細菌不笨

護士問：「病人有細菌感染喎，點算呀？」
醫生答：「用抗生素囉！」
護士再問：「尋日用咗無效喎？」
醫生再答：「用多啲囉！」

可以想像，以上的醫療邏輯在各地醫院運用過無數次，病情通常得以舒緩。每次用藥後，細菌死的死，傷的傷，逃過大難的必定是強中之強。久而久之，經過無數次歷練，超級細菌出現，醫家束手。

我不是埋怨醫生濫用抗生素，自發現抗生素的第一天開始，抗藥性的出現可說無可避免，只是遲早問題。正如有警察便有警察捉不到的賊，假使香港出現超級大盗，大家會不會埋怨警隊過往辦事過分落力，間接「訓練」出今天的超級大盗呢？當然不會，大家只會摧促盡快破案。

為了解抗藥性出現的過程，波士頓大學做過這樣的實驗。首先找來普通的大腸桿菌，施以抗生素，抗生素份量需要恰到好處，不必殺盡，要留「活口」。存活的，翌日施以較高份量的抗生素；再存活的，再施以更高份量；如此類推，汰弱留強，大腸桿菌的抗藥性愈來愈高。

研究人員每天從存活的細菌隨機抽出十二個樣本，測試其抗藥性，發現一個奇怪現象：大部分樣本呈弱於整體的抗藥性。舉例，存活細菌的整體抗藥性為 1000（即是抗生素份量達 1000 依然生存），抽出樣本獨立測試，很多樣本的抗藥性只有 500，偶然一個樣本的抗藥性可達 1200。這不是純粹平均數的問題，當抗生素份量達 1000，抗藥性 500 的細菌應該通通死掉才對，內裡究竟有何玄機？

原來，細菌不是想像般簡單，它們會「守望相助」，抗藥性 1200 的細菌會分泌一種叫「indole」的物質（這是生物界十分常見的有機化合物），大腸桿菌遇到 indole，會有兩項反應，一是不斷排走體內的抗生素，一是啟動抗氧化機制。換句話說，已有抗藥性的大腸桿菌會向身邊同類發出「警告」，叫它們速速「排毒」，無形中提升其抗藥性。這當然不是「真」的抗藥性，「真」的抗藥性需要等待細菌自身的基因變異或從環境中「抄取」抗藥基因（即上期文章所說的「橫向基因轉移」），但這樣做至少可以拖延時間，給未有「真」抗藥性的大腸桿菌一線生機。

從前以為低等的單細胞只懂各自為政，過往十多年才發現它們有着超乎想像的溝通能力，群體內懂得互相協調，以上例子乃冰山一角。

某類烏賊，活於淺水，晝伏夜出，為免月光下成為獵物，牠會發出微光，抵消自身的黑影，游戈淺水於無形。牠之所以能發光，是靠體內一些發光細菌。黎明前，烏賊回巢休息，由於不再需要發光，牠會排出大部分細菌，留在體內的寥寥無幾，細菌見「人丁單薄」，發光亦是聊勝於無，於是齊齊「熄燈」。晚上出沒前，細菌在烏賊體內滋長了一整天，「人多勢眾」，又再齊齊「開燈」，提供烏賊掩人耳目的技倆。根據同類多寡作集體決定，這便是發光細菌奇妙之處，密度低時一同「熄燈」，密度高時一同「開燈」，這種蠻有智慧的集體舉動，想不到出自單細胞生物。

原來，發光細菌會分泌一些化學物，少細菌時化學物亦少，多細菌時化學物增多，發光細菌能夠偵察化學物濃度，以決定同類多寡，當化學物濃度高於某一水平，細菌便一同發光。舉一個較「高等」的例子，假設一班盲人被困房間，想知道房內人數，他們可以喃喃自語，憑噪音便大概得知人數多少。科學界稱此為「quorum sensing」，「quorum」指會議的法定人數，「quorum sensing」即是感應達到法定人數與否。

人和細菌是何其相似，我們用語言溝通，它們用化學語言溝通。每類細菌都有自己的一套語言，種類之間亦有一些共通語言，正如人類有些共通的表情和手勢一樣。能夠溝通，可以一起做什麼呢？當然不只為了發光，有些細菌可能潛藏體內，等待有足夠同伴才向寄主發難，一舉克敵制勝。這裡不能列舉所有例子，畢竟科學家所知的依然頗為皮毛（我當然知得更皮毛），總之，細菌過的群體生活比想像中豐富得多。能夠溝通，一起做什麼也可以。

認識細菌的化學語言，對設計抗生素亦有幫助，從前着眼於「殺」菌，現在可以嘗試擾亂其溝通。

細菌和人類，經已捲入無止境的「軍備競賽」。

超級細菌之後，我有信心人類將會發明超級抗生素；

超級抗生素發明了，我亦有信心超超級細菌將會降臨；

超超級細菌出現，人類遲早亦會發明超超級抗生素；

一時你佔上風，一時我佔上風，遊戲才能一直玩下去。

美蘇軍備競賽，以蘇聯瓦解告終。人菌軍備競賽，我不知道結局，我只能肯定，細菌不會瓦解。

（2010 年 9 月 14 日 信報副刊）

關於 quorum sensing 的 TED Talk：



學術參考：
Henry H. Lee, Michael N. Molla, Charles R. Cantor, James J. Collins (2010), “Bacterial Charity Work Leads to Population-Wide Resistance,” Nature 467, 82-85.

Ian Joint, J. Allan Downie, Paul Williams (2007), “Bacterial Conversations: Talking, Listening and Eavesdropping. An Introduction,” Phil. Trans. R. Soc. B 362, 1115-1117.

Christopher M. Waters, Bonnie L. Bassler (2005), “Quorum Sensing: Cell-to-Cell Communication in Bacteria,” Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 21, 319-346.