人類未來「無藥可醫」? 物種滅絕將影響醫療發展 | 環境資訊中心

人類未來「無藥可醫」? 物種滅絕將影響醫療發展

2021年10月14日
環境資訊中心綜合外電;姜唯 編譯;林大利 審校

從柳樹皮到蚊子,幾個世紀以來,大自然一直是重要藥物的來源。但是人類活動導致的物種滅絕卻使這自然供給陷入危機。

科學家在樹懶毛髮上找到的真菌,可用於對抗寄生蟲、細菌和癌症。照片來源:Adrián Valverde/Unsplash

生物多樣性喪失與藥物發現的關係

雪花蓮傳統上用於當作止痛藥緩解頭痛,現在已知可以減緩失智症的發作。1950 年代,科學家從球莖中提取出一種稱為「加蘭他敏」的天然生物鹼。如今合成版加蘭他敏被用來治療阿茲海默症,科學家們正在進一步研究雪花蓮是否也能有效治療愛滋病。

然而,過度採伐導致許多雪花蓮物種受到威脅,而雪花蓮只是眾多受威脅藥用植物其中之一。植物是潛在新藥的豐富來源,經常成為設計新藥的化學模板。然而,全球科學家多表示,非永續地使用野生藥用植物正在導致生物多樣性喪失,可能影響未來從大自然獲取藥物的機會。

喬治亞州亞特蘭大市埃默里大學醫學民族植物學家兼副教授夸夫(Cassandra Quave)博士說:「現在是我們最需要它們的時候,卻面臨失去許多重要物種的風險。」

研究英國皇家邱植物園(Royal Botanic Gardens, Kew,簡稱邱園)生物化學首席研究員豪斯( Melanie-Jayne Howes )博士解釋他們如何採用傳統療法,並調查確認科學依據。「甜艾草中的抗瘧藥青蒿素是這樣開發的。幾千年來,中藥一直使用甜艾草治療發燒,而發燒可能是瘧疾的症狀。青蒿素及其衍生物現在是對抗瘧疾的重要藥物。」

青黴素、嗎啡和其他最有效的癌症化療藥物多來自自然資源。許多人類最大致命疾病,包括癌症和心臟病,是用源自植物和真菌的藥物治療。根據世界衛生組織的資料,世界上11%的基本藥物來自開花植物。

最近發現的金合歡醇,是從水果和草藥中發現,並用於治療帕金森氏症。假馬齒莧在亞洲用於改善大腦功能的歷史已有數百年,最近被證實可以減少大腦炎症。科學家正在研究從甜菜根中分離出的一種蛋白質,如何作為神經退化性疾​​病和炎症的標靶,例如阿茲海默症和多發性硬化症。

今年6月,科學家從歐洲板栗樹的葉子中分離出一種分子,能夠中和危險的耐藥性葡萄球菌。他們希望合成一種藥物,來治療對抗生素具有抗藥性的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA)。

夸夫說:「在沒有抗生素的時代,因感染而死於分娩和手術的情況並不少見。即使是花園裡的一個簡單劃傷,也可能引發致命的感染。但現在,耐藥性的威脅實際上是回到類似的情況——後抗生素時代。時至今日,抗生素耐藥性(anitmicrobial-resistant, AMR)感染導致每年全球大約70萬人死亡。到2050年,估計每年將有1000萬人死於AMR感染。我認為大自然是因應此類和其他新出現的健康威脅的關鍵。」

樹懶毛髮上真菌、深海細菌可用於治療癌症

地球每個角落都可能藏著藥物。生長在樹懶毛髮上的真菌可用於對抗寄生蟲、細菌和癌症。蛇毒衍生藥物可治療心臟病。科學家們甚至發現了一種生活在6500英尺(約1981公尺)深處海底的細菌,有可能可以治療腦癌。

大自然的資源還有其他促進研究或醫療程序的方式。鱟的亮藍色血液長期以來一直用於檢測藥物和疫苗中的雜質,也用於開發新冠病毒疫苗。 矽藻有多孔的細胞壁結構,可以當作載體將藥物輸送到體內。科學家也正在研究將其用於免疫療法和聯合療法來治療癌症。

許多醫療應用靈感來自大自然。模仿藤壺的天然粘合劑製成的膠水有助於傷口更快癒合。一種受鯊魚皮啟發的抗菌材料用於導尿管和深層傷口敷料。一種模仿蚊子口器的皮下注射針可望提供幾乎無痛的注射體驗。

但現在,在人類察覺之前,物種正在逐漸流失。污染、自然資源的過度開發、入侵物種、土地利用變化以及城市化和農業造成的劣化——人類活動是生物多樣性喪失的主要原因。現在,專家們想知道,生物多樣性喪失對人類的威脅是否會與氣候變遷一樣大?

豪斯說:「人們只利用了相對少數物種的特性。植物和真菌產生的一些化學物質非常複雜,我們至今無法合成,例如用於治療兒童白血病的長春新鹼和用於治療霍奇金氏淋巴瘤的長春鹼。」

當前物種損失率估計比自然滅絕率高1000到1萬倍,但無法詳細確認,因為我們不知道地球上實際生活著多少物種,估計在530萬到1兆間。然而我們確實知道滅絕正在加速。根據世界自然基金會(WWF)的資料,野生動物的族群數量在50年內的時間裡減少了2/3以上,而國際自然保育聯盟(IUCN)估計,幾乎所有物種中有1/3面臨滅絕威脅。

根據里茲大學昆蟲學家、動物學家和訪問研究員派珀(Ross Piper)的說法,我們對生物中最多樣化的潛在藥物用途的認識,僅是九牛一毛。「我們已經描述了超過一百萬種昆蟲,但還有數百萬種昆蟲。就算是那些有名字的,絕大多數我們也只是知道個名字。在生態方面,牠們如何生活、生活在哪裡、與哪些物種相互作用,幾乎都不知道。隨著棲息地的消失,我們肯定會失去宇宙中獨一無二的物種。」

邱園報告:自然衍生藥物需求增加 是生物多樣性喪失原因之一

地球上每個陸地和淡水棲息地中都有昆蟲。為了保護自己免於被各種物種捕食,昆蟲演化出大量的化學混合物,如幼蟲產生的抗微生物化合物,可用作抗病毒或抗腫瘤劑;昆蟲的毒液,如長腳蜂(Polybia paulista)的毒液,被認為可用於標靶治療、破壞癌細胞。

但可供研究的昆蟲數量龐大,通常不容易找到具有醫學潛力的標本。昆蟲很難被圈養,而且由於牠們很小,不易提取足夠的有用材料。不過,現在科學家可以挖掘生物體的整個DNA了。

「這一直以來是個被忽視的領域,」派珀說, 「過去的研究僅限於可以大量圈養的物種,如蟋蟀和蒼蠅。現在我們可以從幾個樣本獲得足夠的資訊,不需數千或數百萬個。」

根據邱園2020年發表的一份報告,對天然衍生藥物的需求增加是生物多樣性喪失的一個原因。在過度捕撈的物種中,現在鱟被列為易危物種,而三棘鱟在台灣本地已滅絕。太平洋紅豆杉是化療藥物紫杉醇的原始來源,受脅程度被IUCN評估為近危級,其族群仍處於瀕臨滅絕的螺旋式下降中。

「需要數千棵太平洋紫杉樹才能獲得足夠的紫杉醇用於臨床,」豪斯說,更深入瞭解植物化學,可幫助科學家找到更永續的、從大自然中提取藥物,留給後代子孫使用的方法。「我們現在比較瞭解生物合成途徑、植物和真菌產生化學物質的方式,可以將這些生物合成途徑轉移到酵母等其他生物體中,讓酵母細胞工廠擔任製造這些藥用化學品的角色,減少從野外收穫物種的需求。這種方法已經成功地用於提高青蒿素的產量。」

在邱園,來自世界各地的標本被儲存在種子庫中。邱園科學家透過讀取植物和真菌DNA來發現並保護新物種。他們正在檢查物種的受威脅程度,以便更新到IUCN受脅物種紅皮書中,作為保育策略和政策的指引。在熱帶地區等生物多樣性熱點地區,邱園正在提高當地對植物生命重要性的認識,並影響國家當局優先保護植物及其棲息地。

在其他地方,人工智慧和公民科學家正在使用應用程式幫助辨識物種,更有以定序世界上所有生命基因組為目標的開源基因資料庫

豪斯和夸夫以及其他許多科學家在近期的一份研究中寫道:「科學和技術的進步為從自然界中發現新分子帶來機會,提供了大量合成代謝途徑以及更永續的來源方式,為因應全球健康挑戰提供了基礎。」

生物多樣性是地球上的生命,在其所有無數的相互作用中,以各種形式存在。夸夫在談及植物創造未來抗生素的潛力時表示:「現在正是我們深化相關知識、善加運用植物的化學力量的時候。」

參考資料

作者

姜唯

如果有一件事是重要的,如果能為孩子實現一個願望,那就是人類與大自然和諧共存。

林大利

於特有生物研究保育中心服務,小鳥和棲地是主要的研究對象。是龜毛的讀者,認為龜毛是探索世界的美德。