纳米细菌非细菌!

 作者:枚彪蒈     |      日期:2019-07-01 04:18:01
奈米细菌一度被认定是最小的病菌,现在却证实是种奇异的物质它们的确能影响健康,只不过跟原先想的不一样 (照片提供/科学人) 重点提要 ■发现奈米尺度大小细菌的宣言,造成了各界的震惊与兴奋,因为这种生物体小到几乎不可能是活着的 ■这种最小病菌的主张没有受到科学界的同步验证,直到作者与其他科学家证实这些颗粒看似活的,事实上只是矿物质与有机分子的非晶态结合物 ■尽管如此,这个形成矿物质–蛋白质奈米颗粒的作用,也揭露了某种能够保护或破坏人类健康的代谢过程 如果火星上有生命存在,即使只是曾经,都可以回答“地球是否是唯一有生命的星球”这个古老的问题1996年,美国总统柯林顿出席一场研讨会,宣布科学家终于找到火星有生命的证据,这个议题的重要性可见一斑当时发现有颗约1500万年前来自火星表面的陨石里,似乎含有微小生命型式的化石,意味着火星上曾经有生命 同时,地质学的研究显示,类似那种比任何存在过或想像中还要小的生物,可能塑造了早期的地貌,暗示那些化石样本可能是早期生命的遗迹更惊人的是有证据显示这些古老的个体(后来命名为奈米细菌)也存在我们四周,事实上就居住在我们体内,而且还可能导致许多疾病 这些发现刚发表时,许多科学家抱持怀疑的态度,种种迹象也指出,发现这些现象的科学家的兴奋压过了对资料的科学验证诸如“奈米细菌是什么”和“不是什么 ”,仍然没有具体的答案10多年后,关于这些极小颗粒与它们怪异的类生命行为的了解已经大幅增加结果显示,奈米细菌并不是怪异的新病菌,事实上,它们根本不是活的!不过它们对人类健康依然非常重要,也很可能参与了早期生命的演化,只是并非用以前所想的方式 因此,奈米细菌传奇的演变,可以做为科学如何运作与误入歧途的范例而就像所有好故事一样,现实的结局总是比虚构的还要有趣现在研究人员可以利用我们对这些奈米物质的知识继续前进,促进人类健康,并更深入与研究奈米材料 1993年,美国德州大学奥斯丁分校的地质学家佛克在来自义大利维特波温泉的岩石样本里,首次发现了“奈米细菌”并为之命名佛克用电子显微镜检视样本,发现里头有类似细菌化石的球状物质就像细菌一样,这些小球看起来有细胞壁,表面也有丝状突起然而,佛克发现的圆球非常小,远比任何已知的细菌还要小 古老生物的遗迹 细菌的大小通常在微米(百万分之一公尺)左右,大约是头发宽度的1%佛克发现的化石比细菌小了5~100倍,介于10~200奈米(一奈米等于千分之一微米)佛克从古老的地质层(古生代到中生代)得到这些奈米物质,一般认定是地球上出现生命前的时期,因此他认为这种生物能帮助有机物质与无机物质的循环,正好形成它们所处的地质层但是,有这么小的生物吗 佛克的发现到了1996年才受到广泛的注意,那时美国航太总署詹森太空中心的马凯发表在南极洲找到的火星陨石ALH84001,也有类似的奈米化石这个陨石被认定约在45亿年前由熔岩物质形成,是太阳系已知最为古老的岩石之一马凯与同事在这个陨石除了找到类似佛克奈米细菌的微小碳酸盐球状物,也找到磁铁矿、硫化铁与多环芳香族碳氢化合物,这些物质都与生命过程有关因此科学家宣称这些发现就是突破性的证据,显示生命可能曾经在火星或者太阳系存在 马凯的报告与早期佛克的研究获得媒体的瞩目与大肆报导,也在科学界引起许多质疑与争议评论指出,关于这些最小生物的描述都只基于它们的外观,根本没有证据证明它们曾经活着尤其这个奈米物质正好挑起单细胞生物能维持生命的最小尺寸的争议因为DNA双螺蜁的直径大于2.6奈米,而细胞中制造蛋白质的核糖体大小约20奈米,评论者质疑这些“奈米级细胞”是否拥有足以维持生命的配备 当这些争议到达最高峰,芬兰库奥皮奥大学的科学家卡詹德与奇夫特奇奥卢引发了更激烈的争议这个芬兰的研究团队在1998年首次提出奈米细菌是一种生命型式的证据研究人员检视了细胞培养液里的微小“污染物”,发现完全无法消除它们而这些小颗粒不但让培养细胞生病,显然也能抵抗一般用来消毒的方法(包括加热、清洁剂与抗生素)卡詹德与奇夫特奇奥卢利用电子显微镜观察这些微小的球状物体,发现它们介于50~500奈米,与佛克的奈米细菌有着令人惊讶的相似性,它们一定是同一种东西! 最小的病菌现身 这群芬兰的研究人员在进一步分析之后,发现这些小颗粒含有核酸与蛋白质,这也是生命的迹象他们根据样本里特殊的DNA序列,将这种细菌命名为 Nanobacterium sanguineum,与会导致疾病的布氏杆菌与巴东体(Bartonella,属于立克次体)在同一群组芬兰团队也注意到奈米细菌一个异常的特性:多形性(pleomorphism),在培养液中会改变外形,大部份的生物没有这个能力奈米细菌能从小球体转变成薄膜状,并与矿物质聚集,后来发现这些矿物质是羟磷石灰(磷灰石,钙离子与磷酸组成的晶体)羟磷石灰在自然界中到处都有,也是哺乳动物的骨骼和某些无脊椎动物外壳的成份研究人员描述,这些小而圆的奈米细菌不但由磷灰石外壁所包覆,也常隐藏在巨大的“圆顶结构”或说“住处”里 芬兰团队试着去寻找奈米细菌的来源,他们惊讶地发现大部份受检验的动物与人类体液里(尤其是血液、唾液与尿液),都有这些生物,于是认为这些微小病菌可能会引发与矿物异常聚集相关的疾病(例如肾脏结石)后来,许多研究人员纷纷提出奈米细菌与其他疾病的关联,包括了多种癌症、动脉粥状硬化、退化性疾病(例如关节炎)、硬皮病、多发性硬化症、周边神经病变、阿兹海默症,甚至是爱滋病毒的感染芬兰团队的早期研究显示,14%健康的北欧成人对奈米细菌抗体有阳性反应之后也有其他科学家,例如德国乌尔姆大学的索默提倡奈米细菌是一种传染病菌的想法,指称奈米细菌对全球公共卫生是一大威胁 除了这些骇人的推论,奈米细菌的存在满足了每个科学家最疯狂的梦想它们拥有最原始的外貌与不寻常的特质,而且四处分布,暗示奈米细菌可能有助于解释生命的起源,不只是地球上的生命,还包括整个宇宙另外,由于奈米细菌牵涉到所有想得到的疾病,它们也成为一统疾病成因的新原理然而,虽然拥有这么多非凡的特质,许多评论家仍然无法信服美国罗彻斯特大学医学中心的马尼洛夫还是认为奈米细菌太小了,不可能是真的,