯乙酸作为能量来源。
在确定了哪些基因可能赋予细菌这些能力后，Dantas 将它们添加到一种不相关的物种，即细菌的“主力军”大肠杆菌（E. coli）的 DNA 中进行测试。
当大肠杆菌得到增强后，它就开始了它的第一次青霉素盛宴。
工程化“饕餮客”
最近，Dantas 前往秘鲁采样污水。他想了解抗生素在污水处理厂中的普遍程度，因为病原体也很可能存在于其中，因此可能正在积极进化耐药性。他在污水中发现了多种处方量最大的抗生素。其他研究也显示，农场径流和制药厂附近存在高浓度的青霉素和其他药物。如果这些药物能像倾倒它们一样被迅速消耗掉，病原体就没有机会熟悉它们。一个主要的耐药原因可以在源头被消灭。
Dantas 认为他的转基因大肠杆菌可能就能胜任，尽管不是他的实验室工程化的那个菌株，它生长得很慢，并且更喜欢吃糖。要让这个计划奏效，科学家需要工程化出“抗生素饕餮客”。
Wright 对这一想法寄予厚望，它可以预先处理受污染的废物，甚至在抗生素进入公开环境之前就将其清除。“来自制造厂废水的抗生素浓度令人震惊，”Wright 说。“预处理以灭活这些化合物将大有裨益。”在医院进行预防性治疗也有帮助，可以在废水流入市政污水系统之前消除抗生素。
不幸的是，这项技术并非没有风险。研究人员需要不同菌株的这些“微型美食家”来解除和消化所有相关的抗生素，而不仅仅是青霉素。而且，过于成功也存在危险。细菌以共享有用的 DNA 片段而臭名昭著。这些吞噬药物的细菌可能会成为下一批抗生素耐药细菌的“种子”。Dantas 警告说：“如果出了问题，我们可能永远无法挽回。”
嗜麦芽窄食单胞菌 Geoff Tompkinson/Science Source
一种变通方法是使用转基因细菌作为生产分解抗生素的酶的工厂，然后将这些酶释放到环境中。（酶本身不是活的，也没有任何抗生素耐药基因可以共享。你只需确保细菌不会逃离工厂。）虽然这个概念很有前景——并且 Dantas 认为值得追求——但这个过程将太昂贵，无法填充世界各地的下水道和化粪池，即使在不久的将来，也可能只能在医院等抗生素热点地区实用。
因此，最终的答案可能还是部署活体细菌，它们可以在抗生素积聚的任何地方蓬勃发展。包括 Church 在内的研究人员正努力减轻风险。一种有前途的方法是将必需基因分散在细菌的整个基因组中，而不是将它们全部集中在一个地方。由于遗传物质倾向于成块地在细菌之间共享，并且需要许多基因来解除抗生素的作用，因此病原体不太可能获得整个“包裹”。
与此同时，科学家们正在了解为什么细菌会采取看似违反直觉的行为，即吞噬旨在杀死它们的物质。抗生素是古老的，抗生素耐药性也是如此——这是地球土壤竞争的进化后果。Dantas 现在认为抗生素分解只是这个更大生存游戏的一部分。“抗生素并不是这些奇怪的特权分子，”Dantas 说。“任何未被利用的碳源都是一种浪费，而大自然厌恶真空。”
即使人类没有发明出清理抗生素流的方法，细菌很可能也会自己想办法。只是这种方式不太可能在病原体获得耐药性并对人类文明造成浩劫之前发生。
[本文最初印刷版为“抗生素吞噬者”]
