此文章刊登於《創造》雜誌繁體中文版第四期（2019年3月出版）
唐．巴滕（ Don Batten） B.Sc.Agr.（ Hons.）, Ph.D.
巴滕博士是一名研究科學家和植物生理學顧問，目前任職澳洲布里斯本國際創造事工的負責人。更多作者相關資訊，參見：creation.com/batten.
抗生素的發現是醫藥領域一個最重大的進展，它大大地改善了人類健康。過去很多致命的細菌感染（如肺結核和傷口感染），現今都能得到有效治療，挽回數以百萬計生命。
在抗生素於20 世紀30 年代問世後的約15 年期間，每十萬個美國人的每年死亡率降低了二百二十人，而其他所有醫療技術在隨後的45 年期間， 每十萬個美國人的每年死亡率也才僅僅降低了二十人。1
然而，細菌出現的抗藥性，嚴重威脅這醫藥領域的進展。全球來看，許多甚至全部在用的抗生素都面臨細菌抗藥性，由此造成的感染也在不斷增加。此外，研製新型抗生素的公司正在減少，1990 年有18 間公司，而到了2011 年僅剩4 間。2 其主要原因是這些公司發現，新的抗生素在投入使用後，就會立即出現抗藥性，而研製新型抗生素成本很高。自1987 年後， 直到2015 年才有一款新研發的抗生素品種面世。3
學校和大學用的生物學課本，往往表達抗生素抗藥性是「進行中的進化」（evolution in action）例子，這假設推論證明微生物可以在數億年間變成生物學家。然而，對抗藥性背後的生化機制研究表明，抗藥性的產生並不支持這種「廣義進化」（從微生物到人類的進化）。抗藥性所涉及的改變更支持創造論對生命的認識，自然變化是有限的，一種基本類型的生物，無法變成另外一種。
抗藥性的機制
科學家發現，大致有三種抗藥性：
- 抗生素的標靶改變或被保護
- 藥物接觸標靶的管道受到限制
- 抗生素的不活動性
1. 抗生素的標靶改變或被保護
粘菌素（Colistin）（或叫多粘菌素E，英文polymyxin E）就是一個例子。在體內，粘菌素是正電荷分子，它能與某些位於細菌（革蘭氏陰性菌，英文Gram-negative bacteria）細胞外膜的負電荷分子（脂多糖，英文lipopolysaccharide or LPS）結合。這種結合是殺死細菌的第一個必要步驟。某個特定細菌內的突變，可以阻止負電荷脂多糖的產生，這樣就能阻止能殺死細菌粘菌素與細菌的結合。4
還有其他更複雜的機制來阻止這種結合。正電荷的鎂（magnesium）離子與帶負電荷的脂多糖結合，可以讓這些類型的細菌的細胞膜保持穩定。鎂的濃度很低時，細菌有一個系統，會把負電荷掩蓋起來，以保持細菌細胞膜穩定。細菌細胞有調節這種掩蓋機制的控制系統，讓機制僅在必要時才開啟。突變能破壞這種控制系統，導致這種掩蓋機制不斷處於開啟狀態。細菌細胞無法將其關閉。暴露的負電荷減少了，這也意味著抗生素無法吸附在細菌細胞上殺死細菌細胞。在這種情況下，突變的細菌細胞當不再需要該系統時，實屬浪費資源，所以細菌在沒有抗生素的情況下，細菌生存能力較差。
無論你從哪個角度看，相關的突變都是對已有功能進行破壞，並沒有創造新酶和新蛋白質的新機制。
2. 藥物接觸標靶的管道受到限制
很多抗生素必須進入細菌內部，才能殺死細菌。比如磷黴素（fosfomycin）讓細菌無法產生細菌細胞壁一個必備的關鍵組成部分，從而殺死細菌。細菌的細胞壁上有不同的輸送「泵」，給細胞輸送營養物質。雖然這些輸送裝置對輸送的物件有嚴格篩選，但磷黴素在結構上，很像細菌細胞壁通常輸送的營養物質，因此能搭上進入細胞內。
專門指揮製造運輸裝置的基因發生突變，或促進運輸裝置生產的調節基因發生突變，都會導致運輸裝置喪失功能或低效運作。這就意味著，比較少或根本沒有能進入細胞壁的磷黴素。這種細胞便對磷黴素產生了抗藥性。
這裡的情況，依舊是突變破壞了細胞的正常功能，而沒有創造出新的基因、蛋白質或酶。抗藥細胞並非「改良的新模型」，運輸裝置未受損或缺失前，運送多種營養物質，現在都不能運送。因此在沒有抗生素的情況下，易感細菌通常比那些抗藥細菌更具競爭優勢，因而抗藥細菌，只佔整個細菌總數的極少部分。
反向泵
很多種類的細菌，都有能將毒素排出細胞的泵，我們稱之為「外排泵」。這些泵也能把抗生素排出，從而防止細胞被抗生素殺死。涉及外排泵製造的基因調節很複雜，但限制泵數量的調節器若發生突變，就會導致細胞製造更多的泵，從而讓細胞對抗生素產生抗藥性。這種抗藥的模式對氟喹諾酮類抗生素（fluoroquinolone class of antibiotics）尤其關鍵。5 還要注意， 調節系統被破壞後，細胞所製造的泵遠超過實際所需，實屬資源浪費，因此突變細胞在沒有抗生素的情況下，生命力就會變弱。在這兩種情況下，突變在「破壞」造泵基因，或在破壞調節造泵的系統。這並不支持突變會創造出進化論所需要的基因，令細菌進化為細菌學家。
3. 抗生素的不活動性
細菌分泌的酶，能分解（代謝）抗生素。比如名為β- 內醯胺酶就能分解盤尼西林（penicillins）。細菌遇到抗生素後，看上去好像獲得這樣的能力，產生一種新的酶，一個新的基因，這似乎是一個很好的進化論例證。然而從已知的情況看，從來沒有觀察到能抵禦抗生素的酶的機制，是由突變產生。那它是怎麼出現的呢？
基因轉移
現在我們知道，細菌細胞能從其他已抗藥細菌那裡，獲得分解抗生素的能力。
能產生抗藥性的基因，可能位於被稱為質體（plasmids）的DNA 環上，而質體位於單個圓形細菌染色體的外部。這些質體能在不同細菌間，甚至不同物種間傳遞。6 一種機制是通過管道（菌毛）把含有和不含抗藥性質體的兩種細菌連接起來。7 抗藥菌會複製這種質體並把複製品「捐」給易感染細菌（看下圖）。
很多質體都含有多個針對不同種類抗生素的抗藥基因。
我們再次看到，這一類的抗藥性， 也不涉及新的基因，反而是現有的基因在抗藥菌種和易感染菌種之間互相傳遞。8
破壞控制系統
對盤尼西林的抗藥性就是一個典型例子。有的細菌會分泌少量的盤尼西林酶來分解環境中自然產生的少量盤尼西林，但卻不足以應付病人攝入的盤尼西林量。控制盤尼西林酶分泌量的系統發生突變後，會導致盤尼西林酶分泌增長，細菌就會產生抗藥性。然而，正如上文一些例子一樣，自然環境中的那些抗藥菌，無法控制盤尼西林酶的分泌；與那些不浪費有限資源分泌過多盤尼西林酶的正常細菌相比，其實更難存活。
自然選擇？
在所有這些例子中，自然選擇會偏向那些體內有大量抗生素存在的抗藥菌類。然而，自然選擇雖然可以解釋抗藥性有利於生存，但不能解釋抗藥性的起源。抗藥性往往源自對現存系統的修改（通常是破壞），或傳遞已抗藥細菌的基因。在自然環境中，某個功能被突變破壞時，自然選擇往往會淘汰抗藥菌株，但在有大量抗生素的環境中，它們反而對抗藥菌株有利。
結論
抗生素的抗藥性研究表明，突變和自然選擇的例子，有助於細菌適應，從而使細菌在抗生素下生存。然而，還沒有一個發現支持現存基因（genes）或DNA 的偶然變化（突變）產生數千種新基因和基因網絡，使微生物改變到人類、芒果和小鬚鯨的這個觀念。實際上，研究表明變化強調了突變在「向上」進化作用是有限的。
參考文獻和注釋
1. Spellberg, B., The antibacterial pipeline: why it is drying up, and what must be done about it, In: Antibiotic Resistance: Implications for Global Health and Novel Intervention Strategies: Workshop Summary, National Academies Press, p. 327, 2011.
2. Cooper, M.A. and Shlaes, D., Fix theantibiotics pipeline, Nature 472(7341):32, 2011 | doi:10.1038/472032a.
3. Ling, L.L. et al., A new antibiotic kills pathogens without detectable resistance, Nature 517(7535): 455–459, 2015 |doi:10.1038/ nature14098; the ant ibiot i c is cal l ed teixobactin.
4. Moffatt, J.H. et al., Colistin resistance in Acinetobacter baumannii is mediated by complete loss of lipopolysaccharide production, Antimicrob. Agents Chemother. 54(12):4971–7, 2010 | doi: 10.1128/ AAC.00834-10.
5. Blai r, J.M.A., R i chmond, G . E . , and Piddock, L.J.V., Multidrug efflux pumps in Gramnegative bacteria and their role in antibiotic resistance (review), Future Microbiologym9(10):1165–1177, 2014; | doi:10.2217/fmb.14.66.
6. 抗藥基因還有其他傳遞方式，包括噬菌體（感染細菌的病毒）、轉座子（在其他基因座上轉座）和「裸DNA」。
7. 這稱為「接合作用」（conjugation）。
8. 進化論者假設這些基因（比如，能分泌破壞盤尼西林的β-內醯胺酶）最初肯定是突變產生的，但這種假設和觀測不符。
本文經國際創造事工（Creation Ministries International）授權轉載，原文請參照： https://creation.com/antibiotic-resistance-not-evolution-in-action