医学
经典实验揭开细菌抗药谜团
经典的 Luria-Delbrück 实验揭示细菌抗药并非针对性进化，而是随机突变的结果，为对抗耐药性提供了理论基础。
细菌进化出抗药性，是人类与微生物对抗中的一大难题。一个世纪以来，科学家一直争论细菌究竟是随机突变产生抗药性，还是针对药物进化。1943 年，微生物学家Salvador Luria和物理学家-生物学家Max Delbrück设计了经典的 Luria-Delbrück 实验，证明细菌抗药性是随机突变的结果。
实验中，科学家将细菌置于培养液中，再加入噬菌体(感染细菌的病毒)。随后，他们观察到尽管细菌从未接触过噬菌体，仍能产生耐药性变异体。这一发现颠覆了当时的主流观点，对科学界产生了深远影响。
该实验不仅为Luria和Delbrück赢得了 1969 年诺贝尔生理学或医学奖，也成为生物学教科书的经典案例。时至今日，它仍然为抗生素耐药性研究提供重要启示。
实验巧思与“老虎机”灵感
想象一个充满细菌的培养液，就像一杯混浊的汤。加入噬菌体后，大部分细菌被杀死，汤汁变得清澈。但过一段时间，汤汁又会变浑浊，说明细菌产生了抗药性。
这张Luria-Delbrück实验图描绘了大肠杆菌噬菌体抗性变体的菌落。大肠杆菌(红色)在培养皿中发育。
那么，噬菌体在其中扮演什么角色呢？有人认为噬菌体刺激细菌突变，而另一些人则认为细菌随机突变，产生抗药性只是偶然事件。
1943 年 1 月 16 日晚上，Luria在看到同事玩老虎机时突然有了灵感，并设计了简单的实验。他将细菌培养在试管中，并将培养皿涂上噬菌体。细菌在试管中繁殖，有机会产生抗药性突变。随后，他将细菌分别转移到含有噬菌体的培养皿。
如果细菌需要与噬菌体接触才能产生抗药性，那么试管中的细菌都不应该具有抗药性。相反，如果细菌随机突变，那么只有少数(例如一百万分之一)会产生抗药性变异体，形成菌落，而其他细菌则会被杀死。
在早期赋予抗噬菌体(红色)抗性的突变将产生大量的噬菌体抗性变体，而稍后发生的突变将只产生少数抗性变体。
实验结果显示，大部分培养皿没有或只有少量抗药性菌落，但少数培养皿却出现了大量抗药性菌落，就像老虎机中的头奖。这表明细菌在遇到噬菌体之前就产生了抗药性变异体。
实验启示与抗药性挑战
Luria-Delbrück 实验表明，细菌抗药性并非针对性进化，而是随机突变的结果。这为对抗耐药性提供了理论基础，也提醒我们细菌会发展出针对尚未出现的新型抗生素的抗药性。
抗药性是人类与微生物长期斗争的现实，我们需要不断研发新的抗生素，同时采取综合措施来遏制耐药性的发展。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。