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動機與目標：
為什麼我們關心超級細菌？

2014年，世界衛生組織報告稱，“當細菌產生抗藥性時，如果沒有抗生素使用，將對公眾健康造成巨大威脅。”
他們在2019 年向聯合國提交的一份報告中警告說，如果不採取緊急行動，到2030 年，抗菌藥物抗藥性可能會迫使多達2,400 萬人陷入極端貧困，
到2050 年，抗藥性細菌可能每年導致1000 萬人死亡和損 [1]。

抗甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA) 是最著名的超級細菌之一，是數十年來不必要的抗生素使用造成的，並且與全球每年的高死亡率有關。
根據疾病管制與預防中心的數據，世界上大約 5% 的人口長期攜帶這種類型的葡萄球菌 [2]。
如果沒有適當的治療，MRSA 會迅速從感染區域傳播到器官和其他身體部位，造成嚴重的器官損傷，甚至死亡。
MRSA 感染每年造成多達 19,000 人死亡 [3]。

超級細菌：MRSA
金黃色葡萄球菌（S. aureus）是一種主要的人類病原體，引起多種臨床疾病症狀。
一般來說，人體的免疫系統可以有效防禦金黃色葡萄球菌感染，並與皮膚上的金黃色葡萄球菌形成平衡，不會造成進一步的傷害。
然而，免疫力下降或開放性傷口可能會打破平衡，並促進  金黃色葡萄球菌  感染。
金黃色葡萄球菌感染  可引起輕微的臨床症狀，如腫脹或化膿，到更嚴重的健康問題，如菌血症、心內膜炎、胸膜肺和設備相關感染[4]。

抗生素治療是金黃色葡萄球菌感染的標準治療策略。因此，金黃色葡萄球菌的整體感染率在過去幾十年中保持一致。
然而，抗生素的不當使​​用促進了抗甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA ）的出現。 MRSA的比例逐年上升，MRSA已成為臨床試驗的新問題。

值得注意的是，MRSA 也會引起潛伏感染。在人類免疫系統中，巨噬細胞負責透過吞噬作用和溶小體降解來清除感染性病原體（例如，MRSA）。
最近的研究表明，金黃色葡萄球菌形成了逃避吞噬體的保護機制，或對溶小體降解具有抵抗力，並且仍然潛伏在巨噬細胞中。
潛伏的 MRSA 逃脫了免疫防禦和抗生素治療，透過血液傳播，導致更嚴重的健康問題[5]。

MRSA 引起的症狀－菌血症
與 MRSA 感染相關的一種眾所周知的疾病是菌血症，這是傳染性金黃色葡萄球菌在人體內不受控制的傳播。
金黃色葡萄球菌菌血症（SAB）很難治愈，死亡率很高。因此，SAB 給醫療保健系統帶來了巨大的成本和資源負擔。
SAB能夠在人體內誘發危及生命的併發症，包括感染性心內膜炎和其他細菌感染[6]。
抗生素治療金黃色葡萄球菌引起的SAB並不十分有效，對於MRSA感染情況更糟。一般來說，西方國家SAB的發生率為每10萬人20至80人。
對 SAB 風險群體的檢查表明，年齡、性別、種族和糖尿病和後天免疫缺陷症候群 (AIDS) 等慢性病是重要因素[4]。
年齡是 SAB 發生率最重要的決定因素。對於35 歲以下的患者，SAB 的30 天死亡率低於10%。而85 歲以上的患者則超過50% [7]。

對於慢性疾病，糖尿病與 SAB 患者死亡率顯著升高相關[8]。糖尿病患者可能因多種原因而增加對 SAB 的易感性，包括組織高血糖和氧合減少，以及免疫力普遍降低。高齡、共存疾病和糖尿病併發症可能會進一步增加 SAB 的風險[9]。
同樣，金黃色葡萄球菌感染也是愛滋病患者發病率較高的原因。愛滋病患者的SAB發生率明顯高於其他患者，為每10萬人年1960例，是非HIV感染族群的24倍[10]。雖然SAB發病率的增加可能是由於愛滋病患者使用注射藥物所致，但非注射藥物的愛滋病患者也表現出比非HIV感染族群更高的SAB發生率[4]。

SAB 的發生率也與性別相關，男性始終表現出較高的 SAB 發病風險。男性與女性的 SAB 比率約為 1.5，但原因尚不清楚。
種族也與 SAB 發生率有關。在美國，黑人人口的 SAB 發生率（每 10 萬人年 66.5 人）是白人人口（每 10 萬人年 27.7 人）的兩倍多。在澳大利亞，原住民中SAB的發生率是非土著澳大利亞人的5.8至20倍[4]。

MRSA引起的症狀－感染性心內膜炎
感染性心內膜炎（IE）是一種罕見但嚴重的疾病。 IE 是由心臟內膜細菌感染引起的。
當患者免疫力較弱時，傳染性細菌可能會突破免疫防禦，透過血液感染患者身體的其他部位。
IE每10萬人年發生率為3.2～14.4例，院內死亡率約20%，5年死亡率為40% [7]。
重要的是，金黃色葡萄球菌是最常與 IE 相關的病原體[4] ，由金黃色葡萄球菌引起的 IE 比例範圍為 26% 至近 50%

設計與原理：
我們如何解決超級細菌問題？
AgenT敷料－針對免疫力低下或慢性疾病的患者，用於阻止傷口MRSA感染的抗菌敷料。

受到2019 年 iGEM 團隊 Linkoping_Sweden的啟發，我們決定開發 AgenT 敷料，以解決細胞外和細胞內 MRSA 感染。此設計可簡單分為抗菌組件和支撐組件。

對於抗菌成分，我們應用抗菌肽 (AMP) 可透過破壞細菌膜或乾擾細菌代謝來殺死細胞外 MRSA 和其他細菌。
對於細胞內細菌，我們將 AMP 與細胞穿透勝肽 (CPP) 和溶酶體組織蛋白酶 S (CTSS) 位點連接起來以刺激 AMP 釋放。
一旦CPP透過巨胞飲作用將AMP帶入巨噬細胞，吞噬溶小體CTSS就會裂解CTSS位點並釋放AMP以發揮其功能。

支撐組件包括外層 PU 膜、吸收傷口滲出液的中間層以及含有 AMP 和 CPP 連接的 AMP 的內膠原層。
PU膜防水透氣，可阻擋外部感染。中間層由海藻酸鹽和殼聚醣組成，兩者皆具有生物相容性。
膠原蛋白層橋接中間吸收層和 AMP 或 CPP 連接的 AMP。膠原蛋白也刺激傷口床上新形成的膠原纖維和肉芽組織的沉積和組織。

最後，我們使用人類纖維連接蛋白的膠原蛋白結合域 (CBD) 將 AMP 或 CPP-AMP 錨定到膠原蛋白層上。
為了將 AMP 或 CPP-AMP 釋放到傷口，我們設計了一個帶有凝血酶裂解位點的連接胜肽。
當我們的敷料接觸傷口中存在的凝血酶時，凝血酶會切斷接頭並釋放 AMP 或 CPP-AMP 以殺死細胞外和細胞內的細菌。

因此，CCU_Taiwan iGEM團隊為MRSA感染高風險族群提供了新的治療選擇。

最終的產品被命名為AgenT敷料，名字是A MP、Colla gen、T AT的組合。它是一種三層抗菌敷料，專為慢性傷口護理和免疫力較弱的患者而設計。

參考文獻：
1. World Health Organization: WHO. (2019, April 29). New report calls for urgent action to avert antimicrobial resistance crisis. Who.int; World Health Organization
2. MRSA infection - Symptoms and causes. (2020). Mayo Clinic
3. MRSA: How Much Do You Know About This “Superbug”? (2021, January 26). RxList
4. Tong, S. Y., Davis, J. S., Eichenberger, E., Holland, T. L., & Fowler, V. G., Jr (2015). Staphylococcus aureus infections: epidemiology, pathophysiology, clinical manifestations, and management. Clinical microbiology reviews, 28(3), 603–661.5.
5. Pidwill, G. R., Gibson, J. F., Cole, J., Renshaw, S. A., & Foster, S. J. (2021).The Role of Macrophages in Staphylococcus aureus Infection. Frontiers in immunology, 11, 620339.
6. Naber C. K. (2009). Staphylococcus aureus bacteremia: epidemiology, pathophysiology, and management strategies. Clinical infectious diseases : an official publication of the Infectious Diseases Society of America, 48 Suppl 4, S231–S237.
7. van Hal, S. J., Jensen, S. O., Vaska, V. L., Espedido, B. A., Paterson, D. L., & Gosbell, I. B. (2012). Predictors of mortality in Staphylococcus aureus Bacteremia. Clinical microbiology reviews, 25(2), 362–386.
8. Kanafani, Z. A., Kourany, W. M., Fowler, V. G., Jr, Levine, D. P., Vigliani, G. A., Campion, M., Katz, D. E., Corey, G. R., & Boucher, H. W. (2009). Clinical characteristics and outcomes of diabetic patients with Staphylococcus aureus bacteremia and endocarditis. European journal of clinical microbiology & infectious diseases : official publication of the European Society of Clinical Microbiology, 28(12), 1477–1482.
9. Smit, J., Søgaard, M., Schønheyder, H. C., Nielsen, H., Frøslev, T., & Thomsen, R. W. (2016). Diabetes and risk of community-acquired Staphylococcus aureus bacteremia: a population-based case-control study. European journal of endocrinology, 174(5), 631–639.10.
10. Hidron, A. I., Kempker, R., Moanna, A., & Rimland, D. (2010). Methicillin-resistant Staphylococcus aureus in HIV-infected patients. Infection and drug resistance, 3, 73–86.