第三章-细菌耐药机制

第三章细菌耐药机制细菌耐药性(ResistancetoDrug)：又称抗药性，是指细菌对于抗菌药物作用的耐受性，耐药性一旦产生，药物的化疗作用就明显下降。产生原因：细菌耐药性是细菌产生对抗生素不敏感的现象，产生原因是细菌在自身生存过程中的一种特殊表现形式。天然抗生素是细菌产生的次级代谢产物，用于抵御其他微生物，保护自身安全的化学物质。人类将细菌产生的这种物质制成抗菌药物用于杀灭感染的微生物，微生物接触到抗菌药，也会通过改变代谢途径或制造出相应的灭活物质抵抗抗菌药物。细菌耐药现状特点：1.耐药性形成越来越快2.细菌耐药谱越来越广3.细菌耐药性传播速度越来越快4.耐药强度越来越高细菌耐药的基因机制细菌耐药性可分为两类1.固有性耐药：来源于该细菌本身染色体上的耐药基因,代代相传,具有典型的种属特异性。如：链球菌对氨基糖苷类抗生素天然耐药；肠道G-杆菌对青霉素天然耐药；2.获得性耐药：细菌本来对抗生素无抗药性，当细菌与抗生素接触后，通过改变自身的代谢途径，使其不被抗生素杀灭，从而获得的耐药性。主要是由于细菌在生长繁殖过程中，其DNA发生改变而使其形成或获得了耐药性表型。如：金黄色葡萄球菌对β-内酰胺类抗生素产生的耐药。获得性耐药产生类型：1.染色体介导的耐药性2.质粒介导的耐药性染色体介导的耐药：一般是由于染色体上遗传基因DNA发生突变，细菌突变后的变异株对抗生素的耐药。一般突变率很低，而且细菌的这类耐药性，只对一种或两种相类似的药物耐药，但比较稳定，耐药性的产生与消失与药物接触无关，在自然界中这类耐药菌占次要地位。质粒介导的耐药：这类耐药性是由于细菌获得外源新基因而产生的。发生的遗传基础是细菌获得了新的DNA片段，这些片段上含有耐药基因。这些DNA片段既可以存在于质粒上，还可以整合到染色体上。质粒（Plasmid）是细胞中的非细胞染色体或核区DNA，原有的能够自主复制的较小的DNA分子，大部分的质粒是环状构形。细菌耐药性的获得方式主要有：转化(transformation)、转导(transduction)、接合(conjugation)、转座(transposion)。1.转化主要指耐药菌溶解后释放出的DNA进入敏感菌体内，其耐药基因与敏感菌的同种基因重新组合，使敏感菌成为耐药菌。转化过程常限于革兰氏阴性菌。2.转导主要是借助于噬菌体将耐药基因转移给敏感菌，由于噬菌体有特异性，且通过噬菌体传播的DNA量很少，因此耐药性的转导现象仅能发生在同种细菌内，通常仅能传递对一种抗菌药的耐药性。临床上是金黄色葡萄球菌耐药性转移的惟一的方式。3.接合由接合传递的耐药性也叫感染性耐药，主要是通过耐药菌与敏感菌菌体的直接接触，由耐药菌将耐药因子转移给敏感菌。接合转移不仅可在同种菌之间进行，也可在属间不同种菌之间进行，通过接合方式，一次可完成对多种抗菌药耐药性的转移。这种方式主要出现在革兰氏阴性细菌中，特别是在肠道菌中。4.转座子它是一种比质粒更小的DNA片段，它能够随意地插入或跃出其它DNA分子中，将耐药性的遗传信息进行传递，转座子不能进行自身复制，必须依赖于细菌的染色体、噬菌体或质粒中而得以复制和繁殖。转座子的宿主范围广，它可在革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌之间转移，从而使耐药基因的宿主范围也扩大，是耐药性传播的一个重要原因。R因子决定的耐药性：R因子又称耐药性传递因子。R因子与细菌的染色体无关，具有质粒的特性，是一种传递性质粒。质粒(P1asmld)是细菌染色体外具有遗传功能的双链去氧核糖核酸，携带有耐药性基因的质粒称为耐药性质粒，耐药质粒可通过细菌之间的接合作用进行传递，故称传递性耐药质粒，简称R质粒。在革兰氏阴性致病菌中60%一90%的耐药基因由R质粒携带。这种质粒介导的多重耐药性菌株不但治疗困难，亦难控制其流行，常常引起医院内感染的早发流行。许多医院内感染资料表明，院内感染分离由来的耐药菌株中，R质粒检出率达50%一100%。R因子的特点：(1)可从宿主菌检出R质粒;(2)以多重耐药性常见;(3)易因丢失质粒成为敏感株;(4)耐药性可经接合转移.细菌耐药的生化机制1.产生灭活酶或钝化酶；2.抗菌药物作用靶位改变；3.影响主动流出系统；4.细菌生物被膜的形成；5.细菌生物被膜的形成；6.交叉耐药性。细菌耐药的生化机制一、灭活酶或钝化酶的产生细菌产生灭活的抗菌药物酶使抗菌药物失活是耐药性产生的最重要机制之一，使抗菌药物作用于细菌之前即被酶破坏而失去抗菌作用。这些灭活酶可由质粒和染色体基因表达。细菌耐药的生化机制一、灭活酶或钝化酶的产生1.β-内酰胺酶2.氯霉素乙酰基转移酶3.红霉素酯化酶4.氨基糖苷类钝化酶（乙酰转移酶：磷酸转移酶：核苷转移酶）β-内酰胺酶机制：使青霉素类和头孢菌素类β-内酰胺环的酰胺键断裂而失去抗菌活性。分类：A组活性部位为丝氨酸残基B组为金属酶，活性部位为硫巯基C组水解头孢菌素D组为邻氨西林酶，水解苯唑西林β-内酰胺酶分布广泛，几乎所有细菌只要接触β-内酰胺类抗生素后均可产生相应的酶。编码此酶的基因既可在细菌染色体上，也可位于质粒或转座子上。应对方法：1.开发耐β-内酰胺酶的药物2.与酶抑制剂合用氯霉素乙酰转移酶机制：将氯霉素乙酰化，使其不能与细菌50S核糖体亚基结合而失去抗菌活性。由细菌质粒或染色体基因编码，能在大肠杆菌中稳定表达红霉素酯化酶机制：此酶由质粒介导表达，主要作用是水解红霉素及大环内酯类抗生素结构中的内酯而使之失去抗菌活性。氨基糖苷类钝化酶可分为3类：①使游离氨基乙酰化的乙酰转移酶②使游离羟基磷酸化的磷酸转移酶③使游离羟基腺苷化的腺苷转移酶机制：这些酶通过磷酸化、乙酰化和腺苷酸化等途径对氨基糖苷类抗生素进行修饰使不易与细菌核糖体30S亚基结合，从而失去抗菌作用二、细菌药物作用靶位改变由于抗菌药作用的靶位发生突变或被细菌产生的某种酶修饰而使抗菌药物无法结合或亲和力下降，这种耐药机制在细菌耐药中普遍存在。主要有三种种方式：1.改变细菌靶蛋白抗生素结合位点的蛋白质结构发生改变或被修饰，均可导致亲和力的降低2.产生新的靶位细菌遗传物质变异产生新的低亲和力蛋白酶，替代原先途径，拮抗抗菌药物作用3.增加靶蛋白的数量，使药物存在时仍有足够量的靶蛋白可以维持细菌的正常功能和形态，导致细菌继续生长、繁殖，从而对抗抗菌药物产生耐药。目前的研究表明，β-内酰胺类抗菌药物的作用靶位为青霉素结合蛋白(PBP),氨基糖苷类和四环素抗菌药物的作用靶位为核糖体的50S亚基，大环内酯类和氯霉素以及克林霉素的作用靶位为核糖体的30S亚基，利福霉素类的作用靶位为依赖于DNA的RNA聚合酶，哇诺酮类的作用靶位为DNA促旋酶，磺胺类的作用靶位为二氢碟酸合成酶和二氢叶酸还原酶，万古霉素的作用靶位为细胞壁五肽末端的D-丙氨酰-D-丙氨酸末端的游离羧基。这些作用靶位结构的细微变化都有可能产生很高的耐药性。青霉素结合蛋白(PBP)具有酶活性,参与细菌细胞壁的合成。青霉素可专一性地与细菌细胞内膜上的(PBP结合,干扰细菌壁肽聚糖合成而导致细菌死亡。细菌可改变靶位酶,使其不为抗生素所作用,还可复制或产生新的靶位而获得对某抗生素的耐药性。这种由PBP介导的耐药性在G+菌中比G-菌中更常见,其中最常见的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA),由于细菌产生一种新的PBP而对青霉素、头孢菌素类不敏感。某些淋球菌、肺炎链球菌、铜绿假单胞菌等能改变其PBP的结构,使与β-内酰胺类抗生素的亲合力降低而导致耐药。肺炎链球菌对青霉素的高度耐药就是通过此机制产生的；细菌与抗生素接触之后产生一种新的原来敏感菌没有的靶蛋白，使抗生素不能与新的靶蛋白结合，产生高度耐药。肠球菌对β-内酰胺类的耐药性是既产生β-内酰胺酶又增加青霉素结合蛋白的量，同时降低青霉素结合与抗生素的亲和力，形成多重耐药机制。三、细菌细胞膜渗透性改变革兰氏阴性菌细胞壁的外膜上的通道蛋白，是抗生素药物进入细菌体内的主要通道。细菌接触抗生素后，可以通过改变通道蛋白（porin）性质和数量来降低细菌的膜通透性，不仅使细菌不易受到机体杀菌物质的作用，还可阻止某些抗菌药的进入，是细菌耐药的机制之一。革兰阴性细菌细胞膜而在革兰氏阳性菌中细胞膜被一层厚厚的肽聚糖细胞壁所包裹。尽管细胞壁具有很强的机械强度，但由于其结构比较粗糙，几乎不影响抗菌药物这样的小分子物质扩散至细胞内。铜绿假单胞菌的细胞外膜上没有大多数革兰阴性菌所具有的典型的高渗透性孔蛋白，它的孔蛋白通道对小分子物质的渗透速度仅为典型孔蛋白通道的1%。“先天不足”敏感菌可以通过降低外膜的渗透性而发展成为耐药菌，即原有的孔蛋白通道由于细菌发生突变而关闭或消失，细菌就会对该抗菌药物产生很高的耐药性。亚胺培南主要是通过一个特殊的孔蛋白通道OprD2进入细菌，一旦这一孔蛋白通道消失，则产生耐药性。“后天获得”正常情况下细菌外膜的通道蛋白以OmpF和OmpC组成非特异性跨膜通道，允许抗生素等药物分子进入菌体，当细菌多次接触抗生素后，菌株发生突变，产生OmpF蛋白的结构基因失活而发生障碍，引起OmpF通道蛋白丢失，导致β-内酰胺类、喹诺酮类等药物进入菌体内减少。四、药物主动外排系统某些细菌能将进入菌体的药物泵出体外，这种泵因需能量，故称主动流出系统（activeeffluxsystem）。由于这种主动流出系统的存在及它对抗菌药物选择性的特点，使大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、铜绿假单胞菌、空肠弯曲杆菌对四环素、氟喹诺酮类、大环内酯类、氯霉素、β-内酰胺类产生多重耐药。流出系统有三个蛋白组成，即转运子（effluxtransporter）、附加蛋白（accessoryprotein）和外膜蛋白（outermembranechannel），三者缺一不可，又称三联外排系统。外膜蛋白类似于通道蛋白，位于外膜（G-菌）或细胞壁（G+菌），是药物被泵出细胞的外膜通道。附加蛋白位于转运子与外膜蛋白之间，起桥梁作用，转运子位于胞浆膜，它起着泵的作用。使抗菌药物外排，降低细菌细胞内的药物浓度而耐药，而且是导致多重耐药的重要机制目前研究表明主要有两大类外排系统：特异性（单一性）外排系统和多种药物耐药性（multidrugresistance，MDR）外排系统。一般来说，两个外排系统的作用都各不相同,其中特异性外排系统一般只作用于单一的底物（药物），常常是某一类的抗生素，如四环素、氯霉素、链霉素等。而多种药物耐药性外排系统可以作用于多种抗菌药或者一些结构和功能不相关的复合物。已报道的具有主动流出机制的致病菌：铜绿假单胞菌、不动杆菌、链球菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、空肠弯曲杆菌等。已报道的能被泵出菌体外引起耐药的抗菌药物：四环素类、氟喹诺酮类、大环内酯类、氯霉素、β-内酰胺类。有些抗菌药物（常见的如四环素类及喹诺酮类）能诱导细菌的主动外运，造成对抗菌药物耐药程度的普遍提高。五、细菌生物被膜的形成细菌生物被膜是指细菌粘附于固体或有机腔道表面,形成微菌落,并分泌细胞外多糖蛋白复合物将自身包裹其中而形成的膜状物。铜绿假单胞菌的生物被膜电子显微镜放大5000倍生物被膜耐药机制：当细菌以生物被膜形式存在时耐药性明显增强(10-1000倍)，抗生素应用不能有效清除BF，还可诱导耐药性产生。渗透限制：生物被膜中的大量胞外多糖形成分子屏障和电荷屏障，可阻止或延缓抗生素的渗入，而且被膜中细菌分泌的一些水解酶类浓度较高，可促使进入被膜的抗生素灭活。营养限制：生物被膜流动性较低，被膜深部氧气，营养物质等浓度较低，细菌处于这种状态下生长代谢缓慢，而绝大多数抗生素对此状态细菌不敏感，当使用抗生素时仅杀死表层细菌，而不能彻底治愈感染，停药后迅速复发。六、交叉耐药性指致病微生物对某一种抗菌药产生耐药性后，对其他作用机制相似的抗菌药也产生耐药性。在不少耐药菌中耐药不只是存在一种机制,常可由二种或多种机制形成。一般说,耐药菌只发生在少数细菌中,难于与占优势的敏感菌竞争,只有当敏感菌因抗菌药物的选择性作用而被大量杀灭后,耐药菌才得以大量繁殖而继发各种感染。因此,细菌耐药性的发生、发展是抗菌药物广泛应用和无指征滥用的后果。