全球农场动物中对粘菌素耐药性的出现令科学家大为惊奇,绕轨黑洞正慢慢挣脱彼此

癌症研究通过可重复性实验

绕轨黑洞正慢慢挣脱彼此“怀抱”

最后一道抗生素防线告急
全球农场动物中对粘菌素耐药性的出现令科学家大为惊奇

猩猩不是“超人”

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图片来源:Adva/Flickr (CC BY-NC 2.0)

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抗生素在牲畜中的滥用或正驱动一些抗药性细菌不断出现。图片来源:Qilai
Shen/Bloomberg/Getty

黑猩猩肌肉力量没有想象中的强。图片来源:JOEL SARTORE

一个旨在检测癌症生物学可重复性的项目近日公布了第二批验证结果,这一次它带来的是好消息:两篇重要癌症论文的绝大多数实验可以被重复。

在一个距离地球7.5亿光年的巨大弯曲星系中心,一场“舞蹈”正在上演,而表演者是两个迄今为止有记录的最大黑洞。近日,一项新研究揭示,它们可能环绕彼此运动,就像在跳双人芭蕾。

18个月前,一种对粘菌素(被称为“最后一道抗生素防线”)产生抗药性的基因出现在中国猪携带的细菌中。自此以后,这种名为mcr-1的耐药基因以惊人的速度在世界各地被发现。

黑猩猩的肌肉比人类强壮,但它们并不像人们想的那样有力量。

最新可重复性研究于6月27日发表于开放获取在线生命科学期刊eLife,它们紧随今年1月对5篇论文进行可重复性验证之后。此前就高影响力癌症研究能否被重复的验证产生了矛盾的信息。

这两个黑洞位于0402+379星系中,彼此相距仅24光年,加起来的总体质量是太阳的150亿倍。2003至2015年间,天文学家利用了一个大型射电望远镜网络的4组测量设备取得的测量结果,结合光学波长数据,发现它们彼此环绕运行,3万年转一圈。研究人员近日将相关论文刊登于《天体物理学杂志》。

在日前于美国路易斯安那州新奥尔良市举行的美国微生物学会会议上,若干报告均指向了这一点。

“人们可能认为黑猩猩像超人一样厉害。”美国亚利桑那大学Matthew
O’Neill表示。但其团队的实验和计算机模型显示,黑猩猩的肌肉只比同样大小的人类肌肉更强壮1/3。

但在此次的两项新重复性实验中,仍有一个重要小鼠实验未能重复,《癌症生物学》可重复性项目负责人之一表示,这表明动物研究可重复性当前面临的问题。

尽管天文学家识别出了有记录以来轨道最接近的两个黑洞,但该团队最关注的是另一个问题,从地球上看,这些黑洞正在缓慢地相互远离,而这一速度可能是有史以来最微小的。

在一些地方,几乎全部农场动物都携带mcr-1,同时越来越多的人开始携带该基因。乔治:华盛顿大学抗生素研究人员Lance
Price表示,mcr-1的扩散是农场中抗生素的使用如何导致其在人类感染中产生耐药性的最明显例子。

该结果与已经完成的几项实验结果相吻合,这表明当黑猩猩在拉拔和跳跃时,黑猩猩的力量大约是同比人类的1.5倍。不过,O’Neill表示,由于它们的平均体重比人类轻,按照绝对值计算人们完全可能战胜它们。

这一不同寻常的计划受到两个制药公司报告的鼓励,相关报告称多达89%的临床生物医学研究在他们的实验室中站不住脚。该计划与实验室签订协议,就2010年到2012年间发表的约30篇高影响力癌症论文的关键实验进行可重复性验证。一些研究人员鼓励这一做法,但也有一些人担心合作实验室缺乏开展某些实验的专业技能以及先进的学术研究实验室,任何失败都会不公平地玷污这一领域。

研究人员表示,它们每年仅分离1微角秒(这个角度相当于肉眼可见的最小物体的十亿分之一)。而这一运动相当于地球上的天文学家在观测一只蜗牛在距离他们4光年的一个星球上缓慢地爬过。

虽然粘菌素在上世纪50年代便已出现,但由于它会引发肾脏问题,因此极少被用于人类。相反,很多国家利用粘菌素促进家畜生长。然而,这一做法似乎选择出了对粘菌素产生耐药性的细菌。这是一个问题,因为过去10年间,内科医生开始越来越多地借助粘菌素治疗对使用其他抗生素均无效的病人。

该发现还表明,其他猿类的肌肉强度也与黑猩猩类似。“人们是个异数。”他说。

今年1月,当首批5篇文章的可重复性研究公布后,批评人士对此表示担心。当时,仅有两篇研究可被重复,1项研究结果是负面的,另外两项研究结果因为小鼠肿瘤模型问题而被认为是并非确定性的。相关结论让一些专家认为生物医学领域正在遭遇可重复性危机。

据悉,双黑洞系统如同双星系统一样早已被天文学家所知晓,天文学家利用甚大基线射电望远镜阵和Hobby-Eberly望远镜发现,0402+379星系中的两个超巨黑洞形成了黑洞双黑洞系统。

“粘菌素是一种糟糕的药物。我认为,我们如此担心这种毒性抗生素的失去是人类绝望的一种迹象。”Price表示。

O’Neill团队一直在研究直立行走的进化。为了制造反映猩猩如何行走的精确计算机模型,研究人员需要弄清它们的肌肉是否异乎寻常的强壮。他们从三只黑猩猩的腿部取了小样本,然后测量了纤维的强度。研究人员也用相同的过程研究人类肌肉。

现在,科学家的跟踪记录似乎正在提高。在其中一项新研究中,一家合作实验室确定了2010年发表于《癌症细胞》的一项研究的结果:在一些白血病和脑癌中发现的IDH1和IDH2基因突变,会导致细胞产生一种刺激癌症生长的代谢物质。重复研究还证实了白血病细胞中该代谢物质的水平可揭示癌症患者是否存在IDH变异。(该论文原创作者是美国纽约市纪念斯隆—凯特林癌症中心的Craig
Thompson。)

虽然对粘菌素产生耐药性的基因在细菌中是自然进化的,但当中国研究人员在去年报告称mcr-1已从细菌基因组转移到质粒上时,公共卫生专家开始担心了。质粒是DNA的环形片段,能在不同种类的细菌之间跳跃。

他们将相关结果与许多其他研究的结果相比较,发现与其他几项研究结果不同的是,黑猩猩的肌肉并没有什么特别之处。“在单个纤维的作用下,黑猩猩肌肉和人类肌肉的力量并没有不同。”O’Neill说。

此次进行的另一项重复性研究检查了2011年发表于《自然》的一项关于BET阻凝剂的研究,该化合物可控制基因是否被激活并能阻止一种白血病。在最初研究中,I-BET151化合物杀死了培养皿中的人类白血病细胞并减少了它们在小鼠体内的数量。然而,与原论文不同的是,那些小鼠并没有比未经治疗的罹患白血病的小鼠生存得更久。

一些证据显示,携带mcr-1的质粒在农场中已存在了数十年,并且它们出现的频率似乎越来越高。中山大学微生物学家田国宝在ASM会议上介绍说,一项对过去5年间从广州收集的8000例人类粪便样本中的肠道细菌进行的分析,在497例样本中发现了mcr-1。田国宝和同事还发现,10%的mcr-1基因出现在对其他抗生素也具有耐药性的肠道细菌——大肠杆菌的菌株中。

但为何按平均磅数换算,黑猩猩的肌肉强度比人类略强?研究小组研究了死于自然原因的黑猩猩的肌肉,发现它们的肌肉中有2/3是由快收缩肌肉纤维构成的,而人类超过一半的纤维是慢收缩肌肉纤维。快收缩肌肉纤维更有力量,但也需要更多能量。

在另一项研究中,田国宝团队于2016年在广州一家医院发现,25%的病人携带mcr-1。在样本中发现的一个大肠杆菌菌株还含有对碳青霉烯类抗生素(另一类“最后一道抗生素防线”)产生耐药性的blaNDM-5基因。

此外,研究人员还发现,黑猩猩的肌肉纤维更长,这也能提高其力量。相关论文近日刊登于美国《国家科学院院刊》。

爱荷华州立大学兽医微生物学家Catherine
Logue介绍说,尽管两种基因是在单独的质粒上发现的,但一个质粒携带针对多种药物的耐药性基因是很常见的事情。利用一种药物进行的治疗会选择出拥有此类质粒的细菌,并因此增加对若干种药物产生耐药性的可能性。

这些证据显示,行走对于黑猩猩而言是一件更消耗体力的事情。因此,人们在进化中可能以丧失部分力量为代价,获得了能长距离行走或奔跑的耐力。

在ASM的其中一场报告中,Logue和她的团队称,其发现了针对碳青霉烯类抗生素和包括盘尼西林在内的类似抗生素的耐药基因。这是从全球最大家禽出口国——巴西的197只农场养殖鸡的拭子样品中发现的。同时,约60%的样本含有携带mcr-1的大肠杆菌菌株。

瑞士弗里堡大学抗生素耐药性研究人员Laurent
Poirel介绍说,mcr-1在葡萄牙两个随机选取农场中的出现频率更高:在研究人员取样的100头健康猪中,有98%藏匿着这种耐药基因。他和同事还在3种不同的质粒上和多个细菌菌株中发现了mcr-1,表明这些猪并不一定相互传播该基因,而是从多个来源获得了它。“对于mcr-1如何到达哪里,我们一无所知。”Poirel表示。

与此同时,Logue和田国宝在很多不同的质粒和菌株中发现了mcr-1。Logue介绍说,该基因似乎尤其擅长“跳入”不同的生物体体内。这使其非常难对付。如果有人食用了未煮熟的肉或者同藏匿着含有mcr-1的细菌的动物有接触,他的肠道微生物理论上会获得这种耐药基因。

Price
对mcr-1在这些国家的流行情况感到非常吃惊。巴西在2016年禁止将粘菌素用于农业,而中国在今年也采取了类似措施。不过,Price并不确定这将在多大程度上抑制这些基因的扩散。他希望,mcr-1的例子能成为关于所有抗生素在农场动物中滥用的一次警醒。

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