耐藥菌的環(huán)境分布、傳播及新型抗菌技術(shù)研究進展＊

歐陽富成 曹慧明 陳博磊 李準潔 李 智 梁 勇

（1.南方醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣州，510515；2.持久性有毒污染物環(huán)境與健康危害湖北省重點實驗室，環(huán)境與健康學(xué)院，江漢大學(xué)，武漢，430056；3.中部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院骨科，武漢，430070）

抗生素被譽為20 世紀現(xiàn)代醫(yī)學(xué)史上最偉大的發(fā)現(xiàn)[1]，抗生素的使用極大降低了人類因感染性疾病導(dǎo)致的死亡率及致殘率.但抗生素的濫用會導(dǎo)致病原菌對常規(guī)抗生素的耐藥性增加，繼而發(fā)生的耐藥菌感染事件給人類敲響了警鐘.鑒于此，抗生素耐藥性的增加已被美國疾病與預(yù)防控制中心和世界衛(wèi)生組織確認為人類健康面臨的最大挑戰(zhàn)之一[2?3].如2011年5月中旬爆發(fā)于德國的“毒黃瓜”事件，該事件由于人類食用了腸出血性大腸桿菌污染的黃瓜所致.中毒問題短期內(nèi)蔓延到了歐洲至少9 個國家，造成了3000 余人感染，33 人死亡，其中有470 人出現(xiàn)腎功能衰竭等并發(fā)癥.引起此次疫情的菌株后被鑒定為O104 : H4 血清型腸出血性大腸桿菌，該菌株為一種新型高傳染性耐藥致病菌株，其攜帶有氨基糖苷類、大環(huán)內(nèi)酯類、磺胺類等抗生素耐藥基因，導(dǎo)致抗生素治療效果甚微.

抗生素不僅被廣泛用于疾病治療，因其具有預(yù)防疾病及刺激生長的作用，也長期被添加于飼料添加劑中應(yīng)用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)[4]；還因其良好的保健功效而被添加至個人護理用品及醫(yī)療保健品中[5].由于抗生素藥物或用品不能被人和動物完全代謝而多以原型和代謝產(chǎn)物被排出體外，其可經(jīng)多種途徑進入環(huán)境，并對水體、土壤、大氣等環(huán)境中的微生物施加選擇壓力，誘導(dǎo)環(huán)境中土著微生物產(chǎn)生大量抗性基因，從而導(dǎo)致耐藥菌的出現(xiàn)[6].

環(huán)境中耐藥菌及耐藥基因的出現(xiàn)給臨床治療耐藥菌感染帶來了巨大挑戰(zhàn)，醫(yī)院中常見耐藥致病菌的相關(guān)研究已有很多，但環(huán)境中耐藥菌的分布及傳播研究甚少.本文綜述了耐藥菌的來源和危害，總結(jié)了耐藥菌的環(huán)境分布特征及其傳播機制，概括了新型抗菌技術(shù)及其應(yīng)用進展，最后展望了有關(guān)環(huán)境耐藥菌研究的未來發(fā)展方向.

1 耐藥菌的來源及危害（Sources and threats of antibiotic-resistant bacteria）

環(huán)境中細菌耐藥性的出現(xiàn)遠早于人類開始使用抗生素，可追溯至數(shù)千萬或數(shù)十億年前[1,7].D’Costa等通過宏基因組分析方法從3 萬年前的白令陸橋永久凍土沉積物中分離出了古老的DNA，經(jīng)鑒定為具有β-內(nèi)酰胺、四環(huán)素和糖肽類抗生素耐藥性的高度多樣化基因集合[8].Larsen 等在研究抗生素使用之前的歐洲刺猬時發(fā)現(xiàn)，皮膚霉菌在刺猬體內(nèi)產(chǎn)生了兩種β-內(nèi)酰胺類抗生素，這為耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin resistantStaphylococcusaureus,MRSA）提供了自然選擇環(huán)境，后續(xù)研究也從刺猬體內(nèi)鑒定出了MRSA 的特定譜系[9].該研究表明環(huán)境的自然選擇壓力能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生耐藥菌，而抗生素形成的選擇壓力則會加劇耐藥菌出現(xiàn)的速度及數(shù)量.抗生素的使用在人類和動物傳染病預(yù)防、治療以及促進畜牧業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用.但現(xiàn)有研究表明，大多抗生素在人類和動物機體內(nèi)不能被完全代謝，多以原型和活性代謝產(chǎn)物的形式排出體外.排放出的抗生素及其代謝產(chǎn)物可通過生活污水、養(yǎng)殖業(yè)、醫(yī)療、工業(yè)廢水等多種途徑最終進入環(huán)境中，進入環(huán)境中的抗生素累積并對土著微生物造成選擇壓力，細菌通過基因隨機突變或水平基因轉(zhuǎn)移獲得抗生素耐藥基因，導(dǎo)致環(huán)境及其周圍抗生素耐藥性水平的增加，其中耐藥基因可以在不同環(huán)境介質(zhì)中傳播，從而加劇耐藥菌的出現(xiàn)[10?11].

根據(jù)2020年全國細菌耐藥監(jiān)測網(wǎng)（China Antimicrobial Resistance Surveillance System,CARSS）最新數(shù)據(jù)顯示，臨床常見的耐藥致病菌株主要包括耐碳青霉烯類大腸埃希菌（carbapenem-resistantEscherichia coli,CRECO）、耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌（carbapenem-resistantKlebsiellapneumoniae,CRKPN）、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）、耐碳青霉烯類銅綠假單胞菌（carbapenem-resistantPseudomonas aeruginosa,CRPAE）和耐碳青霉烯類鮑曼不動桿菌（carbapenem-resistantAcinetobacterbaumannii,CRABA）[12].一項有關(guān)全球細菌耐藥負擔(dān)的預(yù)測統(tǒng)計模型表明，2019年大約有495 萬例與耐藥致病菌相關(guān)的死亡案例發(fā)生，其中127 萬例直接死于耐藥致病菌感染[13].近年來，抗生素的濫用導(dǎo)致了環(huán)境中細菌耐藥性增加、多重耐藥菌菌群數(shù)量急劇增多，而耐藥菌及耐藥基因在環(huán)境、動物和人類中的傳播嚴重威脅著人類的生命和健康.

2 耐藥菌的環(huán)境分布（Environmental distribution of antibiotic-resistant bacteria）

2.1 水體

水產(chǎn)養(yǎng)殖和工業(yè)、醫(yī)療、生活廢水的排放是水環(huán)境中抗生素的主要來源，易導(dǎo)致水體中耐藥菌的出現(xiàn)[14].水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是水環(huán)境中抗性基因和耐藥菌的重要儲存庫，研究發(fā)現(xiàn)主要水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)國均能廣泛檢測到抗性基因及耐藥菌的存在.其中常見的耐藥菌有弧菌、假單胞菌、鏈球菌等[15]，最常檢測到的耐藥基因有四環(huán)素、喹諾酮類、磺胺類等[16?17].Brunton 等通過系統(tǒng)思維方法對水產(chǎn)養(yǎng)殖中耐藥性問題進行系統(tǒng)調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，耐藥菌能夠從水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境轉(zhuǎn)移到自然水體中，使野生魚類出現(xiàn)耐藥問題[18]，甚至導(dǎo)致耐藥基因和耐藥菌從水生環(huán)境轉(zhuǎn)移到陸地環(huán)境中，對人類健康造成影響[19].Boopathy 等在美國路易斯安那州一污水處理廠的未經(jīng)處理及經(jīng)處理的污水中均檢測到了甲氧西林耐藥基因（mecA），且經(jīng)處理的污水中耐藥基因要多于未經(jīng)處理的污水[20].崔紅從哈爾濱污水處理廠廢水中共篩選出了29 株耐藥菌，其中有 25 株為多重耐藥菌，且絕大部分菌株對磺胺類和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素有較高的耐藥性[21].通過采集長春市3 個不同處理工藝的污水處理廠廢水分析耐藥菌含量，劉海洋等發(fā)現(xiàn)廢水中四環(huán)素類（四環(huán)素（tetracycline hydrochloride,TCH）、土霉素）、β-內(nèi)酰胺類（氨芐青霉素（ampicillin,AMP）、阿莫西林）、羅紅霉素及環(huán)丙沙星抗生素的檢出頻率均為100%.進一步的培養(yǎng)實驗表明，經(jīng)不同方式處理后污水中的四環(huán)素耐藥菌（ARBTCH）和氨芐青霉素耐藥菌（ARBAMP）含量雖有所減少，但出水中殘留了約0—2.62 lg (CFU·mL?1)的ARBTCH 和0—2.86 lg (CFU·mL?1)的ARBAMP，仍然會對環(huán)境水體產(chǎn)生耐藥菌污染[22].污水處理廠殘留的耐藥菌及耐藥基因?qū)⒁愿鞣N形式釋放到土壤、地表水和地下水等自然環(huán)境中，影響生態(tài)環(huán)境，威脅人類健康.據(jù)報道，市政污水處理廠廢水中的耐藥菌（如MRSA）與臨床流行的菌株密切相關(guān)[23]，表明污水處理廠廢水耐藥菌賦存情況也可反映當?shù)啬退幘餍汹厔?除此之外，醫(yī)療廢水的排放也是環(huán)境抗生素的主要來源，并能夠造成耐藥菌的大量出現(xiàn).通過對比社區(qū)廢水及醫(yī)院廢水中耐藥菌（耐藥基因）含量時發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院廢水是環(huán)境耐藥菌的重要來源，且多以革蘭氏陰性菌為主.Loudermilk 等在緊鄰一家醫(yī)院的3 所建筑下水道中檢測到了高濃度的多重耐藥肺炎克雷伯桿菌，也表明了醫(yī)院廢水中抗生素的排放能夠誘導(dǎo)耐藥菌的出現(xiàn)[24].由于抗生素的直接排放或再經(jīng)徑流輸入、滲透、雨水沖刷等過程的轉(zhuǎn)移，天然水體中也同樣檢測到了耐藥菌的出現(xiàn).如Yoneda 等研究位于柬埔寨境內(nèi)的東南亞最大淡水湖—洞里薩湖水質(zhì)時，檢測出了致瀉性及耐藥性大腸桿菌，且水上漁村附近水域含量更高[25].趙曉祥等研究上海市天然水體中耐藥菌分布情況發(fā)現(xiàn)，磺胺嘧啶類耐藥菌、氨芐青霉素類耐藥菌、環(huán)丙沙星類耐藥菌和氯霉素類耐藥菌的耐藥率分別為14.81%—94.55%、0%—46.60%、0%—91.07%和0%—87.5%，且養(yǎng)殖場周圍河流總耐藥菌量普遍高于非養(yǎng)殖場周圍河流[26].通過采集31 個不同采樣點的93 份水樣進行耐藥菌檢測時發(fā)現(xiàn)，新安江流域水體中氨芐青霉素耐藥菌、鏈霉素耐藥菌、四環(huán)素耐藥菌、卡那霉素和氯霉素耐藥菌檢出率分別為：10.75%—85.45%、5.88%—83.10%、0.28%—22.37%和＜5%，說明該流域內(nèi)β-內(nèi)酰胺類和氨基糖苷類抗生素耐藥性較為嚴重[27].以上研究均表明人類活動顯著影響了天然水體中耐藥菌的分布.

2.2 土壤與沉積物

污水處理廠處理過程中產(chǎn)生的污泥[28]、養(yǎng)殖場排放的糞便[29]等都含有抗生素，而目前這些固體廢物普遍被用于農(nóng)業(yè)堆肥，可能會導(dǎo)致殘留的抗生素進入土壤環(huán)境并對土著微生物造成選擇壓力，導(dǎo)致耐藥菌的產(chǎn)生.雨水沖刷、地表徑流及滲透也可能導(dǎo)致抗生素進入土壤中，導(dǎo)致土壤中耐藥菌的產(chǎn)生[30].此外，農(nóng)田灌溉水也是土壤中耐藥菌分布的主要影響因素[31].Reinthaler 等對來自奧地利南部3 個不同處理方式的污水處理廠污水、污泥和出水進行了調(diào)查，共檢測出了767 株大腸桿菌對24 種抗生素耐藥.對不同抗生素的耐藥率分別為四環(huán)素類（57%）＞頭孢洛素類（35%）＞青霉素類（18%）＞喹諾酮類（15%）.與此同時，未經(jīng)氫氧化鈣處理的污泥中含有耐藥大腸桿菌，并可通過堆肥進入農(nóng)田土壤造成耐藥菌污染[32].Rahube 等通過對土壤施用未經(jīng)處理的城市污泥、厭氧消化處理的城市污泥及無機肥料進行了長達3年的田間實驗，結(jié)果顯示長期施用未經(jīng)處理的城市污泥的土壤及蔬菜中檢測到了豐度較高的耐藥菌[33].通過對施肥前后10 個時間點的土壤細菌進行培養(yǎng)，測得施用禽畜糞肥處理過的土壤比施用無機肥料處理過的土壤含有更多的β-內(nèi)酰胺類耐藥菌.這些結(jié)果表明，污泥或糞肥的施用均會導(dǎo)致土壤中耐藥菌的產(chǎn)生，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類健康帶來了嚴重威脅[34].韓秉君等通過田間實驗證明，不同施肥條件下水稻田土壤中耐藥菌豐度狀況為施用糞肥＞施用緩控釋肥＞施用化肥＞不施肥；且長期施用糞肥的稻田土壤中耐藥菌主要以多重耐藥類、氨基糖苷類、四環(huán)素類為主，說明糞肥施用明顯影響稻田土壤耐藥菌的賦存[35].此外，水產(chǎn)養(yǎng)殖中大量使用的抗生素并不能被魚類等水產(chǎn)品完全利用，而殘余的抗生素隨懸浮顆粒物沉積到底泥中，導(dǎo)致水產(chǎn)養(yǎng)殖底泥成為抗生素重要的“匯”.進入底泥的抗生素會對微生物造成選擇壓力導(dǎo)致耐藥菌的產(chǎn)生，影響水產(chǎn)品質(zhì)量并威脅人類健康.通過采集榮成兩處海參養(yǎng)殖池底泥樣品，王鳳青利用不同抗生素篩選方法發(fā)現(xiàn)，在所有的養(yǎng)殖池底泥中均檢測到了耐藥菌，其中四環(huán)素類和克林霉素類耐藥菌的比例相對較高[36].成旭等從采集于中國5 個省份的水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘底泥中均檢測到了不同種屬的耐藥菌，其中磺胺類、四環(huán)素類和β-內(nèi)酰胺類耐藥菌為主要菌株類型[37].

2.3 空氣

空氣中耐藥菌的數(shù)量和占總菌數(shù)的比例與人類活動、畜禽養(yǎng)殖場、醫(yī)院的位置等密切相關(guān).Li 等在分析城市生活垃圾處理系統(tǒng)和該城市空氣的耐藥基因（antibiotic resistance genes,ARGs）含量時發(fā)現(xiàn)，從順風(fēng)空氣樣品中分離出了41 株芽孢桿菌耐藥菌，且這些芽孢桿菌的基因核苷酸序列與城市生活垃圾樣品中的基因序列完全一致，說明城市生活垃圾處理系統(tǒng)是環(huán)境空氣中耐藥菌的重要來源[38].醫(yī)院和畜禽養(yǎng)殖場舍內(nèi)耐藥菌均會以氣溶膠的形式向空氣中擴散，且這些耐藥菌的存活時間較長.醫(yī)院空氣中的耐藥菌主要來源于揮發(fā)、病人呼吸等途徑，并可以氣溶膠的形式在空氣中傳播[39].Gao 等研究中國5 所城市醫(yī)院生物氣溶膠中與臨床相關(guān)的耐藥菌和耐藥基因發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院的輸血區(qū)、門診部和住院部的室內(nèi)空氣中都檢測出了（blaCTX-M）和mecA 耐藥基因[40].邱婉月等采集了武漢3 所醫(yī)院不同科室病房空調(diào)回風(fēng)口濾網(wǎng)積塵，測得耐藥菌陽性率達到了62.30%，不同科室耐藥菌陽性率為外科（68.29%）＞重癥室（59.62%）＞內(nèi)科（57.97%）；主要耐藥菌占比為不動桿菌屬（28.73%）＞芽胞桿菌屬（24.31%）＞假單胞菌屬（22.10%）＞葡萄球菌屬（9.12%）[41].畜禽舍耐藥菌氣溶膠主要來源于動物本身，其通過排泄物、動物體表以及呼吸向周圍環(huán)境傳播.Friese 等在對德國農(nóng)場生物及環(huán)境樣品的分析中發(fā)現(xiàn)，7 個畜舍空氣中檢測到了MRSA（陽性率為77.8%），且在兩個谷倉外的環(huán)境空氣和44.4%的養(yǎng)雞場下風(fēng)側(cè)空氣樣品中也檢測到了MRSA，說明養(yǎng)殖場空氣內(nèi)賦存著大量耐藥菌，并可隨空氣流動傳播[42].除以上特殊環(huán)境外，多項研究已表明人類居住、生活等環(huán)境空氣中也檢測到了耐藥菌的存在.如Madsen 等研究哥本哈根地區(qū)室內(nèi)空氣細菌濃度時，在兩間臥室中檢測到了金黃色葡萄球菌[43]；Moon 等在針對韓國25 戶高層住宅空氣的研究中檢測了金黃色葡萄球菌，其中66%的家庭檢測到了MRSA[44].飛機機艙因人員密度大、低壓、密閉等條件，空氣中的病原體可與氣溶膠結(jié)合并在機艙內(nèi)附著、傳播[45].通過研究機艙內(nèi)高效空氣過濾器（high efficiency particulate air filter,HEPA）上的顆粒物，李鵬從HEPA 上篩選出了58 株耐藥菌，其中芽孢桿菌屬、腸桿菌屬和微球菌屬各占48%、26%和17%[46].

2.4 生物

由于獸用抗生素在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的大量使用及人為抗生素的排放，使得水體中土著微生物選擇壓力上升，導(dǎo)致了水體耐藥菌的產(chǎn)生，從而使魚蝦類等水生生物體內(nèi)含有大量耐藥菌，對高營養(yǎng)級生物及人類健康造成了重大威脅[47].Miranda 等對捕獲于智利Concepción 灣的底棲魚和遠洋魚的抗生素耐藥菌賦存情況進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)魚鰓和魚腸內(nèi)容物中耐藥菌陽性率為57%，其中氨芐西林類、鏈霉素類和四環(huán)素類耐藥菌檢測陽性率較高，氯霉素類的較低.該研究認為，城市污水處理廠廢水的排放可能是導(dǎo)致魚體內(nèi)耐藥菌產(chǎn)生的主要因素，并會對食用魚類的居民造成健康風(fēng)險[48].Al-Bahry 等對比Oman 灣內(nèi)受污水處理廠出水污染和未受污染的兩個采樣點海水及魚腸、鰓中耐藥菌的含量發(fā)現(xiàn)，僅在受污染區(qū)域海水及魚體內(nèi)檢測到14 株耐藥菌，且以氨芐西林類耐藥菌為主，也表明了污水排放會導(dǎo)致沿海野生魚類耐藥菌的產(chǎn)生[49].張健等于環(huán)渤海灣采集了牡蠣、海蝦、鮑魚等生物樣品，測得耐藥菌檢出率為19.65%，其中β內(nèi)酰胺類耐藥菌檢出率最高，為20.43%.而水產(chǎn)品與海水、底泥中相當?shù)哪退幘鷻z出率說明水產(chǎn)品內(nèi)耐藥菌的產(chǎn)生可能為養(yǎng)殖業(yè)抗菌藥物所致[50].近年來，耐藥菌在禽畜肉及乳制品中的賦存也逐漸被重視.White 等從41 份（占總樣品量的20%）購于美國超市的雞肉、牛肉、豬肉樣品中檢測到了耐藥沙門氏菌，其中84%的菌株對至少一種抗生素具有耐藥性，53%的菌株對至少3 種抗生素具有耐藥性[51].通過分析采集于波蘭15 個農(nóng)場的牛奶中耐藥菌賦存情況，Godziszewska 等發(fā)現(xiàn)大腸桿菌為主要耐藥菌，對青霉素、卡那霉素、鏈霉素、氯霉素和四環(huán)素的耐藥率分別為88%、39%、43%、78%和55%[52].Krahulcová等分析了采自斯洛伐克市場的生牛乳及其制品冰沙中耐藥菌含量，發(fā)現(xiàn)兩類樣品中均有耐藥菌檢出，最常見的耐藥菌為氨芐西林類、四環(huán)素類和慶大霉素類[53].左揚等于2020—2021年采集內(nèi)蒙古和寧夏6 個牧場共160 份牛奶和乳區(qū)皮膚拭子樣品進行了耐藥菌分析，結(jié)果顯示各牧場牛奶樣品中β-內(nèi)酰胺類耐藥菌檢出率高達75%—100%[54].

3 耐藥菌的環(huán)境傳播（Spread of antibiotic-resistant bacteria in the environment）

環(huán)境水體、土壤及生物體中的耐藥菌可隨降雨、地表徑流、食物鏈、氣溶膠等途徑傳播，對人類的生命健康造成嚴重的威脅（圖1）.此外，耐藥菌的醫(yī)院內(nèi)傳播也是人類感染耐藥菌的重要途徑之一.

3.1 環(huán)境介質(zhì)傳播

目前，人類使用的絕大多數(shù)抗生素及人體耐藥致病菌獲得的抗性基因都具有環(huán)境來源[55].地下水和河水是灌溉用水及人和家畜飲用水的主要來源，地下水和河水又易受到抗生素的污染，從而增加了耐藥菌從水體向人類和動物的傳播風(fēng)險.Chen 等從井水中分離的攜帶耐多黏菌素基因mcr-1和blaCTX-M基因的兩株大腸埃希氏菌屬于ST10，ST10 復(fù)合體是中國東南部人類糞便中發(fā)現(xiàn)的最常見的大腸埃希氏菌序列型.ST10 也是人群、動物及環(huán)境等各介質(zhì)中腸桿菌科細菌的主要序列型別，且該分型與人類和動物感染密切相關(guān).這些研究均表明水體是耐藥菌儲存及傳播過程的重要環(huán)境介質(zhì)[56].此外，祝貴兵等對采自中國、北美及歐洲44 個主要城市的新鮮雪樣中的ARGs 進行了特征分析，結(jié)果表明空氣污染可能會加快ARGs 在空氣中的遠距離傳播，并通過降雪沉降到陸地系統(tǒng)增加環(huán)境耐藥菌的健康風(fēng)險[57].

農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中，由于禽畜糞便的不當處理及糞肥的施用均會導(dǎo)致耐藥菌被直接排放至土壤環(huán)境.土壤中的耐藥菌可經(jīng)雨水滲透進入地下水，或經(jīng)地表徑流被轉(zhuǎn)移至下游區(qū)域，繼而導(dǎo)致耐藥菌向人類及動物的傳播風(fēng)險[58].Stewart 等研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌菌群能從化糞池中分別通過垂直和水平遷移過程傳播到距離該化糞池30 m 外的1.5 m 和3 m 深的兩個監(jiān)測井中[59].利用耐酸大腸桿菌作為生物示蹤劑監(jiān)測地表徑流對細菌在土壤中遷移的影響，Abu-Ashour 等發(fā)現(xiàn)降雨形成的地表徑流加劇土壤侵蝕程度，并分別在距實驗中心區(qū)域外的20 m 和35 m 的土壤和徑流樣品中檢測到了耐酸大腸桿菌，說明地表徑流在土壤細菌傳播中具有重要作用[58]農(nóng)耕土壤中分布有大量沙門氏菌等致病菌，在雨水沖刷過程中飛濺轉(zhuǎn)移到農(nóng)作物上，對農(nóng)產(chǎn)品造成污染[59].基于此，研究人員認為土壤對細菌的吸附是可逆的，降雨、地表徑流等可導(dǎo)致土壤細菌的解吸，并釋放到水體中導(dǎo)致細菌的傳播[60].

抗生素經(jīng)人類及動物攝入體內(nèi)后不能被完全吸收，未被代謝的抗生素會使腸道正常微生物菌群失調(diào)，并因抗生素的選擇壓力誘導(dǎo)成耐藥菌，最終耐藥菌經(jīng)糞便排放至環(huán)境.其耐藥基因又能在環(huán)境中經(jīng)過水平轉(zhuǎn)移等過程進入其他細菌產(chǎn)生新的耐藥菌，甚至能夠致使耐藥菌變成“超級細菌”[61].環(huán)境中的耐藥菌隨后會被植物及動物吸收、富集并賦存于體內(nèi).例如，大腸桿菌作為正常菌群廣泛分布于人類及動物腸道[62]，而具有耐藥性的大腸桿菌隨糞便進入環(huán)境后會污染水體及土壤，經(jīng)植物吸收后可附著于蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品中.Xu 等的研究表明耐藥基因可以通過土壤微生物傳播到植物的莖葉中，使得蔬菜、水果等農(nóng)產(chǎn)品攜帶耐藥基因[63].Zheng 等、Wang 等的研究也發(fā)現(xiàn)了耐藥基因在土壤動物食物鏈中的傳播[64?65].Collis 等通過測定新西蘭兩個牧場奶牛體內(nèi)耐藥菌的濃度發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)廣譜β-內(nèi)酰胺酶（ESBL）及產(chǎn)AmpC大腸桿菌廣泛賦存于奶牛體內(nèi)[66].這些結(jié)果表明，環(huán)境中的耐藥菌可經(jīng)食物鏈再次被人類攝入后造成嚴重的感染性疾病，嚴重威脅人類健康[10].

3.2 醫(yī)院內(nèi)傳播

醫(yī)院是耐藥致病菌感染的多發(fā)區(qū)域，醫(yī)院內(nèi)感染是耐藥致病菌傳播的主要途徑之一，對病人和醫(yī)護人員健康造成嚴重威脅.醫(yī)院內(nèi)感染（hospital acquired infection，HAI）是指患者入院后因動靜脈置管、氣管插管、氣管切開等侵入性操作導(dǎo)致的包括耐藥致病菌在內(nèi)的外源性病原體感染；同時因患者自身免疫力下降，也會使自身菌群失調(diào)而引起機會性感染[67].臨床最常見的HAI 包括中心靜脈相關(guān)性血流感染（central-line-associated bloodstream infection,CLABSI）、導(dǎo)尿管相關(guān)性尿路感染（catheterassociated urinary tract infections,CAUTI）、皮膚軟組織感染（skin and soft tissue infections,SSTI）、手術(shù)部位感染（surgical site infection,SSI）、呼吸機相關(guān)性肺炎（ventilator-associated pneumonias,VAP）、醫(yī)院獲得性肺炎（hospital acquired pneumonia,HAP）和艱難梭狀芽孢桿菌結(jié)腸炎（clostridium difficile colitis,CDI）[68].在院內(nèi)感染病例中，最常被分離出的細菌有肺炎克雷伯菌（30%）、不動桿菌（22%）和金黃色葡萄球菌（14%）等[69]，其中超過三分之一的致病菌為耐藥菌甚至是多重耐藥菌[70].

據(jù)統(tǒng)計，2016年約有1600 萬人死于傳染病，占全球總死亡人數(shù)的29%[71]，醫(yī)院內(nèi)感染是重要原因之一.研究表明重癥監(jiān)護室內(nèi)由于患者之間致病生物交叉?zhèn)鞑?dǎo)致的院內(nèi)感染概率可達15%[72]，同時，醫(yī)院內(nèi)感染也是造成兒童發(fā)病和死亡的一個重要原因[73].Cheng 等分析某定點醫(yī)院新冠肺炎（COVID-19）患者監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，COVID-19 確診患者中院內(nèi)細菌感染率為14.62%[74]，而COVID-19 疫情爆發(fā)早期的醫(yī)院內(nèi)感染比例高達44%[75].醫(yī)院內(nèi)感染不僅導(dǎo)致了患者住院時間延長、醫(yī)療費用上漲，更導(dǎo)致了患者死亡率增加.此外，醫(yī)院環(huán)境篩查研究表明細菌會在感染患者的病床、病房中的各種醫(yī)療設(shè)備及門把手等多個區(qū)域定植，并污染室內(nèi)空氣，造成反復(fù)污染[76].醫(yī)護人員護理病人過程中常接觸到這些污染區(qū)域，若忽視了消毒處理再接觸其他人員，極易增加耐藥致病菌向他人傳播的風(fēng)險[76?77].通過降低醫(yī)院感染和暴露的風(fēng)險，可以減少各種耐藥致病菌的傳播，從而降低醫(yī)院內(nèi)交叉感染的風(fēng)險.

4 新型抗菌技術(shù)及其應(yīng)用（New anti-bacterial technology and its applications）

抗生素的大量使用極大增加了細菌的生存選擇壓力，加速了耐藥菌的出現(xiàn)頻率，而目前新抗生素的開發(fā)遠不能控制耐藥菌的傳播進程，因此迫切需要開發(fā)新型抗菌技術(shù)以應(yīng)對這一難題.目前有關(guān)新型抗菌技術(shù)的研究主要集中在新型抗菌藥物和新型抗菌劑的研發(fā).

4.1 新型抗菌藥物

自1928年青霉素被發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用以來，以青霉素為代表的抗菌藥物挽救了無數(shù)患者的生命.但細菌耐藥性的出現(xiàn)使得傳統(tǒng)抗菌藥物的療效下降，亟需研發(fā)新型抗菌藥物以應(yīng)對日益嚴重的耐藥性問題.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來不斷有新型抗菌藥物被應(yīng)用于臨床，包括新型糖肽類藥物特拉萬星（telavancin）和達巴萬星（dalbavancin）、四環(huán)素類藥物依拉環(huán)素（eravacycline）、唑烷酮類藥物康替唑胺（contezolid）、新型β-內(nèi)酰胺酶抑制劑復(fù)方制劑、新型喹諾酮類藥物奈諾沙星（nemonoxacin）及西他沙星（sitafloxacin）、頭孢菌素等.如新型β-內(nèi)酰胺酶抑制劑復(fù)方中的頭孢他啶/阿維巴坦主要用于治療復(fù)雜性腹腔感染、呼吸機相關(guān)性肺炎及醫(yī)院獲得性肺炎.研究表明，頭孢他啶/阿維巴坦對除碳青霉烯耐藥腸桿菌（carbapenem-resistantEnterobacterales，CRE）之外的革蘭氏陰性多重耐藥致病菌感染有著良好的治療效果[78?80].唑烷酮類藥物康替唑胺是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)和分子實體的新藥[81]，對金黃色葡萄球菌、化膿性鏈球菌或無乳鏈球菌引起的復(fù)雜性SSTI 有較好療效.除西藥外，中藥因其可觀的抑菌效果，且報道的不良反應(yīng)比西藥更少，其在臨床治療細菌感染方面具有巨大的潛在應(yīng)用價值.研究表明中藥制劑含有多種活性成分，包括生物堿、黃酮類、酚類、醌類等，其表現(xiàn)的抑菌作用在對抗耐藥菌上也具有重要的指導(dǎo)意義.目前，黃酮類化合物和生物堿是研究最廣泛的活性成分，對多重耐藥菌均具有一定的抑菌或殺菌作用，且可與多種抗菌藥物發(fā)揮協(xié)同或相加作用從而增強藥效，尤其在治療多重耐藥致病菌感染方面具有巨大的潛在優(yōu)勢[82].此外，Tiwari 等發(fā)現(xiàn)獼猴桃的次生代謝產(chǎn)物具有抑制鮑曼不動桿菌胞外多糖、胞外DNA 的作用[83].Lin 等發(fā)現(xiàn)烏梅提取物中的檸檬酸能通過抑制肺炎克雷伯菌莢膜多糖（capsular polysaccharide，CPS）的合成降低細菌的黏附性，阻止細菌黏附聚集，從而抑制生物膜的形成[84].這些研究為開發(fā)新型抗菌中藥制劑提供了科學(xué)支撐，但目前我國大部分醫(yī)院仍主要以抗生素等西藥治療感染，中藥在治療耐藥致病菌感染上的潛力有待進一步挖掘.

4.2 新型抗菌劑

由于傳統(tǒng)抗生素容易出現(xiàn)耐藥性等問題，使得新型抗菌劑的研發(fā)成為近年來科學(xué)研究的另一大熱點.一些人工合成的化合物，如四溴雙酚A（tetrabromobisphenol A，TBBPA）及其衍生物，能夠特異性殺滅革蘭氏陽性菌，并且在長期低劑量暴露下，不產(chǎn)生耐藥性[85].進一步的動物實驗結(jié)果表明，經(jīng)IgG 修飾的二氧化錳/TBBPA/PDMS 抑菌膜不僅能夠促進小鼠傷口愈合，還能夠捕獲并殺滅金黃色葡萄球菌，且長期給藥并未檢測到細菌的耐藥性[86].

隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，一些功能性納米材料（如納米Au、Ag、Cu、Zn）可直接作為抗菌劑，其通過打破耐藥菌的耐藥性防御機制達到對抗耐藥致病菌的治療效果.Qu 等研究發(fā)現(xiàn)，Zn-2Cu 合金在抑制耐藥菌生物膜形成、耐藥、毒力相關(guān)基因的表達，抑制MRSA 等細菌的生長以降低炎癥反應(yīng)及其毒副作用的同時，具有良好的生物相容性和成骨性能，因此在內(nèi)植物或設(shè)備材料開發(fā)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景[87].Li 等開發(fā)出的可代謝Mg-Cu 合金，Cu 含量為0.25%時具有最佳的抗菌活性，且能夠表現(xiàn)出良好的生物相容性，表明此合金植入物在治療骨科感染方面具有潛在的應(yīng)用價值[88].此外，納米材料還可以作為抗菌藥物的輸送系統(tǒng)，通過將負載的抗菌藥物輸送到細菌細胞壁/膜上以保護其活性并繞過耐藥菌的耐藥性防御系統(tǒng)，為抗菌藥物給藥方式提供了新方向.目前被廣泛應(yīng)用于載藥系統(tǒng)的納米材料主要有脂質(zhì)體[89]（liposomes）、高分子納米材料[90]（polymeric nanomaterials）、金屬和金屬氧化物納米材料[91]（metal and metal oxide nanomaterials）和碳基納米材料[92]（carbon-based nanomaterials）.例如，在納米Ag 抗菌藥物中摻雜了磁性元素Co 和Fe 后，可使標準Ag 抗菌劑在外加磁場作用下通過磁電遷移穿透細菌生物膜，以降低糞腸球菌、陰溝腸桿菌和枯草桿菌等細菌生物膜的厚度達到抗菌的效果[93].含1,2,3-苯三唑的抗菌劑能夠抑制細菌DNA 旋轉(zhuǎn)酶、拓撲異構(gòu)酶IV 及外排泵的形成.這類化合物對一系列臨床常見的革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌具有廣譜活性，能夠有效治療MRSA、耐甲氧西林表皮葡萄球菌（methicillin-resistantStaphylococcusepidermidis,MRSE）、耐萬古霉素金黃色葡萄球菌（vancomycin-resistantStaphylococcusaureus,VRSA）和耐萬古霉素腸球菌（vancomycin-resistantEnterococcus,VRE）感染.經(jīng)Cu 離子修飾的還原氧化石墨烯（reduced graphene oxide，rGO）展現(xiàn)出了較強的選擇性抗菌活性，修飾后的抗菌效果顯著優(yōu)于rGO，比Cu 離子單獨作為抗菌劑性能高兩個數(shù)量級.毒理實驗結(jié)果表明，rGO-Cu 復(fù)合抗菌劑對哺乳動物未產(chǎn)生明顯的細胞毒性[94].這些研究都表明新型抗菌劑的研發(fā)有望打破臨床治療耐藥致病菌感染“無藥可用”的局面.

5 結(jié)語與展望（Conclusion and prospect）

綜上所述，環(huán)境中廣泛存在耐藥菌，并可通過多種途徑進行傳播，嚴重威脅著人類的生命健康.因此需要準確檢測環(huán)境耐藥菌，厘清其耐藥機制，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)有效的新型抗菌技術(shù).然而，上述的相關(guān)研究中仍然存在環(huán)境耐藥菌分析技術(shù)不完善，耐藥機制不明晰，新型抗菌技術(shù)開發(fā)緩慢等現(xiàn)狀，亟需針對以上問題開展更深入的研究.

（1）完善環(huán)境耐藥菌的分析技術(shù)

目前，有關(guān)耐藥菌的檢測方法主要包括用于臨床的傳統(tǒng)方法和應(yīng)用更廣的分子生物技術(shù).傳統(tǒng)方法主要有臨床手工鑒定和細菌藥敏實驗，其中藥敏法又包括紙片擴散法和抗生素稀釋法.分子生物技術(shù)利用單重PCR 法、多重PCR 法、實時熒光PCR 法、直接DNA 探針法、基因芯片等方法對細菌進行基因檢測從而確定其種屬[25,95].以上方法在臨床治療及部分環(huán)境介質(zhì)耐藥菌檢測中已得到了廣泛應(yīng)用.然而，環(huán)境介質(zhì)復(fù)雜多樣及影響因素較多導(dǎo)致了上述方法在環(huán)境耐藥菌的檢測中面臨著諸多問題，如檢測時效長、檢測靈敏度低、易受其它因素干擾等[96].針對以上問題，需要繼續(xù)完善現(xiàn)有的耐藥菌分析技術(shù)，并大力發(fā)展適用于環(huán)境耐藥菌檢測的快速、便捷、靈敏度高的分析技術(shù)，以應(yīng)對日益嚴峻的環(huán)境耐藥菌問題.

（2）亟需厘清耐藥菌的耐藥機制

研究發(fā)現(xiàn)細菌對抗生素產(chǎn)生耐藥性的主要機制包括：降低細胞膜通透性使得抗生素?zé)o法進入細菌[97]；細菌產(chǎn)生外排泵將抗生素排出胞外[98]；抗生素作用靶位發(fā)生突變或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導(dǎo)致抗生素?zé)o法識別[99?100]；細菌自身產(chǎn)生抗生素降解酶或鈍化酶使抗生素失效[101].目前，有關(guān)環(huán)境耐藥菌的耐藥性研究也主要集中在上述幾種機制，且不同種類耐藥菌的耐藥機制差別較大[102?104].因此，亟需厘清不同環(huán)境類型下不同耐藥菌種類的耐藥機制，為開發(fā)有針對性的新型抗菌技術(shù)提供科學(xué)依據(jù).

（3）加快新型抗菌技術(shù)的開發(fā)

由于耐藥菌出現(xiàn)的速度較快，剛剛開發(fā)出來的抗生素可能就已失效，給臨床醫(yī)學(xué)、畜牧業(yè)等帶來了諸多問題，而且也嚴重威脅著人類的健康和生命安全.鑒于此，亟待開發(fā)新型抗菌材料和抗菌劑來緩解當前細菌耐藥形勢嚴峻的局面.其中，納米材料因其對耐藥菌的作用途徑多樣而有著廣泛的發(fā)展前景.值得注意的是，納米材料中的金屬離子（如Ag、Au、Cu、Zn）除能夠作用于耐藥菌外，其對人類和動物正常細胞也存在毒性效應(yīng)[105].因此，在研究納米材料對抗耐藥菌的同時，其對生物的毒性效應(yīng)也應(yīng)該是未來的重要研究方向.除此之外，一些諸如TBBPA 及其衍生物在內(nèi)的化合物對抗耐藥菌的效果及機制研究也可為開發(fā)新型抗菌技術(shù)提供新思路，但這些化合物對正常細胞的生物毒性仍有待研究.