资料摘自:科学人2014年第150期8月号

有回我走路经过费城附近的一座古墓园，注意到墓碑上刻的死者生卒年，让我想到20世纪之前，大多数人都活不过50岁。造成那些人早逝的主要原因，是天花、流感以及肺炎之类的传染病。

今日，已开发国家人民因传染病而死亡已相当稀罕；由于环境卫生与营养条件改善，加上疫苗接种与抗生素的使用，基本上已经消除因传染病造成的早逝情况。然而，由于许多微生物对现有药物产生抗药性，制药公司也没能研发出够多的替代药物，人类再度面临因传染病造成早逝的危机。

过度开立抗生素处方是造成这个问题的最主要原因之一，然而发生这个现象情有可原：因为目前的检验工具无法快速辨识致病祸首。在大多数情况下，鉴定特定细菌品系的老式培养法，需要花费好几天的时间才能完成；由此造成的延迟给药可能致命，因此医生会尝试开立可杀死多种细菌的所谓「广效」抗生素，以避免最坏情况。这么做会杀死对药物敏感的细菌，但有时也会留下一些对该药物具有抵抗力的细菌。这些抗药性细菌在没有其他竞争者存在下会大肆增生，并悄然散播到他人身上，伺机发病。上述这种治疗方式有助于维护今日许多病人的健康，但也无可避免地造成更多抗药性细菌出现。

解决这种矛盾现象的方法已然在望：研发中的新式分子生物侦测器，可让医生迅速辨识病人罹患的是细菌还是其他类型的感染，以及属于哪个菌种。这种侦测器能迅速检验致病病原体的原因是：它能同时侦测几乎所有的病原，而非一次只测试单一种微生物。再者，怀疑是细菌作怪的医生，也不必猜测到底是哪一种细菌。我在美国亚培子公司「爱必斯生物科学」进行的研究，就是提供制作这类侦测器的基础，还有其他公司的生物工程师也竞相发展类似的产品。

预计在未来几年，这些快速检验仪器的商业产品将在医院及诊所使用。如果我们事先多一分筹划，把这些仪器设计成能彼此沟通，并进行全美国、甚至全球联机，将可大幅增进效益，成为第一个拥有广泛根据、能实时通报的预警系统，以侦测新疾病、食物中毒、全球性大感染，以及可能的生物恐怖攻击等事件的发生。

升级的时候到了！

目前使用的检验方法可上溯至150多年前，巴斯德医生搜集病人的组织检体，好比血液、黏液或尿液，置入装了富含养份、可让病原体生长的培养液或琼脂（从海藻抽取的胶质）的培养瓶或圆盘。经过1~2天后，每种微生物都增殖到实验室技术员可以鉴定的数量；同时，在不同药物存在下，检视这些微生物生长受阻或死亡的情况，也能得出它们对不同药物的敏感度。然而就算这种做法花费时间不长，对决定治疗方案上其实也不尽理想。因为许多病原体不容易培养，例如一些需要特殊培养液或生长环境的病原体。有时，从病人身上还取不到可供培养的细菌，因为病人在取样前已经接受了抗生素治疗。

我最早对传染病的检验与追踪产生兴趣，是在美国国防高等研究计划署（DARPA）任职、研究寻找抗生素的新方法时。我们的目标是从数以千计的化合物中，找出少数几种能够黏住一段特定RNA的物质，而使得拥有该段RNA的许多不同种细菌失去作用。

我和同事使用质谱分析仪（mass spectrometers）这种仪器，来测定具有潜力的药物是否能与细菌的RNA相接。基本上，质谱分析仪的功能类似天平，能准确测定分子的重量（正式的说法是测定其质量）。由于我们知道测试中的细菌RNA重量，因此若有任何物质与该RNA相接，我们便能推算出该物质的重量，好比你抱着狗站上浴室的体重计上秤重，然后减掉你自己的体重，就能得出狗的体重。晓得与RNA相接物质的重量，也就等于告诉我们该物质为何，因为每种化合物都有自己独特的重量。

很快地我们就想到：使用相同的技术为生物的RNA或DNA秤重，将能够让我们分辨细菌、病毒、霉菌以及寄生虫。任何一段RNA或DNA都是由称做核甘酸的次单元组成，这些核甘酸可由其中含氮结构的缩写字母来表示，例如腺嘌呤是A、胞嘧啶是C、鸟粪嘌呤是G，以及RNA中的尿嘧啶是U，DNA中的胸腺嘧啶是T。就定义来说，不同病原体携带的核酸在某些片段基本上是独一无二的。由于不同核?酸（A、T、C、G与U）的分子量显著不同，我们单从质谱分析仪读出的数值，就可决定某特定片段的核酸是由哪些核?酸组成及其数量。例如由质谱分析仪得出任何质量为38765.05道尔顿（原子质量的单位）的DNA片段，必定包含43个腺嘌呤、28个鸟嘌呤、19个胞嘧啶以及35个胸腺嘧啶，因为这是唯一能得出上述分子量的完整核?酸组合，而片段核?酸在自然界是不存在的。接下来，这样的信息就可以告诉我们，拥有该片段核酸的微生物是哪一菌种。