Nature:揭秘生化武器炭疽毒素如何引发疾病
2013/09/02
长期以来生化武器一直是一个恐怖而又血腥的字眼,作为大规模杀伤性武器,生化武器的阴影一直挥之不去。炭疽毒素作为生化武器中的一种,其迫害规模不容小觑,然而一项新的研究发现了炭疽毒素的致病机制,同时在海洋生物中提取了一种新型抗生素抵抗炭疽毒素。

当我们还沉浸在美国的科幻电影《生化危机》种种刺激、血腥、暴力的惊悚场面时,你可知生化武器是的的确确存在这个星球上的?炭疽毒素作为一种传播面广、危害力强的生化武器,曾经在冷战以及二战时期大显身手,肆虐人间。美国军方为了在冷战期间制造更致命的生化武器,曾经连自己人也不放过,竟然收集意外感染炭疽热的军方工作人员的尸体或是血液以作研究之用。尽管人类已经进入了和平与发展的年代,但炭疽热等生化武器曾经带来的噩梦与阴影仍旧萦绕在人们心头。


什么是炭疽?

炭疽(anthrax)出自古希腊“anthrakos”一词,意思是煤炭。炭疽是炭疽杆菌引起的人畜共患急性传染病,主要因食草动物接触土生芽孢而感染所导致的疾病。人类因接触病畜及其产品或食用病畜的肉类二发生感染。炭疽杆菌从皮肤侵入,引起皮肤炭疽,使皮肤坏死形成焦痂溃疡与周围肿胀和毒血症,也可以引起肺炭疽或肠炭疽,均可并发败血症。炭疽呈全球分布,以温带、卫生条件差的地区多发。

炭疽杆菌能产生毒力很强的外毒素,其是由三种毒性蛋白即保护性抗原、水肿因子及致病因子所组成的复合体。可引起组织水肿和出血。其荚膜多糖抗原可保护该菌不被吞噬细胞所吞噬。炭疽杆菌芽孢常从皮肤侵人,在皮下迅速繁殖产生强烈外毒素和形成抗吞噬的荚膜,引起局部组织缺血、坏死和周围水肿以及毒血症。其荚膜多糖抗原可阻碍细胞吞噬作用,使该菌易于扩散而引起邻近淋巴结炎和毒血症,以至侵人血流发生败血症。该菌也可以从呼吸道吸入,引起严重肺炎和肺门淋巴结炎;或经胃肠道侵人,引起急性肠炎和局部肠系膜淋巴结炎。也有经口咽黏膜侵人的,引起口咽炭疽。患肺炎和肠炎者易发生败血症。如发生败血症,则该菌播散全身,引起各组织器官的炎症,如并发血源性肺炎和脑膜炎等。炭疽杆菌的外毒素可损伤微血管的内皮细胞而释放出组织凝血活酶,也可引起微循环障碍而发生感染性休克。

炭疽引发的生物战争

由于炭疽毒素的高致死率,因此炭疽芽孢曾多次被用作生化武器,最早可溯源至二战时期,日本运用130公斤的炭疽菌在中国进行人体试验。

1942年,日军在侵华战争中对浙赣地区使用炭疽细菌战,导致大量平民感染炭疽和鼻疽伤亡,预计伤亡人数至少在50万以上。

1978年,罗西尼亚曾于黑人国家主义者对战时使用炭疽在人和牛身上。

1979年,前苏联某军事研究所自实验室外洩至附近数公里內的斯维尔德洛夫斯克发生肺炭疽流行,造成68人死亡,是史上最大一次人群中的炭疽流行,由于该次事件死者全为男性,引发西方国家猜测苏联已研发出性別专一的武器。

1986年,美国政府获准介入调查,发现此次事件起因于来自军事武器工厂的吸入性炭疽。

1992年,俄罗斯总統叶尔钦声称他万分确定苏联违反1972年生物武器公约一事属实,终于将相关内容提交至联合国。

1990年,伊拉克于波斯湾战争威胁使用此项细菌武器,并附加在炸弹等武器中。

1993年,日本国内真理教人士,亦曾利用炭疽制造恐怖事件,虽未成功,卻引发全日本的恐慌。实事上有十余个国家军事工厂都拥有这种病菌,仰赖分子生物学的进步,此项生物武器得以改良战争效果。

2001年,生物恐怖主义者,曾透过邮件,寄送高品质的炭疽芽孢粉末到美国,这些事件还诱发多起类似的恶作剧。

从海洋中提取抗生素

当然炭疽“生化武器”的神话已经随着今天科技的发展被打破。日前美国国立卫生研究院的研究人员发现了炭疽毒素的致病机制,科学家通过小鼠实验发现炭疽病毒分泌的毒素能同时靶向机体中两个不同区域的细胞,从而最终引发疾病,甚至死亡。

炭疽菌能产生两种致命毒素:致死毒素和水肿毒素。当B型炭疽菌感染人或动物的时候,这两种毒素就会寻找,并结合到人类和动物细胞表面受体上。研究人员利用两种类型的实验室小鼠——单种细胞类型上缺失了炭疽毒素受体,或者存在炭疽毒素受体的小鼠,比较了啮齿动物具体的细胞进程。结果发现炭疽引发的死亡,主要是由靶向心脏细胞和肌肉细胞的致死毒素,和靶向肝细胞的水肿毒素引发的。

此外,科学家还发现海洋中一种链霉菌属物种通过对其分子化合物的检测,可以用来提取杀灭炭疽的药物,并将它命名为“炭疽霉素”,可能成为杀灭炭疽菌的新型药物。研究人员从加州圣巴巴拉海岸的近岸沉积物中分离出的这种链霉菌属物种,使用一种光谱学解析技术来解码这一物种体内分子的独特结构。这种从海洋中提取新抗生素化合物的发现是非常罕见的,这项发现的重要性在于炭疽霉素具有与众不同的化学结构。

抗生素被广泛使用迄今已超过五十年的历史,能用于治疗感染症,抑制或杀死致病病原体包括细菌、霉菌或部份病毒的物质,抗生素已经挽救了属于百万计人的生命。但是,过度使用抗生素使病菌产生了抗药性,因此人们需要不断研发出新型药物来抵抗细菌耐药性。

而这一发现也为人们提供了新的证据,即海洋尚有大量未开发的区域,拥有着大量新的物质和资源。人们在未来可以不断开发和使用这些资源来治疗各种疾病。

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