【科學講堂】精準快速偵測 對付細菌抗藥
細菌的抗藥性一直是近年的一個大問題。抗生素縱然是十分有效對付細菌的藥物，但若細菌發展出對抗生素的「免疫力」，我們就會缺少了一個壓抑細菌的重要「武器」。單在2019年，全球就有140萬人因肺結核離世。試猜想肺結核病原體進一步對抗生素免疫，因此而失去生命的病人就會更多。今次就跟大家討論一下，近年研究人員在開發什麼方法，以求更準確、更快速地偵測出細菌的抗藥性。
泳池跳板結構 觀測細菌震動
要監察細菌的抗藥性，當中十分重要的一環，就是能夠有效率地測量哪些細菌可以對抗什麼藥物。現今普遍接受的方法，其實已是源於1889年：首先在有蓋培養皿中培育該種細菌；假若希望知道這種細菌對某一種藥物是否有抗藥性，就將沾滿那種藥物的小紙皮放進這個培養皿中。
如果這些紙皮的附近變得透明，就代表那種藥物能夠有效殺死或減慢相關細菌的生長，告知我們那種藥物對這種細菌有效。不過，我們可以開發出更快更準的檢測方法嗎？
除了以上從生物學角度出發外，研究人員已在利用其他科學原理發展更多方法。例如在2013年，意大利的學者就發現，他們可以將大腸桿菌放在一個類似泳池跳板的微型結構之上，再加進抗生素。
這個微型跳板的長度大約是1毫米的五分之一，還在生存的大腸桿菌在這個微型跳板活動的時候，就會造成輕微的震動，可以由顯微鏡量度出來；相反，假如抗生素有效殺死大腸桿菌，這樣的微型跳板就不再有震動。這個方法不需等待細菌繁殖，數分鐘後就可以經由跳板的震動測量抗生素對大腸桿菌是否有效。
管道量度電阻 分析藥物效用
物理學家Kamil Ekinci亦利用細菌的電力特徵來進行相類的量度。肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）是引起尿道感染的一種常見細菌。在Ekinci研究團隊開發的儀器中，含有肺炎克雷伯氏菌的尿液樣本會流過一條特製的管道，再量度其中的電阻。如果附近的藥物對細菌沒有效用，那些細菌就會繼續在管道中繁殖，因而增加了相關的電阻。
不同於直接觀察細菌在培養皿中生長的情況，如此的電力訊息可以比較容易地增強，因此理論上來說，縱然是一個細菌的增多或減少，也可以量度出來。不過倘若遇上生長較慢的細菌，電阻的轉變就會太慢，不太方便用這個方法測量出來。
亦有學者從細菌基因的角度入手。假如能夠經由基因來分析出該種細菌是否發展出抗藥性，我們就可以免卻麻煩，不需慢慢等待細菌繁殖才可以推斷出細菌是否有抗藥性。環丙沙星（Ciprofloxacin）是一種常見的抗生素。
近年已有公司可以分析淋球菌（Neisseria gonorrhoeae）的基因特變，從而知道它們是否抗拒環丙沙星。更有研究利用機器學習來訓練模型，以求分析細菌的整段基因，以判斷它們對各種藥物是否抗拒。不過一般來說，機器學習模型不容易清楚解釋它們推斷的結果是建基於哪些因素，所以還需研究人員更進一步核實這些模型。
除了開發更準確、更快速的測試方法外，合理的價錢自然亦是十分重要的考慮。找出更理想的測試方法並不容易。不過近年的COVID-19疫情又再一次提醒我們，能夠有效率地偵測病原體，是我們應付疾病的重要一步。
◆ 杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
