為何結核病如此難以治療？

結核病一向是非常難以治療的疾病，雖然大部分的人對結核桿菌(Mycobacterium tuberculosis)有抵抗力，但是大約有10%的受感染者會發展成結核病，這時候就需要服用至少四種抗生素至少半年到一年：主要是異煙肼(isoniazid), 結合利福平 (rifampin), 乙胺丁醇(ethambutol)，和吡嗪酰胺 (pyrazinamide)。由於需服用的藥物種類太多，且療程又太長，所以病人常常半途而廢，不但造成治療功虧一簣，也加速了抗藥性菌株的演化。


過去一項認為結核桿菌之所以這麼難殺死是因為它分裂的慢；筆者還記得以前在醫院實習時，培養結核桿菌要連續培養半年，每隔一段時間觀察是否有細菌生長，直到半年以後培養基上都沒有細菌才可以發報告。但是最近發表在「科學」(Science)期刊上的研究成果，顯示了結核桿菌之所以這麼難以消滅，其實是因為他們有高度的個體差異。而這個個體差異來自於他們的細胞分裂機制：不對稱分裂(asymmetric division)。


一般我們認為細菌分裂都是所謂的二分裂(binary division)，產生兩個一模一樣的子代。

細菌的二分裂。圖片來源：Campbell Biology, 8e.

由於兩個子代具有一模一樣的遺傳基因，所以他們在所有的特質上也都一模一樣，同時，也跟他們的親代一模一樣。這樣繼續分裂下去，在組織培養基上就會產生一個菌落(colony)，整個菌落的數百萬顆乃至數億顆細菌，都是一模一樣的。


或許（絕）大部分的細菌是這樣繁殖的，但是哈佛的研究團隊發現，分枝桿菌(Mycobacterium)並不是以二分裂繁殖，他們是靠著不對稱分裂來繁殖，而不對稱分裂產生的結果就是：子代與親代有差異，不僅是在繁殖速度上有差異，連對於抗生素的敏感度也有差異。


研究團隊先用螢光標記分枝桿菌的細胞壁，由於新的細胞的細胞壁不會有螢光標記，這讓研究團隊可以清楚地看到新的分枝桿菌如何產生：一別於大腸桿菌(E. coli)的二分裂，分枝桿菌是經由桿菌的一端(pole)長出新的分枝桿菌，剛開始長得比較慢，等到細胞慢慢成熟後，它的成長速度開始加快。這樣慢慢由其中一端長出新的細菌造成的結果是：最後有一串細胞連在一起，但是它們在生長速度以及對抗生素的敏感度上都各不相同。

Mycobacterium tuberculosis

人類對抗結核病已經說不清楚多少年了，不論是歐洲、亞洲，史書上都有結核病的記載；原本以為隨著公共衛生的進步以及醫藥的發達，這個疾病應該可以像天花、小兒麻痺一樣地從地球上抹去，成為教科書的名詞；卻沒想到他頑強地繼續存留在世界上，而且最近這些年還有捲土重來的態勢。


哈佛研究團隊的發現，只能說我們對於這些在我們身旁的老友們（另一位老友是瘧疾）實在是太輕忽了，以致於從來不曾留意它們有多獨特，這次能有這樣的發現，除了幸運(研究團隊的主將是Sarah Fortune博士)，好像也沒其他的好說了？


參考資料：
1. Science Now. 2011/12/15. Why Tuberculosis Is So Hard to Cure - ScienceNOW