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全球1年600萬人死於超級細菌 長庚靠AI提前找到病因

2019/12/26 15:11 東森新聞 字級:
讀稿
全球1年600萬人死於超級細菌 長庚靠AI提前找到病因

全球一年六百萬人因超級細菌嚴重感染症死亡,抗藥性極強的「超級細菌」,由於無法用臨床的檢驗方法檢驗出來,不但加重治療的困難度,錯誤的用藥更增強其抗藥能力。為突破這項困境,林口長庚醫院與長庚大學、中央大學跨領域、跨校合作,運用人工智慧開發出「超級細菌預測模型」,可更快速、便宜、正確地進行微生物特性鑑定,幾秒鐘內即可完成預測,並達到80%的用藥準確性,成為對抗微生物感染的一大利器。

 

 

這項研究成果榮獲2017年台北國際發明展金獎,並刊登於2018年10月國際微生物研究學界著名期刊「微生物研究先驅(Frontiers in Microbiology)」。

 

43歲林先生是美國矽谷的科技新貴,因工作競爭激烈、壓力大,給身體帶來了負面影響。一次生病時高燒不退,頸部腫脹不適,呼吸困難,到醫院就診,醫師告知是嚴重的頸部感染,可能危及生命,但因無法判斷是何種細菌,只能先根據「經驗」使用抗生素治療,不過林先生後來仍然發生敗血性休克,在家人多方奔走與付出額外的檢驗花費下,才得知感染的是超級細菌,用經驗性的抗生素根本無法殺死,醫師隨即對症下藥,林先生這才撿回了一條命。

 

▲一般細菌:菌盤上可見抗生素(白色圓點)的周圍透明圈比較多,代表對細菌有抑制能力

 

▲超級細菌:菌盤上可見抗生素(白色圓點)的周圍幾乎沒有透明圈,顯示對細菌沒有抑制能力

 

林口長庚紀念醫院檢驗醫學部王信堯醫師指出,微生物學家已經發現不少種超級細菌,如具有抗藥特性的金黃色葡萄球菌、腸球菌、鮑曼不動桿菌等,其中金黃色葡萄球菌是最廣為人知的超級細菌,每年造成全世界數百萬人傷亡,在抗生素濫用的狀況下,其抗藥能力一直增強,治療愈來愈不容易,萬古黴素通常已是治療抗藥性金黃色葡萄球菌的最後一線藥物,但不幸的是,目前世界上已經出現可以對抗萬古黴素毒殺的金黃色葡萄球菌。

 

這些抗藥能力明顯的超級細菌,有些還有機會被檢驗單位檢測出來,但有些躲藏在一般不具抗藥能力的菌群中,其比例甚至低到10萬到100萬隻細菌中才有一隻的存在,因此目前臨床實務上完全無法檢測到這些超級細菌。已有本土及國際的研究指出,超級細菌的盛行率已高達7.5%。

 

王信堯醫師表示,以往感染症的病人到醫院後,由於無法即時偵測到體內的超級細菌,往往必須歷經多種藥物嘗試、治療失敗、嚴重併發症等痛苦過程後,才有辦法證實超級細菌的存在,不但加重治療的困難度,錯誤的用藥更增強其抗藥能力。

 

 

林口長庚醫院多年前即高度重視微生物檢驗的重要性,率先於2013年引進並臨床使用質譜儀(MALDI-TOF),透過質譜儀的技術,廣泛用於微生物菌種的鑑定。由於質譜儀可以產生成千上萬鋒值的數據,而這些大數據有可能提供微生物抗藥能力的線索,因此研究團隊跨領域合作,進一步使用人工智慧分析技術,成功的從質譜儀複雜的大數據中解讀出超級細菌可能的抗藥機制。這樣的抗藥性預測,只需要使用質譜儀的資料即可,不須額外的檢驗操作,幾秒鐘內即可完成預測。經過反覆驗證後,其正確率可達80%。

 

利用「超級細菌預測模型」進行微生物特性鑑定,具高精準度、高時效性,而且每次操作都能產出同樣的結果,不會因為操作人員的不同而有結果的變異,因此可減少許多額外的檢驗操作及人為判讀,在人力及物力的管控上皆是一大進展。

 

王信堯醫師表示,「超級細菌預測模型」技術已可運用於臨床微生物之檢驗,並應用在臨床實務,可以快速的檢測到目前臨床方法無法測得的超級細菌,幫助醫師提早數天得知病患是否為超級細菌感染,以進一步施用正確的抗生素。因此病患無需歷經那些辛苦的過程,醫師便能更快、更準確的給予治療用藥,有效降低感染後惡化成敗血症甚至死亡的憾事發生。由於成效顯著,研發團隊正進行其他超級細菌抗藥性預測的研究,希望明年即可將此技術推廣至更多重要的超級細菌。

 

林口長庚檢驗醫學部盧章智主任表示,超級細菌對健康照護所帶來的挑戰已日益嚴峻,世界衛生組織甚至預測到2050年,人類將無合適的抗生素可用來治療感染症。我們跟微生物的戰爭永遠不會結束,在越來越多超級細菌異軍突起的年代,「超級細菌預測模型」的臨床使用潛力無窮,這項技術除已申請專利,團隊成員包括林口長庚醫院盧章智教授、王信堯醫師及中央大學洪炯宗教授、長庚大學曾意儒教授、陳春賢教授、香港中文大學李宗夷教授等人將持續攜手合作,希望將此人工智慧發明方法廣泛運用於其他超級細菌,以期建置一超級細菌預測平台,造福更多病患。

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