核心概念
生物學
細菌
健康
藥物
數學
機率
簡介
您是否曾經需要服用抗生素？您的醫生或護士可能告訴您要完成每劑藥物的服用——即使您在完成之前就開始感覺好轉。但這是為什麼呢？您可能會驚訝地發現，如果您過早停止服用抗生素，您可能會促成產生抗生素耐藥性“超級細菌”，這會使我們的藥物效果降低，並使疾病更難治療。在這個活動中，您將透過擲骰子來了解細菌如何對抗生素做出反應，從而找出為什麼這些超級細菌如此難以治療。
背景
細菌是無處不在的微小生物。即使在我們健康的時候，也有數萬億的細菌生活在我們體內和體表。大多數細菌對人類無害——許多甚至是有益的。但有些細菌會使我們生病。抗生素是透過殺死細菌來治療細菌感染的藥物，例如鏈球菌性咽喉炎或耳部感染。在 20 世紀中期抗生素廣泛使用之前，人們有時會因輕微的傷口和感染而死亡（也許是我們認為不重要的傷害，例如擦傷的膝蓋）。
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隨著時間的推移，許多抗生素失去了效力，因為細菌對它們的耐藥性越來越強。這意味著一些細菌可以在本應殺死它們的抗生素中存活下來。這些細菌被稱為抗生素耐藥細菌，或“超級細菌”。
發生這種情況是因為並非所有細菌都相同：一些細菌對抗生素的耐藥性比其他細菌更強。如果某些細菌對抗生素的敏感性較低，它們就可以存活下來，甚至繁殖。
科學家們一致認為，服用抗生素的時間過短會增加倖存細菌產生抗生素耐藥性的風險。其他可能導致抗生素耐藥細菌的行為包括在不需要時服用抗生素（例如當您感染病毒時）、未妥善處理抗生素或服用抗生素時間過長。在此活動中，您將用骰子模擬抗生素耐藥細菌的產生。您認為需要多少劑量才能將它們全部消滅？
材料
20 個骰子（六面：15 個一種顏色，5 個另一種顏色）或訪問 線上擲骰子器或擲骰子器應用程式
紙
筆
您可以滾動所有骰子的較大的平坦工作區域（如果您使用的是實物骰子）
每種顏色的額外骰子（可選）
座標紙（可選）
準備
按顏色分隔骰子。在您的模型中，每個骰子將代表一個細菌，其中五個相同顏色的骰子代表耐藥性更強的細菌，而 15 個另一種顏色的骰子代表耐藥性較弱的細菌。（幸運的是，在自然界中，耐藥性較弱的細菌仍然是最豐富的。）
在您的紙上寫下哪種顏色代表哪種細菌。
在您的模擬中，每次擲骰子都將對應於服用一劑抗生素。當擲出 2、3、4、5 或 6 時，耐藥性更強的細菌將在抗生素中存活下來。當擲出 6 時，耐藥性較弱的細菌才能存活。耐藥性較弱的細菌與耐藥性較強的細菌的存活機率有何不同？
步驟
將所有骰子混合在一起並擲骰子，以代表第一劑抗生素。
根據耐藥性較弱和耐藥性較強的細菌的規則，將擲出的骰子分成“存活”堆和“死亡”堆。第一劑抗生素在殺死細菌方面的效果如何？
將“死亡”堆中的所有骰子放在一邊。它們將不再使用。計算“存活”堆中每種顏色的骰子數量，並將結果記錄在一張紙上。有多少細菌存活下來？有多少耐藥性更強或耐藥性更弱的細菌死亡？
重複這些步驟，直到沒有骰子剩下。每次擲骰子時都記錄您的結果。殺死所有耐藥性更強的細菌需要擲多少次？與耐藥性較弱的細菌相比，耐藥性更強的細菌存活的時間更長還是更短？您認為為什麼會出現這種情況？
額外：增加每組細菌的骰子數量或改變耐藥性更強與耐藥性更弱的細菌的比例。這會如何改變您的結果？如果您從更大比例的耐藥性更強的細菌開始，會發生什麼？
額外：使用座標紙繪製您的結果圖。在橫軸上寫下劑量數（您擲骰子的次數），在縱軸上繪製每次劑量後存活細菌的數量圖。您繪製的耐藥性更強與耐藥性更弱的細菌的圖表有何不同？
額外：在現實世界中，活細菌可以繁殖，產生更多同類型的細菌。如果您允許每個細菌隨著時間的推移而繁殖，您認為會發生什麼？進行兩次抗生素劑量（擲骰子），每次都移除“死亡”細菌。在第二次劑量後，像往常一樣移除“死亡”細菌，但這次為每個存活的細菌新增一個相同顏色的骰子。這對抗藥性更強和耐藥性更弱的細菌的比例有什麼影響？在每次擲骰子兩次後繼續這樣做。細菌的比例會發生什麼變化？您最終能夠消滅耐藥性更強的細菌嗎？您能想到為什麼首先避免出現更多耐藥性細菌很重要嗎？
額外：抗生素只能殺死細菌。如果您感染了病毒，病毒是由不同型別的感染引起的，例如普通感冒，會發生什麼？讓我們來了解一下。收集 15 個相同顏色的骰子；這次它們將是病毒細胞。現在擲所有骰子，代表一劑抗生素。移除任何落在 7 上的骰子。抗生素殺死了任何病毒細胞嗎？
觀察和結果
您是否能夠殺死所有細菌？可能可以，但這可能需要您擲骰子很多輪才能做到。您可能注意到“正常”或耐藥性較弱的細菌很快就被殺死了。由於它們在您的模型中僅在擲出 6 時才能存活，並且骰子上有六個可能的數字，因此它們在一次擲骰子（代表一劑抗生素）中存活的機率僅為六分之一，即 16.6%。可能只需要擲幾次就可以消除所有耐藥性較弱的細菌。
但是，該模型中耐藥性更強的細菌每次擲骰子（或劑量）的存活機率為六分之五，即 83.3%，因為當擲出 2、3、4、5 或 6 時，它們可以存活。這意味著需要更長的時間才能殺死所有耐藥性更強的細菌。儘管它們的初始數量遠低於耐藥性較弱的細菌，但在擲了幾次之後，它們可能就是唯一存活的細菌。您可能需要多達 10 次甚至更多的抗生素劑量（或擲骰子）才能將它們全部消滅。
這就是現實生活中細菌的情況。一劑抗生素可以非常有效地殺死許多無法抵抗藥物作用的細菌。但是，能夠防禦抗生素的細菌能夠存活第一劑，並且需要數劑治療才能殺死它們。如果您嘗試了讓倖存細菌繁殖的額外活動，您可能會看到殺死耐藥性更強的細菌極其困難。這就是為什麼我們試圖首先避免出現更多這些細菌。如果您嘗試用抗生素劑量殺死病毒，您當然會看到它根本不起作用！因此，下次您生病時請記住這一點。完全按照您的醫生或護士的指示服用任何處方抗生素——這樣您就可以儘自己的一份力量，幫助避免產生超級細菌。
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