-
夜
大
本
科
毕
业
综
述
细菌耐药机制的研究进展及抗菌药物的新研究
学生姓名
:
刘妮
指导教师
:
魏殿军
专
业
:
医学检验
班
级
:09
检验本科
学
号
:0931051
定稿日期
2011
年
2
月
20
日
天津医科大学夜大学
___09____
级专升本毕业综述评审表
60
分以下。
细菌耐药机制的研究进展及抗菌药物的新研究
刘妮
北京京煤集团总医院
【摘要】
:
全球性的细菌抗生素耐药
是近年来感染性疾病治疗所面临的一大难
题
< br>,
细菌可对某类抗菌药物产生耐药性
,
< br>也可同时对多种化学结构各异的抗菌
药物耐
药。随着各种新型抗生素在临床的应用
,
细菌的耐
药也越来越广。细菌
耐药已成为
一个
全球性的问题
,
各国学者对细菌耐药机制进行了深入的研究
,
并有大量文献报道
,
< br>但是细菌的耐药机制十分复杂
,
随着科学技术尤其是分子
生物学的快速发展和应用
,
细菌的耐药机制也得到了进一步的阐明
。
为了解决日
益严重的微生物耐药问题
,
众
多新的技术方法被应用到抗菌药物
研究领域
:
在
发现药物靶位方面
,
比较基因组学研
究方法和蛋白质组学研究方法得到广泛应
用
< br>;
同时抗菌药物的研究范围进一步扩大
到噬菌体领域
,
能够直接杀伤病原微
< br>生物的噬菌体、噬菌体蛋白以及可以携带抗菌
药物或致死性基因的噬菌体载体
被成功用于治疗细菌性感染。本文拟对细菌耐药
机制、抗菌药物作用机制及等
方面及抗菌药物的研究近年来在寻找新的药物靶
位、探索新的筛选策
略以及拓
展新的研究领域方面所应用的一些新方法等内容作<
/p>
简要综述。
【关键词】
:
细菌耐药性、耐药机制、抗生素、药物靶位、噬菌体
细菌多重耐药现象日益严重
,
耐药机制
也趋于复杂
,
主要有以下几种耐药
<
/p>
机制
:
遗传耐药机制和获得耐药机制
,
例如
:
固有耐药
、染色体突变、细菌的
灭活酶或钝化
酶、细菌膜基因改变而形成的外排泵出系统、细菌生物膜的形成
,
抗生素的作用机
制等。因此分析研究细菌耐药机制、耐药基因的传播与转移
,
掌握细菌耐药性的变
迁
,
以减少耐药性的产生已成为一个重要的课题。随着抗
<
/p>
生素的广泛使用
,
微生物的
耐药问题日趋严重
,
然而近
40
年来新抗生素的发现
速度明显放
缓
,
只有一种新结构
的脂肽类抗生素达
托霉素
( daptomycin
成功用
于临床
[1]
。
科学技术的快速发展为细菌
耐药机制新的研究提供了更多新的技
术方
法
,
将这些新的研究应用到药物研究领域
< br>,
将有助于加快抗菌药物研发的进度
,
研发出全新的针对病原菌的抗菌药物。
1.
细菌耐药性的定义
:
细菌的耐药性又称抗药性
【
2
】
,
即有些人长期应用抗菌药物后
,
由于病
原体
通
过各种方式使药物作用减弱<
/p>
,
如产生使药物失去作用的酶
,
改变膜通透性阻
滞药物进
入
,
改变靶结构或改变原有代谢过程等。这些方法都能使病
原体对药
物产生抵抗性
能
,
亦即抗药性。换句话说
,
耐药性就是细菌在药物高于人类接
受的治疗剂量浓度下
能生长繁殖的性能
【
3
】
。细菌的耐药可能与整个种的固有特
性有关
,
也可能出现
在正常敏感菌种内
,
通过变异或者基因转移获得
【
4
】
。耐药
基因决定了各种各样
的机制
,
使细菌抵抗特定抗菌药物的抑制作用。
2.
细菌对抗菌药物的耐药机制
:
2.1
遗传耐药机制
:
【
5
】
①固有耐药
;
②染色体突变式获得新的
DNA
分子。
2.1.1
固有耐药
:
在长期进化过程中
,
为适应不利环境
,
经过优胜劣汰
,
微生
物已获得了
抵抗多种不利因素的能力。一些微生物如放线菌、真菌等可合成适
< br>量抗生素以杀
灭周边的细菌而获得更有利于自己生存的环境。周边的这些细菌
也为了适应环境
,
在长期抗生素压力下通过诱导突变
,
对抗生素产生了抵抗力。
这种耐药有种属特异
性
,
来源于该细菌固有的自然特性
,
< br>耐药基因存在于染色
体上。例如
:
非发酵的
G -
杆
菌如绿脓杆菌、醋酸不动杆菌、假单胞菌属及大多数
G -
杆菌耐万古霉素和甲氧西
林
;
肠球菌耐头饱菌素
;
厌氧菌耐氨基糖甙类药物
< br>;
铜绿假单孢菌耐头孢氨苄、头孢
克洛、头孢噻肟、头
孢呋辛、四环素
;
嗜麦芽
窄食假单孢菌耐泰能、美平等
,
这些是
耐药性产生的原始遗传基础。这种高度
固有耐药
性是由于菌体外膜的通透性低与
继发的双重耐药机制
(
诱导产生头孢
菌素酶和抗生素导出泵
所致。
2.1.2
染色体突变式获得新的
DNA
分子
:
染色体突变是细菌耐药性产生的原始
遗传基础
,
质粒的产生和传播是细菌扩
散耐药性、新菌株获得耐药性的一种快
捷方
式。突变可发生于
DNA
分子
(
如结核杆菌点突变致对利福平
耐药
,
淋球菌点
突变致
对苯唑西林耐药
可发生于质粒和转座子的基因上。如质粒编码产生的超
广谱
β
-<
/p>
内
酰胺酶
(ESBL
可能由于
TEM
和
SHV
酶基因点突变导致
,
若酶基因连续突
变可从本
质上增强酶的活力
,
使新一代
头孢菌素灭活。某些
DNA
调节区共同的突
变可产生
头孢菌素酶
,
致对第三代头孢菌索耐药。耐药菌株
在长期进化过程中
可能通过染色
体断
裂或缺失
,
使带有耐药基因的
DNA
片段脱离形成耐药性质粒
,
通过质粒
的转移
和插入堆积
,
使耐药性在不同菌
株间传播
,
使同一菌株抗菌谱
扩大。
2.2
获得性耐药机制
:
【
6
】
①
<
/p>
产生灭活酶或钝化酶
,
使抗菌药物失活或
结构改
变
;
②
抗菌药物作用靶位改或数目改变
,
使之不与
抗菌药物结合
;
③
改变细
菌细胞壁
的通透性
,
使之不能进入菌体内
;
④通过主动外排作用
,
将药物排出
菌体之外
;
⑤
细菌
分泌细胞外多糖蛋白复合物将自身包绕形成而细菌生物被<
/p>
膜。这些耐药机制不是
相互孤立存在的
,
两个或更多种不同的机制相互作用决
定一种细菌对一种抗菌药物
的耐药水平。
2.2.1
细菌产生灭活酶或钝化酶
细菌可产生
灭活酶或钝化酶
,
并以此来破
坏各种
抗菌药物。目前
,
细菌产生的灭活酶或钝化酶主要是
β
-
内酰胺酶、氨基
糖甙类抗菌<
/p>
药物钝化酶、氯霉素乙酰转移酶和大环内酯类
-
林克霉素类
-
链阳菌
素类
(MLS
类
抗菌药物钝化酶
,
其中人们对
β
一内酰胺酶研究最为深入。多数临
床常见致病菌可
产生
β
-
内酰胺酶
,
由革兰阳性菌产生的
β
-
内酰胺酶以葡萄球菌
属产生的青霉素酶最
重要
,
而在革兰阴性菌中
,
超广谱
β
-
内酰胺酶
(ESBLs
【
7
】
愈
<
/p>
来愈受到重视。主要由肠杆菌科细菌如肺炎克雷伯杆菌、大肠埃希菌等细菌产
生的
ESBLs
对甲氧亚氨基
β
-
内酰胺类抗菌药物如头孢他啶、头孢噻肟以及单氨类
抗菌药物如氨曲南等药物一种或多种耐药
, Es-BLs <
/p>
大部分由质粒介导
,
包括
TEM
型
及
SHV
型衍生的
β
-
内酰胺酶、
PER
型酶、
CTX
型酶及
K1
、
TOHO-1
、
MEN-
1
、
VEB-1
等型酶
【
8-10
】
。
β
-
内酰胺酶大多数由质粒、转座子、整合子等可移
动性遗传元件
介导
,
因此易于在
同种或不同种细菌间传播。质粒是染色体的遗传物
质
,
耐药
质粒广泛存在于
G -
、
G +
菌中
,
耐药性质粒可通过转导、转化、接合及转
座
4
种方
式进行传递
或转移
;
转座现象是细菌耐药性播散的重要方式
,
可使耐药因子
增
多造成多重耐药性
,
带有多重耐药基因的质粒<
/p>
,
从一种微生物进入另一种微生
物
,
不断传给后代还可转移至无此质粒的细菌
,
使敏感菌变为耐药菌。
2.2.2
细菌药物作用靶位改变
β
-
内酰胺类是临床最常用的抗菌药物
,
其作
用靶点
是青霉素结合蛋白
(penicillin binding proteins, PBPs
【
11
】
。目前研
究发现的由
PBPs
改变而引起的耐药细菌主要有葡萄球菌、肺炎链球菌以及铜绿
假单胞菌、不
动杆菌属、流感嗜血杆菌、淋病奈瑟球菌等革兰阴
性
(G-
细菌。当
β
-
内酰胺类药物
以共价结
合的方式使正常的
4
种主要
PBPs
失活
, PBP2a
可替代完
成细胞壁合成的
功能
,
从而产生耐药。
2.2.3
细菌细胞膜渗透性改变
细菌细胞膜与细胞的细胞膜相似
,
是一
种具
有高度
选择性的渗透性屏障。
细胞外膜上的某些特殊蛋白
,
即膜孔蛋白
(porin[12]
是
一种
非特异性的、跨越细胞膜的水溶性扩散通道。抗菌药物也可通过这些膜
孔蛋白进
入菌体内部
,<
/p>
发挥效用。药物的长期作用
,
细菌改变了
外膜蛋白
,
使
菌体外膜通透性下
降
,
阻碍抗生素进
入细胞内膜靶位。外膜通透性降低是由于
膜孔蛋白的缺陷、多向
性突变、特异性通道的改变及膜脂质双层的改变所致。
常见于假单孢菌、醋酸不
动杆菌、肠球菌等对
B
一内酰胺类、氨基糖甙类、氯酶
素、喹诺酮类抗生素的耐药。
2.2.4
细菌主动药物外排机制
药物外排系统的耐药机制的研究源于
20
世
纪
80
年代关于大肠埃希菌对四环素耐药机制的研究
,
随后是金黄色葡萄球菌对
镉耐受性
机制的研究。细菌主动药物转运系统根据其超分子结构、机理和顺序
的同源性等
可以将其分为四类
【
13
】
:
主要易化
(Mr
家族
,
耐药小节分裂
(RND
家
族
,
链霉素耐
药或葡萄球菌多重耐药家族及
ABC(ATP
—
bindingcassette
, ATP
结
合盒
转运器。
细菌依靠主动外排泵出机制来减少细菌内药物浓度
,
人们相继
发
现了依赖能量的外
排喹诺酮、大环
内酯类和氯霉素等系统
,
这些外排系统都是
“
单
”
基因编码的抗一种
或一类抗生素的
“
单
”
药系统
近
年来
,
发现了由一个
操纵子调控的多重耐药外排系统
,
具有耐不同抗生素的
能力。现已表明
,
铜绿
假单胞菌有
3
套外排泵出系统
,
即
MexAB-
oprM
、
MexCD-oprJ
、
MexEF-oprN
,
目前
研究最多的是
MexAB-oprM
【
14
】
, MexAB-oprM
在生理条件下的阻遏蛋白为
MexR
基
因所编码的产物
,
MexR
的突变株导致
MexAB-oprM
脱抑制而表达增强
,
从而形成
耐药。其中
oprM
是外膜运出蛋白
, Zhao
等认为在
MexAB-oprM
外排泵出系统中更
为重要的是
oprM
。
Kohler
等用环丙沙星和氯霉素作为选择试剂培养铜绿假单胞
菌
,
得到了多
重耐药菌株
,
它过度表达一个相对分子质量为
5O
×
1O 3
的外膜蛋白
,
证实其完整结
构为
MexEF-
oprN
【
15
】
。
2.2.5
细菌生物被膜的形成
细菌生物膜
(binfilm, BF
是指附着于有生命
或无生
命物体表面被细菌胞外大分子包裹的有组织的细菌群体。
BF
中含有细菌
分泌的大
分子多聚物、吸附的营养物质和代谢产物及细菌裂解产物等。因此
, BF <
/p>
中存在各种
主要的生物大分子如蛋白质、多糖、
< br> DNA
、肽聚糖和磷脂等物质。
与浮游菌相
比。
BF
细菌对抗生素的抗药性可提高
l0~1
000
倍。
BF
细菌抗药性主
要取决于其
多细胞结构
:(1BF
中的胞外多糖起屏障作用<
/p>
,
限制抗生索分子向细
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