你有多了解抗生素與細菌的關係呢?
文/ 李品翰
編/ 謝明翰
關於細菌
在了解抗生素之前，我們先從細菌開始。細菌的個體非常小，目前已知最小的細菌只有0.2微米長，因此大多只能在顯微鏡下看到它們；而世界上最大的細菌可以用肉眼直接看見，有0.2–0.6毫米大，是一種叫「納米比亞嗜硫珠菌」的細菌。細菌一般是單細胞，細胞結構簡單，缺乏細胞核以及膜狀胞器 (粒線體和葉綠體)。基於這些特徵，細菌屬於原核生物。原核生物中還有另一類生物稱做「古細菌」，是科學家依據演化關係而另外分的類別。為了區別，現代細菌也被稱做「真細菌」。古細菌與真細菌在生活環境、營養方式以及遺傳上有所不同。細菌有相當多樣的形狀，主要有球狀、桿狀，以及螺旋狀。早在37億年前，地球上就出現了最早的細菌，隨著長時間的不斷分裂以及變異，目前地球上的細菌總量大約有5x10³⁰個，遠遠比地球上的所有動植物加起來還多，甚至在人身上的細菌數量還遠遠大於人體內細胞的數量，由此可見，細菌在地球上無所不在。
什麼是抗生素
那細菌跟抗生素有什麼關係呢? 根據達爾文的物競天擇理論中，所有的生物都會經過大自然長時間的優生劣汰，而篩選出適應該生活環境的物種。當然連細菌也躲不過物競天擇。在相同的環境下，細菌的種類也非常多，每種細菌除了每天讓自己吃飽喝足之外，也要和其他種類的細菌明爭暗鬥，為了提高自身物種的競爭力，有部分細菌開始進化出武器，而這些武器能夠破壞其他細菌的細胞壁，從而殺死細菌。然而這些武器就是「抗生素」，人類最早發現的抗生素是「青黴素」，如圖二，由科學家Alexander Fleming於1928年發現，Alexander Fleming在研究青黴菌的行為時，發現當青黴菌培養皿中有其他種類細菌出現時，其他種類的細菌都無法存活，經過長時間的觀察發現青黴菌會產生青黴素來對抗其他細菌達到「殺菌」的效果，因此早期人類多半採用由青黴菌萃取的青黴素作為抗生素。
抗生素，也稱為「抗細菌劑」，是一類用於抑制細菌生長或殺死細菌的藥物，是一種非常神奇的化合物，也是人類醫學界有史以來最偉大的發明之一，也因為抗生素的發現，過去人類歷史上有數次瘟疫以及大規模感染才得以控制甚至解決，避免了人類大量的生命損失，例如鼠疫，因此人類開始可以對抗各式各樣的細菌感染，多數發燒有關的疾病、肺炎、尿路感染等等都有機會控制，因此人類的生命得以延長。
抗生素的原理、製造與種類
那抗生素是如何達到殺菌的效果呢? 抗生素的效果分為3種，第一種是直接破壞細菌的細胞壁，例如青黴菌、頭胞，使細菌因為外部壓力較大的關係而浸水，導致細菌膨脹變形然後死亡，第二種是使細菌的核醣體無法生成蛋白質，例如氯黴素、四環素，導致細菌營養不良而無法生存，第三種是阻礙細菌DNA的複製，例如氧氟沙星，使細菌無法正常繁殖，因此抗生素可以說是細菌的天敵。
但是抗生素也不是萬能的，因為抗生素有2個缺點。第一，絕大部分的抗生素都不具有專一性，不管是對人體有害或是對人體有益的細菌通通都會被抗生素斬殺，就有可能破壞腸道菌叢生態，導致病人肚子痛甚至腹瀉；第二，也是最讓人頭痛的，就是抗生素所導致的抗藥性，在經過抗生素的無差別攻擊後生存下來的細菌，就是所謂的超級細菌。由於環境大部分的細菌都被殺死了，這些超級細菌就可以無所畏懼的大量繁殖，導致該環境的菌叢生態都是超級細菌，在遇到同種抗生素時，抗生素的效果就不有效了。
抗生素主要製造方法為發酵，也可以通過化學合成和半合成的方法製造。先採用適當的菌種，經輻射處理，選擇最具潛力的變異菌株，將其從試管轉移到燒瓶再到發酵槽，在溫度與通風控制的環境中培育，然後從培養基中分離、純化、離析成抗生素的結晶。經研判化學結構、藥理實驗與臨床試驗後，才得以完成，抗生素的種類大概可分為下列幾種:
(1) β-內醯胺類抗生素 : 青黴素、頭胞
(2) 大環內酯類抗生素 : 紅黴素、阿奇黴素、克拉黴素
(3) 氨基糖苷類抗生素 : 慶大黴素、鏈黴素
(4) 四環素類抗生素 : 四環素、土黴素
(5) 其他類抗生素：萬古黴素
結語
儘管在過去人類雖然因為抗生素的發明得以維持健康，但也因過去幾十年來抗生素的濫用而產生許多超級細菌，例如兒童的中耳炎已經產生了對抗生素完全抵抗的超級細菌，甚至有些超級細菌來自於原先對人體無害的細菌，例如大腸桿菌。雖然抗生素有可能導致細菌產生抗藥性，但是當我們面對感染疾病 (細菌感染、黴菌感染) 的時候，抗生素仍然是我們非常重要的一項武器。
雖然前幾年媒體對於超級細菌做了很多相關的報導，導致民眾各個人心惶惶，大部分的病人都會堅持不使用抗生素，但相信看完以上內容的你對於抗生素一定有了更深入的了解，畢竟藥物本身就有好有壞，重點是要適量使用，抗生素絕對是人類歷史上最偉大的發明之一。
Reference
[1] SM科學月刊 2019/02/17
[2] 中文百科全書
