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        科學普及

        【第二屆分省院科普征文大賽作品展示】百煉成“精”——“耐藥君”

        發表日期:2020-04-18來源:放大 縮小

         

              (第二屆分省院科普征文大賽 三等獎 陜西省微生物所 瞿佳 )

                                                         

            眾所周知,抗生素的出現,為醫學發展和人類健康做出了巨大貢獻,但濫用抗生素引起的細菌耐藥問題也已成為現代醫學的一大難題。那么,耐藥菌究竟是怎么產生的?又是如何耐藥的呢?相信大多數人還不清楚吧。那么,下面我們有請“耐藥君”來和大家談談吧!

          “嗨,大家好,我們就是被時常談起的耐藥菌,你們人類一直在思考著如何降低我們的‘出生率’,但我們的存在其實是你們濫用藥物造成的惡劣后果,需要你們人類自己負責!”
        回顧過去——耐藥性發展簡史
          抗生素(Antibiotics)是指由微生物(包括細菌、真菌、放線菌等)或高等動植物在生活過程中所產生的具有抗病原體或其他活性的化學物質,廣泛用于治療因各種細菌或其他致病微生物感染造成的疾病。
        形形色色的抗生素 
          過去,由于現代醫學發展還處于萌芽階段,醫學界對于炎癥的治療,尤其是肺炎、敗血病、流行性腦炎等,都因為沒有特效藥而感到十分困擾。1932年,德國醫學家格哈德·多馬克發現了第一種合成抗菌藥Prontosil(譯為:百浪多息,主要成分是磺胺)并成功用于治療鏈球菌,它的出現代表著人類在治療細菌傳染性疾病工作中邁出了第一步。
        百浪多息的發現 
          然而,真正讓人們銘記的第一種抗生素,就非青霉素莫屬了。青霉素是由英國細菌學家弗萊明1940年在一次偶然實驗中發現,后經病理學家弗洛里和生物化學家錢恩悉心研究,終于問世并隨即迅速生產,在二戰中拯救了無數人的生命。
        青霉素的發現  
            隨后,醫學家們又相繼發現了金霉素(1947年)、氯霉素(1948年)、土霉素(1950年)、紅霉素(1952年)、卡那霉素(1955年)、頭孢霉菌(1961年)等。時至今日,抗生素家族已經由最初以青霉素和頭孢霉素為代表的β-內酰胺類逐漸壯大為包括氨基糖苷類(鏈霉素、卡那霉素)、大環內酯類(紅霉素)、四環素類(四環素、土霉素)、多肽類(桿菌肽類、萬古霉素)、多烯類(制霉素)、蒽環類(阿霉素、定霉素)等龐大家族。
          “高回報往往伴隨著高風險”,由于抗生素的大量推廣使用,盡管使許多病癥得到了有效治療,但耐藥菌也隨之悄然而生。往往是剛發現一個有效的抗生素,沒過幾年就會有耐藥菌產生;而且近年來更是呈現出“有效周期短、泛耐藥頻發”的不利發展趨勢。
        耐藥性的發展  
        醫生的煩惱——耐藥菌的產生
          在這里,我們想告訴全人類:“抗生素的‘黃金時代’早已過去!”根據專家預測,到2050年,全世界死于耐藥菌感染的人數將超過1000萬,造成經濟損失高達數百億美元!每當你們為了治療疾病,濫用抗生素的同時,我們就在這些藥物的“摧殘”下,不屈不撓,百煉成“精”,終于變成了令你們頭疼的“耐藥君”。
        2050年全世界因耐藥性問題預測死亡人數  
            耐藥性(Antibiotic resistance)是指細菌對于抗生素殺菌作用的耐受性,進而導致藥物療效顯著下降。根據耐藥性產生原因,可分為固有耐藥性(intrinsic resistance)和獲得性耐藥性(acquired resistance)。
          固有耐藥性又稱為天然耐藥性,主要由染色體基因決定并可穩定遺傳,這類耐藥菌往往“天生異能”,如腸道G桿菌對青霉素天然耐藥。而獲得性耐藥是指細菌與抗生素接觸后,由于自身基因突變或獲得外源耐藥基因,“變身”使其不被抗生素消滅,并且也可穩定遺傳,如金黃色葡萄球菌獲得mecA基因后對β-內酰胺類抗生素耐藥。
        天然耐藥性與獲得性耐藥性 
          達爾文在《進化論》中一直強調,自然界中的生物都是“適者生存”,該理論也同樣也適用于微觀世界中。由于長期使用抗生素,使得原本占多數的敏感菌株不斷被殺滅,而耐藥菌株則大量繁殖,導致“耐藥軍團”不斷壯大,造成患者體內致病菌數量節節攀升,藥物也就逐漸失去了作用。
        耐藥性的產生  
        我們的本領——耐藥性機理
          看到這里,大家一定已經初步認識了我們耐藥菌,但我們是通過什么途徑耐藥的呢?概括起來講,我們的耐藥性機理共有5種,包括:
         ?。?)產生滅活酶使抗菌藥物失活:第一種為水解酶,可直接分解抗生素,如許多細菌可產生β-內酰胺酶分解青霉素和頭孢霉素;第二種為鈍化酶,僅破壞抗生素的結構,如肺炎鏈球菌通過修飾氯霉素的結構,而影響它的功能。
         ?。?)改變作用靶位:如腸球菌、抗結核分枝桿菌可通過改變靶蛋白結構使之無法與藥物結合、增加靶蛋白的表達或者產生新的靶蛋白構象,對萬古霉素、四環素產生耐藥性。通俗的理解,就像它們給自己的門換了“鎖”,讓抗生素這把“鑰匙”失去了它的作用。
         ?。?)改變細胞膜通透性:如銅綠假單胞菌通過在細胞膜上設置“路卡”,阻止青霉素無法進入體內而產生耐藥性。
         ?。?)調控主動流出系統:如金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌等的表面存在可將藥物排除體外的“解毒泵”,可使多種抗生素被選擇性的排除體外,從而產生嚴重耐藥性,甚至是多重耐藥性。
         ?。?)形成細菌生物被膜:如沙門氏菌、大腸桿菌、李斯特菌、金黃色葡萄球菌會粘附于接觸表面,分泌多糖、纖維蛋白、脂質蛋白等將其自身包裹在“堡壘”(聚集膜樣物)中,使其避免和藥物接觸。
        多種耐藥性機理  
        繼往開來——耐藥性的傳遞
          既然我們的耐藥性要么是天生的,要么是受到“鍛煉”獲得的,那么耐藥本領該怎么“傳遞”下去呢?
          細菌體內具有兩種遺傳物質載體,分別為染色體和質粒。由于抗生素的選擇壓力作用,細菌在分裂繁殖的過程中,會發生基因突變(Mutation)而產生耐藥性,一般由親代直接傳遞給子代,即垂直進化(Vertical evolution);此外,耐藥性也可以通過轉化(Transformation:受體菌直接攝取耐藥菌的DNA片段)、轉導(Transduction:由噬菌體傳遞耐藥基因給受體菌)、接合(Conjugation:由質粒介導傳遞耐藥基因給受體菌)等方式,即水平演化(Horizontal evolution),從供體細胞轉移給其他細菌,使其獲得耐藥性。
        耐藥性的幾種傳播方式  
            如果我們把經由“垂直進化”的耐藥菌比作 “天才少年”,那么來自“水平演化”的耐藥菌就是我們中的“三好學生”。近期,頂級學術期刊《Nature Microbiology》和《Science》還揭秘了我們耐藥菌家族中兩位特別的“優等生”傳遞耐藥性時與眾不同的“本領”呢!
          霍亂弧菌(Vibrio cholerae)會利用自身的菌毛(Type-IV)從環境中“抓取”其他細菌的抗性基因,該過程稱為水平基因轉移。這些菌毛就像“穿針引線”一樣,通過細胞表面的小孔把外源DNA“縫”入自身的遺傳物質中,使細菌自身獲得耐藥性。
         霍亂弧菌利用菌毛抓取環境中的外源DNA 
        綠色:菌株;紅色:外源DNA
          大腸桿菌(Escherichia coli)中的耐藥菌株細胞膜上存在一種“解毒泵”(TetA蛋白)。當敏感菌株與耐藥菌株接觸后,耐藥菌可以通過質粒,將耐藥因子“傳染”給敏感菌株;兩類菌株接觸3小時后,70%的敏感菌株均會變成耐藥菌。研究還表明,通過此種“傳功”方式(接合傳遞),可以一次完成多種耐藥性的轉移,快速制造出大量多重耐藥菌。
        大腸桿菌快速傳遞耐藥性 
        紅色:敏感菌株;綠色:耐藥菌株;黃色亮點:質粒  
            由此,人們推測耐藥性在理論上可以跨菌種間傳遞,不僅為解釋“超級細菌的誕生”提供了思路,而且也給未來緩解細菌耐藥性工作帶來了極大的挑戰。
          請人類認真聽我們說:
          截止目前為止,在世界范圍內,耐藥菌流行已經演變成了嚴重的公共健康危機。據世界衛生部門統計,目前每年因耐藥菌感染而死亡的患者數量已經相當于流感、肺結核和艾滋病感染的死亡人數總和,且該數字仍會繼續上升!倘若你們置之不理,若干年后我們耐藥菌必定會成為人類最難對付的敵人,所以,衷心希望你們人類一定要好好愛護自身健康,盡量減少抗生素的使用哦!
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