青霉素发现的偶然与必然 有科学史学家经过研究，指出弗莱明发现青霉素是由一系列偶然事件导致的。 首先，在弗莱明的实验室下面楼层的同事正在用霉菌尝试研发治疗过敏的疫苗。而刚好一种霉菌污染了 Fleming 的实验室的一个葡萄球菌琼脂培养皿。 其次，该霉菌是一种罕见的可产生大量青霉素的菌种。 再次， Fleming 把培养皿放在他的工作台上而不是放在一个保温器当中，以确保细菌的生长。 第四，当 Fleming 在七月底去度假，当时温度条件有利于霉菌生长。在这一个月，霉菌产生了足够的青霉素来杀死接触到的细菌。 第五，在他度假过程中，气候条件发生变化，温度又允许葡萄球菌成长起来，于是出现了围绕霉菌生长而形成的葡萄球菌斑，但接近霉菌的细菌都被杀死了。 于是，当弗莱明在 9 月 3 日回到实验室时，立即发现了这些菌斑，进一步的研究导致青霉素的发现。（ Drug Discovery A History ， Walter Sneader ， 289P ） 需要指出的是，除了以上的偶然条件，还有一个必然条件：弗莱明曾研究并命名过溶菌酶。 1909 年， Laschtschenko 首次描述了鸡蛋清有一定的抗菌作用，其它科学家还发现在人的唾液里也有抗菌物。但直到 1922 年，才由英国细菌学家 Alexander Fleming 对溶菌酶进行了系统研究，并正式命名为 lysozyme 。 Fleming 有着坎坷的少年时代，他于 20 岁时才在做医生的兄长鼓励下学习医学。后来，虽然他取得了外科医师及独立开办诊所的资格，但在他参加的来福枪会朋友的说服下，转而从事细菌、免疫学工作，并在短时间内赢得了声誉。除了免疫接种、梅毒治疗方面的成绩， Fleming 还在一战中积极参加前线的求助工作，改正了以往伤口感染的处理方法。 1922 年， Fleming 用一个重感冒病人的鼻黏液处理一个细菌培养基，结果发现溶菌酶的抗细菌作用。虽然他后来从鸡蛋清中大量提出溶菌酶，但只对一部分致病性不强的细菌有效果，所以缺乏临床应用价值（ Fleming A (1922). On a remarkable bacteriolytic element found in tissues and secretions. Proceedings of the Royal Society B. 93 (653): 306 – 317. ）。 所 以，在弗莱明看到真菌周围形成的菌斑时，立即注意到了这是因为真菌分泌出了杀菌物质而引起的，并且这种杀菌物质效果远比溶菌酶要强，所以他必然要去研究这一未知的杀菌物质——青霉素。 欢迎加入创新*探索QQ群： 333476536，一起交流创新思维和idea
栗叶提取物可降伏 致命性葡萄球菌 诸平 The European chestnut ( Castanea sativa ), also known as the sweet chestnut, is a species of flowering plant in the family Fagaceae, native to Europe and Asia Minor, and widely cultivated throughout the temperate world. The tree attains a height of 100 feet (30 m). It has rugged, grooved bark and glossy, serrate, oblong-lanceolate leaves up to 11 inches (28 cm) in length. Image credit: Willow, Germany / CC BY-SA 3.0. 眼下正是栗子的收获季节，对于栗子的营养价值不用多说，但是您是否知道栗树叶子中含有能够降伏那些是某些抗生素也难以降伏的葡萄球菌 （ staph bacteria, staphylococcus ） 的活性物质。 Schematic of the Staphylococcus aureus accessory gene regulator system. Dr Cassandra Quave of Emory University and co-authors report the quorum sensing inhibitory activity of the chestnut leaf extract against all Staphylococcus aureus accessory gene regulator (agr) alleles. Image credit: Quave CL et al. Fig 2. Isolation scheme. (A) The bioassay-guided fractionation scheme is illustrated, demonstrating the path from raw plant material to isolated, active natural products. ( B) The corresponding HPLC chromatogram for the most active fractions illustrates how fractionation functions to increase the relative levels of active agents. Fig 3. European Chestnut leaf extracts inhibit all four S . aureus agr alleles a non-biocide manner. S . aureus agr reporter strains were treated with extracts 224, 224C, and 224C-F2 at a dose range of 0.05–100 μg mL -1 . Bioactivity guided sequential fractionation resulted in increased quenching of all 4 agr alleles in a manner independent of growth inhibition. Optical density of the culture is represented by solid black symbols; fluorescence in the agr reporters is indicated by the open symbols. The IC 50 and IC 90 for quorum quenching impact of each extract are reported in Table 3 . (A) agr I, AH1677; (B) agr II, AH430; (C) agr III, AH1747; (D) agr IV, AH1872. Fig 4. 224C-F2 blocks MRSA exotoxin production. (A) 224C-F2 demonstrates a dose-dependent effect in inhibition of de-formylated and formylated delta toxin, as illustrated in this HPLC chromatogram. (B) Quantification of delta-toxin confirmed the dose-dependent inhibitory activity of extracts, and the increased activity of the refined fraction 224C-F2 over 224 and 224C. (C) Extracts quench the hemolytic activity of both the S . aureus wild type and Δ hla mutant, demonstrating that in addition to preventing production of α-hemolysin (responsible for the major share of hemolytic activity), that extracts also inhibit PSM production, responsible for the observable hemolytic activity in hla mutant strains. All treated groups are significant in comparison to the vehicle control ( p 0.001). (D) USA300 (Δ spa ) was exposed to increasing doses of 224, 224C, 224C-F2, and vehicle control for 8 hrs. Western blot for α-hemolysin on supernatants demonstrated a dose-dependent decline in protein levels. Significant differences between treatment and vehicle are represented as: *: p 0.05; ‡: p 0.01; †: p 0.001. Fig 6. 224C-F2 attenuates virulence without any detectable resistance after 15 days of drug passaging. Cultures of USA500 isolate NRS385 ( agr group I) were passaged for 15 consecutive days in the presence of 16 μg mL -1 of 224C-F2. (A) The sum total peak area of de-formylated and formylated delta toxin was quantified for the mock vehicle control (DMSO) and treated group. A significant difference (p0.05) was evident for all treatment days. (B) 224C-F2 inhibited delta-toxin production over the length of the passaging experiment in the absence of growth inhibition. Significant differences between treatment and vehicle are represented as: *: p 0.05; ‡: p 0.01; †: p 0.001. Fig 10. Putative structures of ursene and oleanene derivatives found in the most active region of 224C-F2 (retention time of 21–49 min) were determined following MS analysis and database searches. Compounds are listed by Peak number, corresponding to Table 5 . Peak 31 was determined to be C 39 H 59 O 8 or C 38 H 55 O 9 with a relative abundance of 0.34%. Putative structural matches include: ( 31a ) escigenin tetraacetate (6CI); ( 31b ) tetraacetate (7CI, 8CI) 16α, 21α- epoxy-olean- 9(11)—ene- 3β, 22β, 24, 28- tetrol; ( 31c ) tetraacetate aescigenin; ( 31d ) triacetate (8CI) cyclic 16, 22- acetal-olean- 12- ene- 3β, 16α, 21β, 22α, 28- pentol; ( 31e ) triacetate (8CI) cyclic 22, 28- acetal-olean- 12- ene- 3β, 16α, 21β, 22α, 28- pentol. Peak 32 was determined to be C 35 H 59 O 6 with a relative abundance of 0.30%. Putative structural matches include: ( 32a ) stigmastane ( Fig 11 ) and ( 32b ) (3β, 4β, 16α, 21β, 22α) -16, 21, 22, 23, 28- pentamethoxy (9CI) olean- 12- en- 3- ol. Peak 42 was determined to be C 31 H 49 O 6 with a relative abundance of 1.43%. Putative structural matches included ( 42 ) amirinic acid. Peak 52 was determined to be C 32 H 51 O 7 with a relative abundance of 0.48%. Putative structural matches include: ( 52a ) 21-acetate protoescigenin, ( 52b ) 16-acetate protoescigenin, ( 52c ) 22-acetate protoescigenin and ( 52d ) 28-acetate protoescigenin. Peak 55 was determined to be C 30 H 48 O 5 , with a relative abundance of 4.11%. Putative structural matches include: ( 55a ) 16,21-epoxy-(3β,4β,16α,21α,22β)-olean-12-ene-3,22,24,28-tetrol(9CI); ( 55b ) asiatic acid; ( 55c ) arjunolic acid; ( 55d ) isoescigenin. Peak 60 was determined to be C 30 H 48 O 6 , with a relative abundance of 6.80%. Putative structural matches include: ( 60a ) camelliagenin E; ( 60b ) brahmic acid; ( 60c ) sericic acid; ( 60d ) belleric acid; and ( 60e ) 2,3,23,24-tetrahydroxy-(2α,3β)-urs-12-en-28-oicacid. Peak 64 was determined to be C 30 H 45 O 5 , with a relative abundance of 2.91%. The putative structural match is ( 64 ) ouillaic acid. 葡萄 球菌（ staph bacteria, staphylococcus ）是一群革兰氏 阳性 球菌，因常堆聚成葡萄串状而得名。多数为非 致病菌 ，少数可导致疾病。葡萄球菌是最常见的 化脓性球菌 ，是医院交叉感染的重要来源，菌体直径约 0.8 μm ，小球形，但在 液体培养基 的幼期培养中，常常分散，细菌细胞单独存在。葡萄球菌病主要是由金黄色葡萄球菌引起的家禽的一种急性或慢性传染病，在临床上常表现多种类型，如关节炎、腱鞘炎、脚垫肿、脐炎和葡萄球菌性败血症等，给养禽业造成较大的损失。病原典型的葡萄球菌为圆形或卵圆形，常葡萄状排列，革兰氏染色阳性，无鞭毛，无荚膜，不产生芽胞，在普通培养基上生长良好。葡萄球菌在自然界中分布很广，健康禽类的皮肤、羽毛、眼睑、粘膜、肠道等都有葡萄球菌存在，同时该菌还是家禽孵化、饲养、加工环境中的常在微生物。葡萄球菌可通过多种途径侵入机体，导致皮肤或器官的多种感染，甚至 败血症 。 据物理学家组织网（ phys.org ） 2015 年 8 月 21 日 转载来自美国埃默里大学（ Emory University ）的消息，该大学的研究人员从欧洲栗树叶子中提取出可以解除致命葡萄球菌的活性成分。图 1 就是埃默里大学（ Emory University ）的民族植物学家卡桑德拉·库维夫（ Cassandra Quave ），受到传统民间医学的启发，在意大利收集栗叶。美国埃默里大学和爱荷华大学（ University of Iowa ）研究人员合作研究发现，欧洲栗树的叶子含有可以解除危险的葡萄球菌的活性成分，但是又不会增加其耐药性。此研究成果 2015 年 8 月 21 日 在《公共科学图书馆 · 综合》（ PLoS ONE ）网站发表—— Cassandra L. Quave, James T. Lyles, Jeffery S. Kavanaugh, Kate Nelson, Corey P. Parlet, Heidi A. Crosby, Kristopher P. Heilmann, Alexander R. Horswill . Castanea sativa (European Chestnut) Leaf Extracts Rich in Ursene and Oleanene Derivatives Block Staphylococcus aureus Virulence and Pathogenesis without Detectable Resistance . PLoS ONE ， published 21 Aug 2015, DOI: 10.1371/journal.pone.0136486. Fig. 1 The research of Emory Universityethnobotanist Cassandra Quave, shown collecting chestnut leaves in Italy , isinspired by traditional folk remedies. Credit: Marco Caputo 《公共科学图书馆 · 综合》（ PLoS ONE ）网站 2015 年 8 月 21 日 ，发表了的文章报道了研究者对栗叶提取物的研究发现 , 其中富含 ursene 和齐墩果烯（ oleanene ）衍生物 , 它们可封锁金黄色葡萄球菌毒性（ Staphlococcus aureus virulence ）和发病机理，而且无可检测的抗药性。 埃默里大学的民族植物学家，也是此项目的领导者卡桑德拉·库维夫，对于栗叶的研究兴趣来源于栗叶在民间传统医学中的应用。她说： “ 我们已经从这种植物中发现了一种系列化合物族 , ，而且这些化合物具有一种有趣的药用机理：并不是杀死金黄色葡萄球菌 , 而是这种植物提取物能够使葡萄球菌解除武装，改邪归正 , 本质上是关闭了 MRSA 产生毒素 , 导致组织损伤的能力。换言之，这种植物提取物已经使金黄色葡萄球菌无力造成危害。 ” 这一发现，无论是对治疗还是预防耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（ MRSA ）感染，以及应对耐药病原体日益严重的问题，都是一种有潜力的新方法。根据美国疾病控制和预防中心提供的数据，仅仅在美国，耐抗生素细菌每年会造成至少 200 万人患病 ,2.3 万人死亡。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染会导致由轻微的 皮肤过敏 （ skin irritations ）发展到死亡。由于 “ 超级细菌（ super bug ） ” 进化的菌株，对于医院患者之间构成威胁，而且累及免疫系统，甚至连年轻、健康的运动员以及身体亲密接触的其他人也难免遭殃。 卡桑德拉·库维夫说： “ 我们已经在实验室证明了我们的栗叶提取物，降伏甚至是超剧毒耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（ hyper-virulent MRSA ）菌株，尽管它们能够导致健康运动员严重感染的菌株。与此同时 , 此提取物对于人体皮肤上的正常、健康菌不会造成打扰，使一切恢复平衡。 ” 卡桑德拉·库维夫她研究人和植物的相互作用，这是属于人类植物学的范畴。卡桑德拉·库维夫目前是埃默里大学人类健康研究中心和医学院皮肤病学系的一名教员 (FIG. 2) 。她对人类植物学感兴趣是从她在埃默里大学读本科时就开始的。 Fig. 2 Emory University's Cassandra Quave researches the interactions of people and plants -- a specialtyknown as ethnobotany. Credit: Marco Caputo 多年来 , 卡桑德拉·库维夫和她的同事们一直在研究意大利南部和地中海的其他地区农村居民的传统疗法。她说： “ 我强烈地感到人们之所以摒弃用植物治病的传统医学 , 是因为植物无法灭杀病原体，但是这并非是一个正确的选择。如果这些植物在对付疾病方面与其它药物一样有效，结果还会是这样吗 ?” 数以百计的实地访谈指引她去欧洲寻找栗树（齿栗 Castanea sativa ）叶。 “ 当地居民和治疗师一再告诉我们，他们是如何用栗子树的叶子来制作茶饮和洗皮肤治疗 皮肤感染 和炎症的 ,” 卡桑德拉·库维夫说。 就目前的此项研究而言 , 卡桑德拉·库维夫与爱荷华大学（ University of Iowa ）的微生物学家亚历山大 • 霍斯威尔（ Alexander Horswill ）合作，而亚历山大 • 霍斯威尔的实验室专注于创建发现药物的工具 , 如在黑暗中可以使金黄色葡萄球菌菌株发光。 研究人员将栗叶浸泡在溶剂中，提取其化学成分。卡桑德拉·库维夫解释道： “ 要将栗树叶提取物中复杂的化学物质混合物分离成小批量含有化学成分较少的成分 , 对其进行测试 , 选择出最具活性的成分进行测试 , 这是一个系统的过程 , 需要在工作台上花费大量的时间。幸亏在埃默里大学读本科期间，就已经做了大量的实验工作，积累了化学分离技术的宝贵经验。 ” 此项研究提取分离产生了 94 种化学物质（ Table 5. Mass spectrometry (m/z) analysis of 224C-F2 . The corresponding chromatogram is reported in Fig 9 ; putative structures in Figs 10 and 11 . ） , 其中 ursene 和齐墩果烯（ oleanene ）剂化合物的活性最强。测试结果表明 , 该提取物具有抑制 葡萄球菌 （ staph bacteria ）的群体感应（ quorum sensing ） 。所谓群体感应（ uorum sensing ）是指细菌能自发产生、释放一些特定的 信号分子 ，并能感知其浓度变化，调节微生物的群体行为。细菌群体感应参与包括人类、动植物病原菌致病力在内的多种生物学功能的调节。 有研究已证明细菌之间存在信息交流，许多细菌都能合成并释放一种被称为自诱导物质 (autoinducer, AI) 的 信号分子 ，胞外的 AI 浓度能随细菌密度的增加而增加，达到一个 临界浓度 时， AI 能启动菌体中相关 基因 的表达，调控细菌的生物行为。如产生毒素、形成生物膜、产生抗生素、生成 孢子 、产生荧光等，以适应环境的变化，将这一现象被称为群体感应调节 (quorumsensing ， QS) 。这一感应现象只有在细菌密度达到一定 阈值 后才会发生，所以也有人将这一现象称为细胞密度依赖的基因表达控制 (celldensity dependent control of gene expression) 。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（ MRSA ）使用这种群体感应信号系统制造毒素 , 增加其毒性。 卡桑德拉·库维夫说： “ 我们能够在实验室跟踪其行径 , 展示我们的植物提取物封锁群体感应和完全关闭毒素生产。许多制药公司正致力于开发将单一毒素作为目标的单克隆抗体。这是更令人兴奋的 , 因为我们已经表明 , 用这种栗树叶提取物 , 我们可以关闭整个负责产生各种不同的毒素所有过程。 ” 栗树叶提取物一次剂量是 50 μg, 在实验室用于清理老鼠皮肤损伤处的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（ MRSA ） , 制止组织损伤和血红细胞损伤。此提取物的确不会丧失活性 , 即产生 耐药性 , 甚至连续使用两周后也未见产生耐药性。在实验室培养皿中对人类皮肤细胞的测试结果表明 , 此植物提取物不会损害皮肤细胞 , 或正常的皮肤微生态。 埃默里大学的技术转让办公室已经对这种植物提取物独特性的发现，提出了专利申请。研究人员正在对来自提取物的单个组分进行进一步测试研究，以便确定究竟是单个组分的效果最佳，还是组合成分的效果最佳。 卡桑德拉·库维夫说： “ 现在，我们是用一种混合物进行研究的。但是，这并非我们的最终目标。我们的最终目标是进一步将其提纯分离出简单化合物，使其有资格获得美国食品药品管理局（ FDA ）认定，可以作为一种治疗试剂。 ” 潜在的用途包括对足球垫或其他运动器材的预防性喷雾 ; 医疗器械和产品的预防涂饰，医疗产品如卫生棉球等。因为卫生棉球往往会为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的生长提供良好的环境 ; 除此之外，用于治疗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染 , 也许可以与抗生素联合使用。 卡桑德拉·库维夫说： “ 乡间老妇的传统疗法很容易被人们忽视 , 只是因为它们不攻击和灭杀病原体。但有很多方法有助于治疗感染 , 在耐药细菌日趋严重的时代，我们需要关注民间古老的传统医学。 ” 更多信息请注意浏览原文。
用激光技术制作抗菌表面 研究人员正在尝试使用激光技术在物体表面制作纳米级的纹路，以抑制细菌的附着。 农业生物技术研究所（由西班牙纳瓦拉公立大学，CSIC国家科学研究协会和纳瓦拉省政府共同建立的一个混合型科研中心）的研究人员正在利用激光技术为材料表面设计一种具有纳米结构的纹路。这种纹路可以使材料获得抗菌性，并且能抑制细菌生物膜的形成。研究人员表示，到目前为止已经进行的初步实验表明，这种技术能够使附着在物体表面的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的数量减少65-70%。 除了筛选那些抑制细菌效果最佳的材料之外，这项研究也调研了其他方面的因素。这些因素包括依附在纳米结构材料表面的细菌对消毒水的耐受性，在长期使用的过程中这些特殊的材料表面如何保持自身的特性，以及在这种生物材料表面生长的细菌的行为特性。科研人员还会鉴定哪些纹路会增强细菌在材料表面依附的能力。 研究者希望其成果能够有广阔的应用前景。例如，用激光预处理外科手术材料（比如人工血管和导尿管），有抑菌能力的贮水箱或水产养殖箱的表面材料等。 阻止细菌生物膜的形成 当细菌依附在物体表面生长的时候就会产生生物膜，同时细菌会被自己产生的一种基质所包围，这种基质会让细菌更具耐受性。按照首席研究员 Jaione Valle-Turrillas的说法，细菌可以依附在任何物体的表面，无论是皮肤，内脏器官还是材料的表面等等，而且细菌可以产生生物膜。生物膜是一种可以使细菌对抗生素以及消毒药水等外界刺激更具耐受性的薄膜。生物膜存在于大自然中（河流中的石头表面，有细菌附着），存在于我们的身体里（小肠和口腔菌落），存在于过滤器和管道里，存在于水箱里，存在于农场（挤奶设备）同时也存在于临床设备当中（人造血管以及外科用导尿管）等等。 农业生物技术研究所的Biofilms Microbianos研究组目前主要研究两种细菌：金黄色葡萄球菌（S. Aureus）和沙门氏菌（Salmonella）。不同的研究小组都把目光集中在预防或者消除生物膜上，他们的技术手段也多种多样，从研发疫苗到研究生物膜分散剂。这些研究一直都在实验室里进行着。现在，通过修改材料表面来达到抑制生物膜形成的研究正在这个项目中进行着。 “借助于DLIP（Direct Laser Interference Patterning，直接激光干涉模式）技术，使用不同的激光束可以在纳米尺度上修改材料的表面纹路” ，Jaione Valle解释道“ 不同的光波周期可以产生不同的图形和纹路 ，它们的尺度范围从纳米覆盖到微米。我们测试了不同的表面纹路并且找到了一种材料以及一种图形，两者结合在一起可以阻止细菌附着在材料表面。虽然它并不能完全清除细菌，但是可以减少65%到70%的细菌数量。” 首先，我们用激光的手段来雕刻材料的表面，接下来把细菌施放在材料表面，观察它们是如何产生生物膜并统计生物膜的数量。研究人员在实验中测试了很多不同的材料。根据细菌的种类以及材料表面的结构类型，研究人员观察了细菌的数量以及生物膜的数量是如何缩减的。 为了定量地测定细菌数量的减少以及它们在纳米结构材料表面的附着程度，研究人员使用过一种名叫阿拉玛蓝（Alamar Blue）的试剂。当这种试剂和活细菌相遇的时候就会放出荧光。研究人员们指出：“我们可以利用荧光计来测定这种反应，存在越多的细菌，就会有越多的荧光被发射出来。但这种技术是有缺陷的，当附着在物体表面的细菌数量差别很小的时候，这种技术就起不到作用。这也正是为什么我们现在采用另一种技术的原因。现在我们会把依附在材料表面的所有的细菌都收集起来并且把它们放到培养基上，然后记录菌落的数量。虽然这种方法更耗时费力，却更加可靠。” “利用DLIP技术在材料表面雕刻纳米纹路并评估其抗菌性能” 项目计划运行三年，并且在2013年十二月份末的时候会得出最终的结果。这个项目是和德国夫琅禾费材料和激光技术研发中心（German RD centre Institut Fraunhofer for Material and Beam Technology）合作进行的。德国夫琅禾费材料和激光技术研发中心提供了能够在材料表面雕刻纹路的激光技术。IdAB-Agrobiotechnology 研究所的主要工作是主持该研究并进行实验测试。项目的总预算是179 800欧元，由纳瓦拉政府的创新、企业和就业部（Department of Innovation, Companies and Employment of the Government of Navarre）资助。
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