科学家们正在洞穴中寻找黏土来对抗超级细菌

洞穴阴暗潮湿，与世隔绝，植物和动物都很少。乍一看，洞穴似乎没有生命。但洞穴里却充满了微生物、细菌和真菌，它们生活在黑暗中。科学家们发现，这些微生物可能是尚未开发的新药宝库，可用于对抗抗生素耐药性细菌。

这是因为我们所依赖的大多数抗生素实际上来自细菌和真菌；青霉素本身就是从青霉菌中提取的。在自然界中，微生物制造这些致命的化学物质来与邻居开战（它们也可能使用低剂量的抗生素来相互发出信号）。我们已经将这些化学物质用于自己的用途，并开发了数百种不同的抗生素。但现在，随着越来越多的细菌对我们的药物产生耐药性，我们迫切需要新的药物。

到目前为止，我们已经在我们周围的土壤中发现了大多数明显的候选者。然而，据估计，99% 的微生物物种仍有待发现，寻找可能为我们提供新抗生素的细菌和真菌的工作还远未结束。一些科学家正在土壤中搜寻我们之前错过的微生物，因为我们不知道如何在实验室中让它们生长。其他人则在探索新领域，探索人类很少涉足的极端栖息地。

洞穴的黑暗深处对于人类来说可能很难探索，甚至很危险，但洞穴也是新微生物的丰富来源。微生物学家从洞穴深处带回了有希望的新细菌，还有一些可能自 16 世纪以来就一直作为民间疗法为我们提供的老朋友。

黑暗中的生活

洞穴并不是一个容易谋生的地方。黑暗的环境中植物无法生长，食物也非常有限。洞穴中仅有的少量营养物质必须通过水或动物访客留下的粪便、蛋或尸体从外界获取。

科学家将这种情况描述为“在黑暗中挨饿”。但微生物仍然生存下来，甚至茁壮成长。纽约州立大学普拉茨堡分校的微生物学家凯瑟琳·拉沃伊 (Kathleen Lavoie) 说：“在很多洞穴中，我们找不到高等生命，但我们总能找到微生物。”

起初，科学家们认为这些微生物与地表微生物相同，在被地表冲刷后仍能存活下来。“多年来，人们并不认为洞穴微生物有什么独特之处，”拉沃伊说。然而，当她和同事们参观了加利福尼亚州熔岩床国家纪念碑的七个洞穴时，他们发现，他们采样的细菌中只有约 11% 与地表细菌类型相同。另一组科学家报告称，他们在亚利桑那州卡奇纳洞穴中发现的细菌中有 16% 与地表细菌重叠。

事实证明，在洞穴中勉强维持生计的微生物是一个独特的群落。远离地面，微生物已经适应了它们阴暗的家园，并反过来塑造了它；科学家们现在认为，微生物甚至通过改变洞穴中的酸度和其他条件，在钟乳石和其他奇形怪状的形成过程中发挥着至关重要的作用。每个洞穴栖息地都不同，这取决于它是如何形成的以及周围环境的气候。

这意味着我们可以研究许多不同的细菌群落，也有很多机会找到新的抗生素。加拿大不列颠哥伦比亚省坎卢普斯市汤普森河大学的微生物学家纳瓦拉特·（安）·奇普瑟姆已经在几个加拿大和葡萄牙的洞穴中发现了一些有希望的候选者。许多细菌属于一种叫做放线菌的多样化细菌群，而这种细菌群中生活在地表的其他成员是我们今天使用的大多数抗生素的来源。

奇普瑟姆说：“我们在实验室中发现了大量这样的细菌……它们可以杀死耐多药的[病原体]。”有些细菌可能就是我们过去用来制造抗生素的细菌。因此奇普瑟姆和她的同事们必须调查他们的赏金，以清除任何惯犯。

然而，她从地下收集到的许多细菌似乎都能制造抗生素，这让她备受鼓舞。其他地方的细菌似乎没有那么容易找到。几年前，她筛选了东京湾的沉积物，寻找一种杀真菌药物，但几乎没有找到任何候选药物。然而，在她最近访问的一个洞穴中，她的团队探测到的微生物中约有 20% 显示出对抗耐药细菌的潜力。“这就像苹果和橘子之间的比较，但有了洞穴细菌……它仍然是寻找药物生产商的极具吸引力的资源，”奇普瑟姆说。

事实上，洞穴微生物可能特别适合制造抗生素。如果食物匮乏，邻居之间的竞争可能会非常激烈。“这个想法是，如果条件恶劣，它们需要更多的优势才能胜过其他微生物，”拉沃伊说。

有月奶吗？

几百年前，人们冒险进入洞穴采集一种厚厚的白色糊状物，据说这种糊状物可以治愈各种疾病。这种矿物沉积物被称为月乳，据说可以涂在伤口上，用于治疗溃疡、腹泻、骨折等。

月奶还被用于一些相当奇怪的用途（包括“迷惑亲人”），而且它不太可能对所有人有效。然而，月奶确实可能具有一些治疗作用。这种粘稠物与牙膏的稠度相似，充满了细菌。这些细菌中有许多是放线菌，过去曾生产过许多抗生素。

比利时列日大学分子微生物学家 Sébastien Rigali 表示：“我们决定，好吧，让我们看看这种古老的传统药物是否有某种原理——是否有科学证据证明月乳确实含有抗生素。”他和同事一直在从欧洲的洞穴中采集月乳。他们在月乳中发现的许多细菌似乎确实能制造抗菌化学物质，以抵抗其他耐药性细菌和真菌。

月乳可以是干的、黏土状的、湿润的、奶油状的，甚至是液态的。“月乳可以流成河，”里加利说。根据水分含量和现有营养物质的不同，月乳中寄居的微生物种群可能会有很大差异。这意味着不同类型的月乳中也可能含有不同的抗生素。

然而，从月乳或其他洞穴环境中提取的抗生素要进入市场还需要很长时间。部分原因是，在远离它们已经习惯的独特环境的实验室中，诱导洞穴细菌生存并产生化学物质并非易事。而且，即使菌落生长，它们的生长速度也很缓慢。奇普瑟姆说，虽然生活在地表的大肠杆菌可以在大约 20 分钟内使其数量翻倍，但洞穴细菌可能需要数周或数月的时间。而且，仅仅因为一种化学物质可以杀死培养皿中的超级细菌，并不意味着它会对人体有效。它甚至可能完全有毒。

“一开始你有 10,000 种候选化学物质，12 年后，投入 10 亿美元，你也许会找到其中一种，”Lavoie 说道。“但你必须有个起点，所以找到的越多，你就越有利。”

探寻宝藏

如果洞穴对于微生物来说不是一个容易生存的地方，那么人类探险者也同样没有更好的装备。为了寻找新抗生素而进入洞穴的研究人员在到达猎物之前要经历许多考验。

洞穴可能很偏僻，隐藏在艰难跋涉的尽头。奇普瑟姆调查的几个洞穴位于灰熊出没的深处，因此科学家们必须乘坐直升机才能进入。虽然有些洞穴很宽敞，但其他许多洞穴都挤满了人，难以通行。有时需要穿过池塘，池塘可能很大。有一次，奇普瑟姆派一名潜水员去侦察一个水洞，他报告说，如果把水排干，他划过的池塘可能是温哥华 BC Place 体育场的三倍大，BC Place 是一座可容纳 50,000 多人的体育场。有些洞穴只能在冬天探索，那时有些水会结冰。而且那里漆黑一片，只有头灯的光芒。“每次我去那里，我基本上都要关掉大脑，”奇普瑟姆说。“我从来没有看过任何与洞穴有关的恐怖电影……如果我看了那些，我可能就去不了了。”

除此之外，洞穴科学家在攀爬或从洞穴壁上凿取新鲜样本时，必须小心谨慎，以免自己身上的细菌污染脆弱而原始的生态系统。衣服、裸露的皮肤和食物碎屑都必须小心处理。

因此，洞穴受到精心保护。仅仅为游客安装水泥走道、栏杆和灯就改变了细菌和真菌的数量。在洞穴中，人造灯附近发现了光合细菌，而这些灯通常太暗，无法容纳它们。

这就是为什么研究人员试图在游客通常不会涉足的洞穴中取样。这里的本土微生物可能已被隐居了数个世纪。但如果这片偏远地区令人生畏，它也让寻找新药变得令人兴奋。“真正令人兴奋的是……意识到这是一个完全未开发的环境，并成为第一个收集数百万年来一直在那里的细菌样本的人，”里加利说。“到目前为止，我们分离出的细菌可能只是那里实际生存细菌的百万分之一。”

抗生素耐药性的威胁迫在眉睫，这使得他们的研究变得更加紧迫。到 2050 年，耐药性感染造成的死亡人数可能比癌症还多。这就是为什么我们现在必须开始在自然界的每个角落寻找新药——从田野、海洋、山脉到洞穴深处。在这些未知的微生物大军中，有一些将加入我们击退即将到来的超级细菌袭击所需的武器库。