細(xì)菌耐藥新發(fā)現(xiàn)

今天，細(xì)菌耐藥已經(jīng)從單一耐藥到多重耐藥甚至廣泛耐藥發(fā)展，已經(jīng)產(chǎn)生了超級(jí)耐藥細(xì)菌——抗甲氧西林的金黃色葡萄球菌 (MRSA)。這種超級(jí)耐藥菌似乎對(duì)臨床各種抗菌藥物都有抗性。今天，針對(duì)以MRSA為代表的細(xì)菌的超級(jí)耐藥性，研究人員有了新的發(fā)現(xiàn)。

細(xì)菌耐藥古已有之

毫無疑問，細(xì)菌的耐藥遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于人類的誕生和進(jìn)化。早在人類產(chǎn)生以前，細(xì)菌就已經(jīng)生存于自然界，并根據(jù)生存的需要而擁有耐藥的特性。由于抗菌藥物（抗生素）大多屬于微生物的代謝產(chǎn)物，據(jù)此可把自然界中的微生物分為二類，一類是產(chǎn)生抗菌藥物的微生物（主要是放線菌和鏈霉菌），另一類是不能產(chǎn)生抗菌藥物的微生物（大多數(shù)細(xì)菌屬于此類）。

在自然界中這兩類微生物常常相伴而生，前者由于能夠產(chǎn)生抗菌藥物，具有殺滅其他細(xì)菌的能力而獲得生存優(yōu)勢(shì)，不產(chǎn)生抗菌藥物的細(xì)菌則需要獲得抵抗抗菌藥物的能力，達(dá)到種族延續(xù)的目的。因此，無論是哪種細(xì)菌，為了更好地生存，都需要有耐藥性，抗菌藥物與細(xì)菌耐藥也就成為自然界中長(zhǎng)期存在的生物現(xiàn)象。

細(xì)菌的耐藥通常是通過一系列方式產(chǎn)生的，可以用革蘭氏陰性菌的抗生素耐藥機(jī)理來說明。細(xì)菌耐藥首先是具有多種耐藥性外排泵，這些外排泵可以直接將進(jìn)入細(xì)胞的抗生素、重金屬或其他毒性分子排出細(xì)胞外，同時(shí)還可以通過一些轉(zhuǎn)運(yùn)分子把抗生素排出細(xì)胞外。其次，細(xì)菌可以讓自己的細(xì)胞膜產(chǎn)生非滲透性，從而讓抗生素?zé)o法進(jìn)入細(xì)菌而起作用。第三，細(xì)菌還可以改變抗生素結(jié)合位點(diǎn)的構(gòu)型，使抗生素不能識(shí)別自己，從而失去作用。最后，細(xì)菌還可以通過一些酶，如鈍化酶對(duì)抗生素進(jìn)行共價(jià)修飾，讓抗生素失效，或者分泌某些滅活酶直接將抗生素降解。

加拿大麥克馬斯特大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌的這些耐藥特性早在臨床使用抗生素之前就普遍存在了。研究人員對(duì)加拿大育空地區(qū)永凍土中發(fā)現(xiàn)的3萬(wàn)年前的細(xì)菌DNA進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)菌能夠抵抗抗生素。麥克馬斯特大學(xué)的杰勒德?賴特的研究小組從地表下約20英尺處的一層泥土里收集了DNA。這層泥土曾是一個(gè)古老湖泊的湖畔沉積物，上方覆蓋著3萬(wàn)年前落下的火山灰。這個(gè)地點(diǎn)顯然沒有受到污染，因?yàn)樗訒r(shí)代生物的DNA，但卻沒有當(dāng)代物種的DNA。

對(duì)這些古代細(xì)菌的DNA進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，沉積物中的古代細(xì)菌含有現(xiàn)代細(xì)菌抵抗抗生素的所有主要基因。這說明細(xì)菌的耐藥性是一種普遍的自然現(xiàn)象，同時(shí)意味著，抗生素與抵御抗生素是微生物生存的一種針鋒相對(duì)的矛盾，在這種此消彼長(zhǎng)的矛盾中，微生物不斷進(jìn)化?？股厥钦婢?、藻類和細(xì)菌制造的用以發(fā)出信號(hào)和保衛(wèi)自己的物質(zhì)。反過來，微生物通過進(jìn)化也逐漸獲得了抵抗抗生素的基因。經(jīng)過數(shù)百萬(wàn)年的演變，兩類復(fù)雜的基因出現(xiàn)了，一類制造抗生素，另一類抵抗抗生素。

獨(dú)特的耐藥基因

但是，隨著人類使用抗生素的范圍擴(kuò)大和使用量的增加，細(xì)菌的耐藥性也相應(yīng)變得更為強(qiáng)大起來，而且產(chǎn)生了一些新的耐藥基因。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，超級(jí)細(xì)菌MRSA之所以對(duì)所有抗生素都有耐藥性，是因?yàn)樗鼡碛行碌吕锝饘?β-內(nèi)酰胺酶1(ndm-1)，而新德里金屬-β-內(nèi)酰胺酶1是由該種酶的基因編碼的，擁有了這種酶就能對(duì)甲氧西林等抗生素進(jìn)行降解，使抗生素失去藥效。編碼新德里金屬-β-內(nèi)酰胺酶的基因位于細(xì)菌的質(zhì)體上。質(zhì)體也是一種脫氧核糖核酸，但是，卻獨(dú)立于染色體DNA 之外，是一種環(huán)狀小分子DNA，通常只有數(shù)千個(gè)堿基對(duì)，也具有自我復(fù)制的能力。更重要的是，質(zhì)體可以在細(xì)菌之間廣泛轉(zhuǎn)染，因此，超級(jí)細(xì)菌MRSA也可能把超級(jí)耐藥性傳遞給其他細(xì)菌，哪怕是大腸桿菌含有這種質(zhì)體都能讓人致命。

除了新德里金屬-β-內(nèi)酰胺酶基因外，現(xiàn)在研究人員發(fā)現(xiàn)，又有一種新的基因可以讓細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，或增強(qiáng)耐藥性。早在幾年前，研究人員就發(fā)現(xiàn)，松鼠葡萄球菌之所以耐藥是因?yàn)檫@種細(xì)菌進(jìn)化生成了一種稱為Cfr的新基因，該基因編碼的蛋白在細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性中發(fā)揮了關(guān)鍵作用?，F(xiàn)在，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)化學(xué)系與分子生物學(xué)系副教授斯奎爾?布克的研究小組發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌中也有相同的Cfr基因。

金黃色葡萄球菌一般寄居在人類鼻部和皮膚上，是一種最常見的細(xì)菌，也是目前能耐受多種抗生素的細(xì)菌。布克的研究小組在美國(guó)、墨西哥、巴西、西班牙、意大利及愛爾蘭的金黃色葡萄球菌中均發(fā)現(xiàn)了這一基因，證實(shí)它能促使細(xì)菌對(duì)7種類型的抗生素產(chǎn)生耐受。盡管研究人員還不完全清楚這一基因編碼的蛋白質(zhì)是如何讓細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的，但是有一點(diǎn)是清楚的，即Cfr基因可以通過感染動(dòng)物的細(xì)菌轉(zhuǎn)移到感染人的細(xì)菌上面，從而對(duì)人類使用的抗生素產(chǎn)生耐藥性。

不過，布克的研究小組在對(duì)Cfr蛋白的甲基化功能進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這種基因?qū)е录?xì)菌耐藥的一些線索。甲基化是指通過特異的甲基轉(zhuǎn)移酶催化作用，在某些蛋白質(zhì)或核酸的特殊位點(diǎn)添加甲基基團(tuán)（一種分子）的化學(xué)修飾過程。很多抗生素對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生作用是通過結(jié)合到細(xì)菌中的核糖體上，破壞核糖體的正常功能來殺死細(xì)菌。而細(xì)菌的一種稱為RlmN的蛋白在甲基化后可以促使細(xì)菌核糖體發(fā)揮正常的功能。碰巧的是，Cfr蛋白與RlmN蛋白有相同的功能，但是兩種蛋白在核糖體上添加甲基基團(tuán)的位置卻迥然相異。這就構(gòu)成了細(xì)菌耐藥的基礎(chǔ)。

由于Cfr蛋白在細(xì)菌核糖體上添加甲基基團(tuán)的位置不同，這種不同的甲基化過程就會(huì)阻斷抗生素與核糖體的結(jié)合，從而破壞抗生素干擾細(xì)菌核糖體的效應(yīng)，也就讓細(xì)菌對(duì)抗生素產(chǎn)生了耐藥性。

研究人員認(rèn)為，知道了這種新基因?qū)е录?xì)菌產(chǎn)生耐藥性的線索或機(jī)理后，就可能研制新的藥物，這樣的藥物可以阻斷Cfr蛋白在細(xì)菌核糖體上甲基化的過程，以破除細(xì)菌的耐藥性。

耐藥性的水平基因轉(zhuǎn)移更廣泛

研究人員早就知道，細(xì)菌的耐藥是通過一種水平基因轉(zhuǎn)移(HGT)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)的。這種水平基因轉(zhuǎn)移是細(xì)菌的一種很古老的行為，能使來自不同譜系的細(xì)菌通過基因交換，獲得從父輩那里得不到的遺傳信息。這種基因交換形式不僅讓細(xì)菌具有更頑強(qiáng)的生存能力，而且能把耐藥性迅速而廣泛地傳播到其他細(xì)菌。此外，細(xì)菌通過水平交換后的基因也能通過遺傳的正向選擇而傳遞給后代。

例如，使金黃色葡萄球菌具有很強(qiáng)的耐藥性的新德里金屬-β-內(nèi)酰胺酶1最早是在肺炎克雷伯氏菌中產(chǎn)生的，此后，編碼這種酶的基因通過水平轉(zhuǎn)移進(jìn)入了金黃色葡萄球菌中，才使得后者成為了超級(jí)細(xì)菌。

然而，細(xì)菌中的水平基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象到底有多廣泛，研究人員并不清楚。最近，美國(guó)麻省理工大學(xué)的艾里克?阿爾姆的研究小組發(fā)現(xiàn)，全球2235種細(xì)菌基因組中的10000個(gè)基因，正以水平基因轉(zhuǎn)移的方式自由流動(dòng)。這意味著，細(xì)菌基因的水平轉(zhuǎn)移是一種廣泛的現(xiàn)象。不僅如此，一些基因的水平轉(zhuǎn)移更出人意料。

例如，一種耐藥性基因在人類共生菌的六成細(xì)菌中獲得轉(zhuǎn)移。這種耐藥性基因可能是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工業(yè)化的抗生素濫用中產(chǎn)生的。而且，牲畜共生菌和人類共生菌中出現(xiàn)了42個(gè)相同的耐藥性基因，表明這兩類細(xì)菌共享一個(gè)基因庫(kù)。從理論上講，10億年的進(jìn)化早該讓牛身上的細(xì)菌和人身上的細(xì)菌分道揚(yáng)鑣。但是，現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)大量使用抗生素，使得牲畜共生菌和人類共生菌的一些基因，尤其是耐藥性基因獲得了轉(zhuǎn)移和共享。

由于向動(dòng)物的食物中加入預(yù)防疾病的抗生素，可以促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)和防止高密度養(yǎng)殖的牲畜和家禽內(nèi)部的疾病傳播，世界各國(guó)對(duì)動(dòng)物使用抗生素已是一種普遍現(xiàn)象。中國(guó)每年生產(chǎn)抗生素大約21萬(wàn)噸，其中9.7萬(wàn)噸抗生素用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)，占年總產(chǎn)量的46.1%。美國(guó)食品和藥物管理局的報(bào)告稱，2009年在美國(guó)銷售的3.3千萬(wàn)磅抗生素中80%用于農(nóng)業(yè)，其中就包括通常作為人類藥物的青霉素、四環(huán)素。

阿爾姆的研究小組還發(fā)現(xiàn)，抗藥性基因有43個(gè)出現(xiàn)了跨國(guó)轉(zhuǎn)移。而且，同一宿主的細(xì)菌之間，水平基因轉(zhuǎn)移發(fā)生的情況更頻繁。因?yàn)?，這些細(xì)菌具有相同的氧氣耐受力或相同的致病性，使得它們占據(jù)了相同的環(huán)境生態(tài)位置，這比親緣關(guān)系相近或地理位置相近更能決定一個(gè)轉(zhuǎn)移基因是否能融入新的細(xì)菌基因組中。

這些情況表明，一旦一個(gè)基因攜帶某個(gè)特征進(jìn)入人類共生菌的基因庫(kù)，很快它就會(huì)傳播到國(guó)界之外，而且，如果是一種耐藥基因，也很快會(huì)讓很多國(guó)家產(chǎn)生無藥可用的局面。

少用或不用抗生素

研究人員認(rèn)為，阻止細(xì)菌耐藥除了針對(duì)特殊的耐藥基因采取措施外，最根本的方法是減少或禁用抗生素，尤其是對(duì)養(yǎng)殖業(yè)禁用抗生素。因?yàn)?，產(chǎn)生耐藥性是細(xì)菌的天性之一。丹麥早就做出了榜樣。2000年，丹麥政府下令，所有動(dòng)物，不論大小，一律禁用抗生素飼料。當(dāng)然，在禁用的當(dāng)年，由于豬出現(xiàn)大量病患，動(dòng)物醫(yī)用抗生素使用量比1999年多了20多噸。

但是，動(dòng)物抗生素(包括含抗生素飼料和動(dòng)物醫(yī)用抗生素)的年使用量，卻從1995年的210噸，降至2000年的96噸。更好的結(jié)果是，禁止對(duì)動(dòng)物使用抗生素后，細(xì)菌的耐藥性大大下降，丹麥人感染耐藥性腸球菌的數(shù)量不斷減少，也讓丹麥的豬肉和其他肉類食品質(zhì)量更好，更安全。

另一項(xiàng)新研究表明，少用或不用抗生素對(duì)人和生物具有更大的安全性，尤其是可以保障生殖安全。美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)的珍妮?齊赫研究小組用傳統(tǒng)抗生素——四環(huán)素對(duì)動(dòng)物進(jìn)行試驗(yàn)，獲得了意想不到的發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物可以把四環(huán)素毒性傳遞給它們的后代。研究人員以三代偽蝎為研究對(duì)象，將21窩偽蝎分為兩組，一組為對(duì)照組，不對(duì)其使用四環(huán)素，另一組則從出生到成年對(duì)其使用四環(huán)素，以便控制第一代中的遺傳影響。隨后幾代不用四環(huán)素處理。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素對(duì)雄性偽蝎生殖功能和精子活力有顯著的不利影響，可將精子活力降低25%，并且這種影響可傳至子代，但在子代后的世代中沒有觀察到這種影響。不過，四環(huán)素對(duì)雄性或雌性的身體大小、對(duì)雄性的精子數(shù)量和雌性的生殖功能沒有影響。研究人員認(rèn)為，四環(huán)素可能誘導(dǎo)雄性生殖組織發(fā)生變化，這些變化可傳遞給子代。這些變化不改變基因序列，卻改變基因表達(dá)方式，也就是說，是從表觀遺傳上對(duì)后代產(chǎn)生影響。

四環(huán)素是一種傳統(tǒng)的抗生素，現(xiàn)在仍然在許多國(guó)家的臨床上使用，并用作動(dòng)物飼料添加劑和對(duì)動(dòng)物的抗感染治療。但是，過去的研究早就發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素對(duì)動(dòng)物生殖力有負(fù)面作用。羅非魚的精子暴露于高濃度的四環(huán)素可降低精子的活力和線粒體的功能。對(duì)小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素可導(dǎo)致小鼠精子形狀畸形，同時(shí)減少精子計(jì)數(shù)，降低精子的活動(dòng)性和生育力。對(duì)人的精子體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素可以降低精子的活動(dòng)性和生育力。

現(xiàn)在，美國(guó)研究人員對(duì)偽蝎的試驗(yàn)進(jìn)一步證明，四環(huán)素可以把毒力傳遞給子代，這說明抗生素有跨代影響的副作用。因此，少用或不用抗生素，對(duì)包括動(dòng)物和人的生殖力是大有益處的。

【責(zé)任編輯】張?zhí)锟?/p>