细菌实际上是如何对抗生素产生耐药性的

“杀不死我的，会让我更强大”，最初由弗里德里希·尼采于1888年提出，完美地描述了细菌如何产生抗生素耐药性。与普遍看法相反，抗生素耐药性并不是您的身体对抗生素产生耐药性。

当细菌接触到的抗生素浓度不能立即杀死它们时，就会产生耐药性。它们会发展出防御机制，防止相同的抗生素在未来伤害它们，即使剂量更高。

细菌如何适应

细菌的适应能力部分取决于它们惊人的繁殖速度。有些物种，例如大肠杆菌，可以每20分钟复制一次，具体取决于环境。12小时内，一种细菌可以变成超过680亿个细菌。

然而，细菌并不能忠实地复制它们的遗传密码，并且突变可能会在每一代中发生。

虽然大多数变化都是不好的，但有时它们可​​以帮助细菌在抗生素存在的情况下生长。这些“新的和改良的”人口很快就占据了主导地位。

额外的突变可以在更高的抗生素浓度下生存。

这种耐药性的演变可以通过在大琼脂平板(细菌喜欢生长的营养支持物)上生长细菌来观察，其中抗生素水平不断增加。

当它们第一次遇到下一个区域时，生长就会停止，但一旦产生耐药性，它们就会迅速扩张，直到到达下一个具有更多抗生素的区域。

在典型的七到十天抗生素治疗过程中，您体内的细菌很容易以类似的方式产生耐药性。

他们还交换遗传物质

实现细菌耐药性的另一个关键机制是细菌之间遗传信息的交换。

除了编码细菌基因组的主要DNA块外，细菌还可以承载称为质粒的环状DNA片段。这些质粒很容易在细菌(包括不同物种)之间交换。

质粒交换通常通过细菌之间的直接物理接触发生。细菌是混杂的，所以这种情况经常发生!一旦进入细菌内部，质粒就可以遗传给下一代。

不幸的是，质粒特别擅长编码多种抗性基因。

观察细菌如何对极高浓度的抗生素产生耐药性。图片来源：哈佛医学院

细菌抵抗的四种方式

细菌通过四种主要方法对抗生素治疗产生耐药性：

1.远离抗生素。细菌擅长阻止不需要的分子进入内部。

金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性细菌具有厚厚的细胞壁，包围着脂质膜。革兰氏阴性细菌，如大肠杆菌，更难杀死，因为它们有一层额外的外膜作为额外的屏障。

细菌能够通过这些细胞表面引入生存所需的物质。抗生素可以劫持这些进入途径，但细菌可以修改细胞壁、细胞膜和进入蛋白以阻止抗生素渗透。

例如，细菌会增加细胞壁的厚度以抵抗万古霉素等抗生素。

2.如果抗生素进入，则将其排出。细菌具有称为外排泵的机制，可将细菌内不需要的分子回流。

细菌可以改变泵，使其更有效地去除抗生素，或者它们可以简单地制造更多泵。

对红霉素等大环内酯类抗生素的耐药性通常涉及产生更多的外排泵。

3.改变抗生素靶点。与大多数其他药物一样，抗生素通常通过阻断细菌内重要酶的功能来发挥作用。它们像锁中的钥匙一样专门绑定到目标。

如果细菌通过改变DNA/蛋白质序列来改变目标形状，抗生素(钥匙)就不能再与其目标(锁)结合。

对一类称为氟喹诺酮类抗生素(包括环丙沙星)的抗生素的耐药性通常是由于酶靶标的突变而发生。

4.破坏或改变抗生素。细菌通过产生一种分解青霉素弹头的蛋白质，对最初的抗生素青霉素产生了耐药性。

这些酶的进化甚至可以与最新改进的青霉素类抗生素保持同步。

作为回应，药物开发商创造了专门阻止酶发挥作用的分子，并将其与抗生素结合使用。

抗生素修饰的另一个例子是对一类称为氨基糖苷类抗生素的耐药性。在这种情况下，不同类型的酶会化学修饰氨基糖苷的结构，例如抗生素妥布霉素。现在，钥匙已被归档，因此不再适合锁。

细菌与抗生素

虽然细菌已经形成了抵抗抗生素的机制，但这些适应可能会付出“健康”成本。细菌可能生长得更慢，或者更容易被另一种抗生素杀死。

这就产生了“附带敏感性”的概念，通过使用成对的抗生素来治疗患者时预防或克服耐药性。对第一种抗生素的耐药性会增加对第二种抗生素的敏感性，反之亦然。

在某些情况下，“适应成本”(维持耐药性所消耗的能量和材料)意味着耐药基因可能存在，但它们在接触抗生素之前不会被激活。这使得仅通过观察细菌的基因构成来预测细菌耐药性变得困难。

细菌可能会变得“更强大”，但它们还不是无敌的。我们需要在抗生素耐药性让我们回到前抗生素时代之前采取行动。