细菌耐药新发现

今天，细菌耐药已经从单一耐药到多重耐药甚至广泛耐药发展，已经产生了超级耐药细菌——抗甲氧西林的金黄色葡萄球菌 (MRSA)。这种超级耐药菌似乎对临床各种抗菌药物都有抗性。今天，针对以MRSA为代表的细菌的超级耐药性，研究人员有了新的发现。
　　细菌耐药古已有之
　　毫无疑问，细菌的耐药远远早于人类的诞生和进化。早在人类产生以前，细菌就已经生存于自然界，并根据生存的需要而拥有耐药的特性。由于抗菌药物（抗生素）大多属于微生物的代谢产物，据此可把自然界中的微生物分为二类，一类是产生抗菌药物的微生物（主要是放线菌和链霉菌），另一类是不能产生抗菌药物的微生物（大多数细菌属于此类）。
　　在自然界中这两类微生物常常相伴而生，前者由于能够产生抗菌药物，具有杀灭其他细菌的能力而获得生存优势，不产生抗菌药物的细菌则需要获得抵抗抗菌药物的能力，达到种族延续的目的。因此，无论是哪种细菌，为了更好地生存，都需要有耐药性，抗菌药物与细菌耐药也就成为自然界中长期存在的生物现象。
　　细菌的耐药通常是通过一系列方式产生的，可以用革兰氏阴性菌的抗生素耐药机理来说明。细菌耐药首先是具有多种耐药性外排泵，这些外排泵可以直接将进入细胞的抗生素、重金属或其他毒性分子排出细胞外，同时还可以通过一些转运分子把抗生素排出细胞外。其次，细菌可以让自己的细胞膜产生非渗透性，从而让抗生素无法进入细菌而起作用。第三，细菌还可以改变抗生素结合位点的构型，使抗生素不能识别自己，从而失去作用。最后，细菌还可以通过一些酶，如钝化酶对抗生素进行共价修饰，让抗生素失效，或者分泌某些灭活酶直接将抗生素降解。
　　加拿大麦克马斯特大学的研究人员发现，细菌的这些耐药特性早在临床使用抗生素之前就普遍存在了。研究人员对加拿大育空地区永冻土中发现的3万年前的细菌DNA进行分析之后发现，这些细菌能够抵抗抗生素。麦克马斯特大学的杰勒德?赖特的研究小组从地表下约20英尺处的一层泥土里收集了DNA。这层泥土曾是一个古老湖泊的湖畔沉积物，上方覆盖着3万年前落下的火山灰。这个地点显然没有受到污染，因为它包含冰河时代生物的DNA，但却没有当代物种的DNA。
　　对这些古代细菌的DNA进行分析后发现，沉积物中的古代细菌含有现代细菌抵抗抗生素的所有主要基因。这说明细菌的耐药性是一种普遍的自然现象，同时意味着，抗生素与抵御抗生素是微生物生存的一种针锋相对的矛盾，在这种此消彼长的矛盾中，微生物不断进化。抗生素是真菌、藻类和细菌制造的用以发出信号和保卫自己的物质。反过来，微生物通过进化也逐渐获得了抵抗抗生素的基因。经过数百万年的演变，两类复杂的基因出现了，一类制造抗生素，另一类抵抗抗生素。
　　独特的耐药基因
　　但是，随着人类使用抗生素的范围扩大和使用量的增加，细菌的耐药性也相应变得更为强大起来，而且产生了一些新的耐药基因。
　　最近的研究发现，超级细菌MRSA之所以对所有抗生素都有耐药性，是因为它拥有新德里金属-β-内酰胺酶1(ndm-1)，而新德里金属-β-内酰胺酶1是由该种酶的基因编码的，拥有了这种酶就能对甲氧西林等抗生素进行降解，使抗生素失去药效。编码新德里金属-β-内酰胺酶的基因位于细菌的质体上。质体也是一种脱氧核糖核酸，但是，却独立于染色体DNA 之外，是一种环状小分子DNA，通常只有数千个碱基对，也具有自我复制的能力。更重要的是，质体可以在细菌之间广泛转染，因此，超级细菌MRSA也可能把超级耐药性传递给其他细菌，哪怕是大肠杆菌含有这种质体都能让人致命。
　　除了新德里金属-β-内酰胺酶基因外，现在研究人员发现，又有一种新的基因可以让细菌产生耐药性，或增强耐药性。早在几年前，研究人员就发现，松鼠葡萄球菌之所以耐药是因为这种细菌进化生成了一种称为Cfr的新基因，该基因编码的蛋白在细菌产生耐药性中发挥了关键作用。现在，美国宾夕法尼亚大学化学系与分子生物学系副教授斯奎尔?布克的研究小组发现，金黄色葡萄球菌中也有相同的Cfr基因。
　　金黄色葡萄球菌一般寄居在人类鼻部和皮肤上，是一种最常见的细菌，也是目前能耐受多种抗生素的细菌。布克的研究小组在美国、墨西哥、巴西、西班牙、意大利及爱尔兰的金黄色葡萄球菌中均发现了这一基因，证实它能促使细菌对7种类型的抗生素产生耐受。尽管研究人员还不完全清楚这一基因编码的蛋白质是如何让细菌产生耐药性的，但是有一点是清楚的，即Cfr基因可以通过感染动物的细菌转移到感染人的细菌上面，从而对人类使用的抗生素产生耐药性。
　　不过，布克的研究小组在对Cfr蛋白的甲基化功能进行研究时，发现了这种基因导致细菌耐药的一些线索。甲基化是指通过特异的甲基转移酶催化作用，在某些蛋白质或核酸的特殊位点添加甲基基团（一种分子）的化学修饰过程。很多抗生素对细菌产生作用是通过结合到细菌中的核糖体上，破坏核糖体的正常功能来杀死细菌。而细菌的一种称为RlmN的蛋白在甲基化后可以促使细菌核糖体发挥正常的功能。碰巧的是，Cfr蛋白与RlmN蛋白有相同的功能，但是两种蛋白在核糖体上添加甲基基团的位置却迥然相异。这就构成了细菌耐药的基础。
　　由于Cfr蛋白在细菌核糖体上添加甲基基团的位置不同，这种不同的甲基化过程就会阻断抗生素与核糖体的结合，从而破坏抗生素干扰细菌核糖体的效应，也就让细菌对抗生素产生了耐药性。
　　研究人员认为，知道了这种新基因导致细菌产生耐药性的线索或机理后，就可能研制新的药物，这样的药物可以阻断Cfr蛋白在细菌核糖体上甲基化的过程，以破除细菌的耐药性。
　　耐药性的水平基因转移更广泛
　　研究人员早就知道，细菌的耐药是通过一种水平基因转移(HGT)现象实现的。这种水平基因转移是细菌的一种很古老的行为，能使来自不同谱系的细菌通过基因交换，获得从父辈那里得不到的遗传信息。这种基因交换形式不仅让细菌具有更顽强的生存能力，而且能把耐药性迅速而广泛地传播到其他细菌。此外，细菌通过水平交换后的基因也能通过遗传的正向选择而传递给后代。例如，使金黄色葡萄球菌具有很强的耐药性的新德里金属-β-内酰胺酶1最早是在肺炎克雷伯氏菌中产生的，此后，编码这种酶的基因通过水平转移进入了金黄色葡萄球菌中，才使得后者成为了超级细菌。
　　然而，细菌中的水平基因转移现象到底有多广泛，研究人员并不清楚。最近，美国麻省理工大学的艾里克?阿尔姆的研究小组发现，全球2235种细菌基因组中的10000个基因，正以水平基因转移的方式自由流动。这意味着，细菌基因的水平转移是一种广泛的现象。不仅如此，一些基因的水平转移更出人意料。
　　例如，一种耐药性基因在人类共生菌的六成细菌中获得转移。这种耐药性基因可能是在农业生产工业化的抗生素滥用中产生的。而且，牲畜共生菌和人类共生菌中出现了42个相同的耐药性基因，表明这两类细菌共享一个基因库。从理论上讲，10亿年的进化早该让牛身上的细菌和人身上的细菌分道扬镳。但是，现代养殖业大量使用抗生素，使得牲畜共生菌和人类共生菌的一些基因，尤其是耐药性基因获得了转移和共享。
　　由于向动物的食物中加入预防疾病的抗生素，可以促进动物生长和防止高密度养殖的牲畜和家禽内部的疾病传播，世界各国对动物使用抗生素已是一种普遍现象。中国每年生产抗生素大约21万吨，其中9.7万吨抗生素用于畜牧养殖业，占年总产量的46.1%。美国食品和药物管理局的报告称，2009年在美国销售的3.3千万磅抗生素中80%用于农业，其中就包括通常作为人类药物的青霉素、四环素。
　　阿尔姆的研究小组还发现，抗药性基因有43个出现了跨国转移。而且，同一宿主的细菌之间，水平基因转移发生的情况更频繁。因为，这些细菌具有相同的氧气耐受力或相同的致病性，使得它们占据了相同的环境生态位置，这比亲缘关系相近或地理位置相近更能决定一个转移基因是否能融入新的细菌基因组中。
　　这些情况表明，一旦一个基因携带某个特征进入人类共生菌的基因库，很快它就会传播到国界之外，而且，如果是一种耐药基因，也很快会让很多国家产生无药可用的局面。
　　少用或不用抗生素
　　研究人员认为，阻止细菌耐药除了针对特殊的耐药基因采取措施外，最根本的方法是减少或禁用抗生素，尤其是对养殖业禁用抗生素。因为，产生耐药性是细菌的天性之一。丹麦早就做出了榜样。2000年，丹麦政府下令，所有动物，不论大小，一律禁用抗生素饲料。当然，在禁用的当年，由于猪出现大量病患，动物医用抗生素使用量比1999年多了20多吨。
　　但是，动物抗生素(包括含抗生素饲料和动物医用抗生素)的年使用量，却从1995年的210吨，降至2000年的96吨。更好的结果是，禁止对动物使用抗生素后，细菌的耐药性大大下降，丹麦人感染耐药性肠球菌的数量不断减少，也让丹麦的猪肉和其他肉类食品质量更好，更安全。
　　另一项新研究表明，少用或不用抗生素对人和生物具有更大的安全性，尤其是可以保障生殖安全。美国内华达大学的珍妮?齐赫研究小组用传统抗生素——四环素对动物进行试验，获得了意想不到的发现，动物可以把四环素毒性传递给它们的后代。研究人员以三代伪蝎为研究对象，将21窝伪蝎分为两组，一组为对照组，不对其使用四环素，另一组则从出生到成年对其使用四环素，以便控制第一代中的遗传影响。随后几代不用四环素处理。
　　结果发现，四环素对雄性伪蝎生殖功能和精子活力有显著的不利影响，可将精子活力降低25%，并且这种影响可传至子代，但在子代后的世代中没有观察到这种影响。不过，四环素对雄性或雌性的身体大小、对雄性的精子数量和雌性的生殖功能没有影响。研究人员认为，四环素可能诱导雄性生殖组织发生变化，这些变化可传递给子代。这些变化不改变基因序列，却改变基因表达方式，也就是说，是从表观遗传上对后代产生影响。
　　四环素是一种传统的抗生素，现在仍然在许多国家的临床上使用，并用作动物饲料添加剂和对动物的抗感染治疗。但是，过去的研究早就发现，四环素对动物生殖力有负面作用。罗非鱼的精子暴露于高浓度的四环素可降低精子的活力和线粒体的功能。对小鼠的研究发现，四环素可导致小鼠精子形状畸形，同时减少精子计数，降低精子的活动性和生育力。对人的精子体外试验发现，四环素可以降低精子的活动性和生育力。
　　现在，美国研究人员对伪蝎的试验进一步证明，四环素可以把毒力传递给子代，这说明抗生素有跨代影响的副作用。因此，少用或不用抗生素，对包括动物和人的生殖力是大有益处的。
　　【责任编辑】张田勘