細菌耐藥新發現

今天，細菌耐藥已經從單一耐藥到多重耐藥甚至廣泛耐藥發展，已經產生了超級耐藥細菌——抗甲氧西林的金黃色葡萄球菌 (MRSA)。這種超級耐藥菌似乎對臨床各種抗菌藥物都有抗性。今天，針對以MRSA為代表的細菌的超級耐藥性，研究人員有了新的發現。

細菌耐藥古已有之

毫無疑問，細菌的耐藥遠遠早于人類的誕生和進化。早在人類產生以前，細菌就已經生存于自然界，并根據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物，據此可把自然界中的微生物分為二類，一類是產生抗菌藥物的微生物（主要是放線菌和鏈霉菌），另一類是不能產生抗菌藥物的微生物（大多數細菌屬于此類）。

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

細菌的耐藥通常是通過一系列方式產生的，可以用革蘭氏陰性菌的抗生素耐藥機理來說明。細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入細胞的抗生素、重金屬或其他毒性分子排出細胞外，同時還可以通過一些轉運分子把抗生素排出細胞外。其次，細菌可以讓自己的細胞膜產生非滲透性，從而讓抗生素無法進入細菌而起作用。第三，細菌還可以改變抗生素結合位點的構型，使抗生素不能識別自己，從而失去作用。最后，細菌還可以通過一些酶，如鈍化酶對抗生素進行共價修飾，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的研究人員發現，細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。研究人員對加拿大育空地區永凍土中發現的3萬年前的細菌DNA進行分析之后發現，這些細菌能夠抵抗抗生素。麥克馬斯特大學的杰勒德?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。這層泥土曾是一個古老湖泊的湖畔沉積物，上方覆蓋著3萬年前落下的火山灰。這個地點顯然沒有受到污染，因為它包含冰河時代生物的DNA，但卻沒有當代物種的DNA。

對這些古代細菌的DNA進行分析后發現，沉積物中的古代細菌含有現代細菌抵抗抗生素的所有主要基因。這說明細菌的耐藥性是一種普遍的自然現象，同時意味著，抗生素與抵御抗生素是微生物生存的一種針鋒相對的矛盾，在這種此消彼長的矛盾中，微生物不斷進化。抗生素是真菌、藻類和細菌制造的用以發出信號和保衛自己的物質。反過來，微生物通過進化也逐漸獲得了抵抗抗生素的基因。經過數百萬年的演變，兩類復雜的基因出現了，一類制造抗生素，另一類抵抗抗生素。

獨特的耐藥基因

但是，隨著人類使用抗生素的范圍擴大和使用量的增加，細菌的耐藥性也相應變得更為強大起來，而且產生了一些新的耐藥基因。

最近的研究發現，超級細菌MRSA之所以對所有抗生素都有耐藥性，是因為它擁有新德里金屬-β-內酰胺酶1(ndm-1)，而新德里金屬-β-內酰胺酶1是由該種酶的基因編碼的，擁有了這種酶就能對甲氧西林等抗生素進行降解，使抗生素失去藥效。編碼新德里金屬-β-內酰胺酶的基因位于細菌的質體上。質體也是一種脫氧核糖核酸，但是，卻獨立于染色體DNA 之外，是一種環狀小分子DNA，通常只有數千個堿基對，也具有自我復制的能力。更重要的是，質體可以在細菌之間廣泛轉染，因此，超級細菌MRSA也可能把超級耐藥性傳遞給其他細菌，哪怕是大腸桿菌含有這種質體都能讓人致命。

除了新德里金屬-β-內酰胺酶基因外，現在研究人員發現，又有一種新的基因可以讓細菌產生耐藥性，或增強耐藥性。早在幾年前，研究人員就發現，松鼠葡萄球菌之所以耐藥是因為這種細菌進化生成了一種稱為Cfr的新基因，該基因編碼的蛋白在細菌產生耐藥性中發揮了關鍵作用。現在，美國賓夕法尼亞大學化學系與分子生物學系副教授斯奎爾?布克的研究小組發現，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，是一種最常見的細菌，也是目前能耐受多種抗生素的細菌。布克的研究小組在美國、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現了這一基因，證實它能促使細菌對7種類型的抗生素產生耐受。盡管研究人員還不完全清楚這一基因編碼的蛋白質是如何讓細菌產生耐藥性的，但是有一點是清楚的，即Cfr基因可以通過感染動物的細菌轉移到感染人的細菌上面，從而對人類使用的抗生素產生耐藥性。

不過，布克的研究小組在對Cfr蛋白的甲基化功能進行研究時，發現了這種基因導致細菌耐藥的一些線索。甲基化是指通過特異的甲基轉移酶催化作用，在某些蛋白質或核酸的特殊位點添加甲基基團（一種分子）的化學修飾過程。很多抗生素對細菌產生作用是通過結合到細菌中的核糖體上，破壞核糖體的正常功能來殺死細菌。而細菌的一種稱為RlmN的蛋白在甲基化后可以促使細菌核糖體發揮正常的功能。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的位置卻迥然相異。這就構成了細菌耐藥的基礎。

由于Cfr蛋白在細菌核糖體上添加甲基基團的位置不同，這種不同的甲基化過程就會阻斷抗生素與核糖體的結合，從而破壞抗生素干擾細菌核糖體的效應，也就讓細菌對抗生素產生了耐藥性。

研究人員認為，知道了這種新基因導致細菌產生耐藥性的線索或機理后，就可能研制新的藥物，這樣的藥物可以阻斷Cfr蛋白在細菌核糖體上甲基化的過程，以破除細菌的耐藥性。

耐藥性的水平基因轉移更廣泛

研究人員早就知道，細菌的耐藥是通過一種水平基因轉移(HGT)現象實現的。這種水平基因轉移是細菌的一種很古老的行為，能使來自不同譜系的細菌通過基因交換，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菌具有更頑強的生存能力，而且能把耐藥性迅速而廣泛地傳播到其他細菌。此外，細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的耐藥性的新德里金屬-β-內酰胺酶1最早是在肺炎克雷伯氏菌中產生的，此后，編碼這種酶的基因通過水平轉移進入了金黃色葡萄球菌中，才使得后者成為了超級細菌。

然而，細菌中的水平基因轉移現象到底有多廣泛，研究人員并不清楚。最近，美國麻省理工大學的艾里克?阿爾姆的研究小組發現，全球2235種細菌基因組中的10000個基因，正以水平基因轉移的方式自由流動。這意味著，細菌基因的水平轉移是一種廣泛的現象。不僅如此，一些基因的水平轉移更出人意料。

例如，一種耐藥性基因在人類共生菌的六成細菌中獲得轉移。這種耐藥性基因可能是在農業生產工業化的抗生素濫用中產生的。而且，牲畜共生菌和人類共生菌中出現了42個相同的耐藥性基因，表明這兩類細菌共享一個基因庫。從理論上講，10億年的進化早該讓牛身上的細菌和人身上的細菌分道揚鑣。但是，現代養殖業大量使用抗生素，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移和共享。

由于向動物的食物中加入預防疾病的抗生素，可以促進動物生長和防止高密度養殖的牲畜和家禽內部的疾病傳播，世界各國對動物使用抗生素已是一種普遍現象。中國每年生產抗生素大約21萬噸，其中9.7萬噸抗生素用于畜牧養殖業，占年總產量的46.1%。美國食品和藥物管理局的報告稱，2009年在美國銷售的3.3千萬磅抗生素中80%用于農業，其中就包括通常作為人類藥物的青霉素、四環素。

阿爾姆的研究小組還發現，抗藥性基因有43個出現了跨國轉移。而且，同一宿主的細菌之間，水平基因轉移發生的情況更頻繁。因為，這些細菌具有相同的氧氣耐受力或相同的致病性，使得它們占據了相同的環境生態位置，這比親緣關系相近或地理位置相近更能決定一個轉移基因是否能融入新的細菌基因組中。

這些情況表明，一旦一個基因攜帶某個特征進入人類共生菌的基因庫，很快它就會傳播到國界之外，而且，如果是一種耐藥基因，也很快會讓很多國家產生無藥可用的局面。

少用或不用抗生素

研究人員認為，阻止細菌耐藥除了針對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，尤其是對養殖業禁用抗生素。因為，產生耐藥性是細菌的天性之一。丹麥早就做出了榜樣。2000年，丹麥政府下令，所有動物，不論大小，一律禁用抗生素飼料。當然，在禁用的當年，由于豬出現大量病患，動物醫用抗生素使用量比1999年多了20多噸。

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

另一項新研究表明，少用或不用抗生素對人和生物具有更大的安全性，尤其是可以保障生殖安全。美國內華達大學的珍妮?齊赫研究小組用傳統抗生素——四環素對動物進行試驗，獲得了意想不到的發現，動物可以把四環素毒性傳遞給它們的后代。研究人員以三代偽蝎為研究對象，將21窩偽蝎分為兩組，一組為對照組，不對其使用四環素，另一組則從出生到成年對其使用四環素，以便控制第一代中的遺傳影響。隨后幾代不用四環素處理。

結果發現，四環素對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，四環素對雄性或雌性的身體大小、對雄性的精子數量和雌性的生殖功能沒有影響。研究人員認為，四環素可能誘導雄性生殖組織發生變化，這些變化可傳遞給子代。這些變化不改變基因序列，卻改變基因表達方式，也就是說，是從表觀遺傳上對后代產生影響。

四環素是一種傳統的抗生素，現在仍然在許多國家的臨床上使用，并用作動物飼料添加劑和對動物的抗感染治療。但是，過去的研究早就發現，四環素對動物生殖力有負面作用。羅非魚的精子暴露于高濃度的四環素可降低精子的活力和線粒體的功能。對小鼠的研究發現，四環素可導致小鼠精子形狀畸形，同時減少精子計數，降低精子的活動性和生育力。對人的精子體外試驗發現，四環素可以降低精子的活動性和生育力。

現在，美國研究人員對偽蝎的試驗進一步證明，四環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，對包括動物和人的生殖力是大有益處的。

【責任編輯】張田勘