【向子期專欄】氣候變遷導致抗生素抗藥性日益嚴重的威脅？

研究人員正在研究極端天氣和氣溫升高如何促進抗藥性感染的傳播。Carissa Wong發表在最新一期《自然》(Nature)的<抗生素抗藥性是日益嚴重的威脅——氣候變遷是否會使情況變得更糟？(Antibiotic resistance is a growing threat — is climate change making it worse?) Carissa Wong曾是《新科學家》的實習生和初級記者。她擁有卡迪夫大學與布里斯託大學合作的癌症免疫學博士學位。在《新科學家》期間，她撰寫了有關器官再生、covid-19、氣候變遷對生物多樣性的影響以及生命可能起源的文章。
2021 年，微生物學家 Adwoa Padiki Nartey 感染了細菌，她的扁桃體開始腫脹。她前一年也曾出現過同樣的症狀；這兩種疾病都發生在她居住的加納首都阿克拉的每年兩個雨季之一。她知道，在這些季節，高濕度和濕氣會刺激微生物的生長。醫生開了抗生素，但與以前不同的是，這些藥物不起作用。細菌已經產生了抗藥性。
兩週多了，她的扁桃腺越來越發炎。「喝酒很痛苦。吃東西很痛苦。我幾乎無法說話，」在阿克拉加納大學研究抗生素抗藥性的帕迪基·納蒂 (Padiki Nartey) 說道。「我很擔心。」令她鬆了一口氣的是，兩種抗生素的最終組合發揮了作用。她說，否則，感染可能會殺死她。「這太可怕了。」
對抗抗菌素抗藥性
這事件顯示了人類健康的兩大威脅——氣候變遷和抗生素抗藥性的蔓延——如何相互交叉。帕迪基·納爾蒂說，氣候變遷導致加納暴雨更加頻繁。這些條件反過來又會促進細菌生長，包括抗抗生素微生物的生長。她補充說，洪水還將污水系統中的抗生素抗藥性細菌傳播到人們的家中和飲用水中。
加州大學洛杉磯分校的演化生物學家 Pamela Yeh 表示，儘管研究人員對氣候變遷將如何加劇抗生素抗藥性的上升有一些了解，但科學家現在正在深入研究其機制並探索其影響有多大。「氣候變遷和抗生素抗藥性是我們這個時代兩個最大的健康問題，」她說。「研究人員開始研究它們是如何聯繫起來的。」
細菌可以透過 DNA 突變產生抗藥性
躲避藥物的細菌正在增加。根據世界衛生組織 (WHO) 2022 年發布的報告，2020 年，由抗生素淋病奈瑟菌、大腸桿菌和沙門氏菌引起的人類血液感染比 2017 年增加至少 15% 。葉說，我們正在飛速走向這樣一個世界：擦傷膝蓋、分娩或進行簡單的外科手術都可能會殺死你。「這太可怕了，」她說。
關鍵問題是抗生素經常被過度使用或濫用來對抗人類、其他動物和植物的感染。細菌可以透過 DNA 突變產生抗藥性，DNA 突變會改變細菌細胞壁，使抗生素無法發揮作用，或賦予分解抗生素或將其從細胞中泵出的能力。產生抗藥性的菌株也可以與其他細菌共享抗生素抗藥性基因。如果使用錯誤的抗生素來治療感染，或服用正確的藥物但劑量不足以殺死微生物，那麼微生物就有更多的時間繁殖並進化或傳播抗藥性。
但就像在加納一樣，不斷變化的天氣條件有利於細菌的繁殖，也起到了一定的作用。洪水、乾旱、颶風和野火等極端天氣事件引發的災難可能會加劇這個問題，因為它們往往會減少獲得清潔水的機會，導致不衛生的環境。當傷害和感染開始增加時，更多的人會使用抗生素，增加產生抗藥性的可能性。
在去年 10 月發表的一項研究中，馬里蘭大學帕克分校的微生物學家麗塔·科爾韋爾(Rita Colwell) 和她的同事們表明，一場致命的颶風導致了有害的抗抗生素弧菌物種（包括食肉物種）的激增。佛羅裡達州海岸附近的水域。科爾韋爾說，強風從海洋沉積物中吹起細菌賴以繁殖的營養素。
平均氣溫逐漸升高會增加細菌的生長速度
除了極端天氣造成的物理傷害外，研究人員還在探索氣候變遷導致的氣溫升高如何影響抗生素抗藥性。2022 年 11 月，中國廣州中山大學的微生物學家楊連平和他的同事報告了抗生素抗藥性醫院感染背後的三種細菌的流行情況，這些細菌通常很嚴重並且可能致命：鮑曼不動桿菌、肺炎克雷伯菌和假單胞菌銅綠假單胞菌。
研究人員透過比較從中國 28 個省和地區的醫院接受治療的患者收集的細菌數據與同一地區城市的平均氣溫信息，尋找溫度和抗生素耐藥性之間的聯繫。研究小組糾正了可能影響抗藥性的因素，包括抗生素消耗水平、平均濕度、年降雨量和人口密度。
他們發現，平均氣溫每升高 1°C，含有肺炎克雷伯菌且對碳青黴烯類抗生素具有抗藥性的樣本比例就會增加 14%。這些藥物通常用於治療對所有其他抗生素具有抗藥性的細菌。
Yang 和他的同事還將平均氣溫升高 1°C 與含有碳青黴烯類抗藥性銅綠假單胞菌的樣本比例增加 6% 聯繫起來。但溫度對鮑曼不動桿菌抗藥性的影響並不顯著。
這些發現支持了渥太華大學微生物學家 Derek MacFadden 及其同事 2018 年和 2020 年的研究3 , 4。研究團隊發現，平均最低氣溫的增加與美國 41 個州3和歐洲 28 個國家4的抗生素抗藥性增加有關。然而，楊說，這些研究並未顯示溫度和抗生素抗藥性之間存在因果關係。
麥克法登說，平均氣溫逐漸升高可能加劇抗生素抗藥性的一種方式是增加細菌的生長速度，加速它們的進化。還有證據表明，細菌在溫暖條件下比在寒冷條件下更容易共享基因，包括賦予抗生素抗性的元素。
產生更多的「熱休克」蛋白質來應對壓力
楊說，另一個想法是，非常高的溫度——隨著全球變暖，即使平均溫度僅略有上升，這種情況也會更頻繁地發生——可能會引起細菌的基因變化，幫助它們抵抗抗生素。
在 2018 年的一項研究中，Yeh 和她的同事將在 41°C 下生長最好的大腸桿菌暴露於44°C 的溫度或一系列12 種抗生素（故意以低劑量給藥，以抑制但不殺死所有細菌）。研究人員追蹤了細菌對這些壓力源的反應，發現基因表現模式隨著溫度和抗生素類型的變化而發生類似的變化。在這兩種情況下，細菌都會透過產生更多的「熱休克」蛋白質來應對壓力。葉說，這些有助於其他蛋白質正確折疊，顯然也有助於細菌在抗生素攻擊下生存。「我們有時會將模仿炎熱條件[效果]的抗生素稱為『熱』藥，」她說。
當大腸桿菌暴露在低至 22°C 的溫度下時，微生物會增加「冷休克」蛋白質的含量，再次幫助它們產生生存所需的蛋白質。一些「冷」抗生素，例如四環素，以類似的方式改變細菌基因活性。
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葉說，研究結果表明，在極熱或極冷條件下進化的細菌可能對某些抗生素具有更強的抵抗力。但在一項尚未發表的研究中，葉的團隊發現，暴露在高溫下有時會降低細菌對「熱」抗生素的抵抗力，這凸顯了溫度和抵抗力之間的關聯可能很複雜，她說。
麥克法登說，極端溫度也可能透過改變人們之間的互動方式而導致抗生素抗藥性。
城南韓國巴斯德研究所的微生物學家 Soojin Jang 表示，在韓國，「當氣溫達到最高時，人們往往會待在室內」。她說，細菌在室內密切接觸的人之間特別容易傳播。這可能有助於傳播抗藥性菌株，而且——因為更多的細菌在更多的人體內繁殖——增加了出現抗藥性的機會。
在過去的一年裡，張和她的團隊一直在追蹤從公共廁所、火車和巴士收集的細菌樣本中是否存在抗生素抗性基因。研究人員希望在未來十年繼續這項研究，並將抗生素抗藥性與當地氣溫和社會行為等因素進行比較。張說，這可能有助於揭示氣候變遷如何影響抗藥性的傳播。
需要採取什麼措施來減少抗生素抗藥性細菌的傳播
科爾韋爾說，像張的這樣的監測可以與氣候和天氣數據結合起來，以幫助追蹤或預測抗生素抗藥性細菌的傳播。在去年二月發表的一項研究中，她和她的同事利用衛星的溫度和降雨數據等因素來預測霍亂爆發（由水傳播細菌霍亂弧菌引起）的時間和地點7。他們的機器學習模型可以提前 4 週預測也門各地區霍亂爆發的風險，平均準確率為 72%。
科爾韋爾說，將天氣數據與透過監測廢水來監測抗生素抗性基因結合，可以改善對抗生素抗性高風險地區的預測。這是她的團隊正在研究的一種方法。
除了改善監測之外，研究人員已經知道需要採取什麼措施來減少抗生素抗藥性細菌的傳播：改善清潔水和衛生設施的獲取，並提高人們對如何正確使用抗生素的認識。
一些努力已經取得了成功。例如，在黎巴嫩，臨床醫生兼傳染病研究員 Souha Kanj 表示，她和同事於 2018 年在貝魯特美國大學啟動了一個項目，教育醫生如何減少醫院內碳青黴烯類抗生素的使用。2020 年，對碳青黴烯類抗生素抗藥性的鮑曼不動桿菌感染比例已從計畫開始時的 81% 下降至 63% 8。
與此同時，帕迪基·納蒂 (Padiki Nartey) 是那些試圖開發新方法來殺死抗藥性細菌的人之一。一種特別有前途的方法是使用稱為噬菌體的病毒，它會感染細菌，但不會感染人類細胞。
各國應該商定一項全球條約來解決這個問題
多倫多約克大學國際律師兼衛生政策研究員史蒂文霍夫曼（Steven Hoffman）表示，尋求阻止抗生素抗藥性上升的研究人員也可以從氣候變遷政治中汲取教訓，同時也在加拿大公共衛生局工作。位於塞勒昆達的岡比亞大學微生物學家薩菲亞圖·達博 (Saffiatou Darboe) 表示，此類全球威脅不分國界。因此，霍夫曼表示，與氣候變遷相比，各國應該商定一項全球條約來解決這個問題。
2015年，世界衛生組織啟動了全球抗生素抗藥性和使用監測系統（GLASS），有助於追蹤全球抗生素的消耗量和常見抗生素抗藥性感染的流行情況。這些數據被用作聯合國永續發展目標的指標，以監測解決抗菌素抗藥性的進展。
世界拯救人類的目標非常雄心勃勃——但它們仍然是最好的選擇
但霍夫曼表示，還需要採取更強有力的行動。在 2022 年的一項研究中，他和他的同事呼籲制定一項條約來解決抗藥性病原體——相當於 2015 年的巴黎氣候協議。他希望各國制定一個統一的目標，例如到 2035 年將抗藥性感染率減少 35%，並希望他們在9 月召開的聯合國抗菌素抗藥性會議上能夠在這一目標上取得進展。這次會議只是這個問題第二次成為聯合國大會的主題。
霍夫曼補充道，正如富裕國家同意向貧窮國家支付費用以幫助應對氣候變遷的影響一樣，它們也應該在財政上支持面臨抗生素抗藥性較高盛行率的貧窮國家。「富裕國家從抗菌藥物中受益的時間要長得多，」他說。