1、医学微生物学,细菌的耐药性,（一）教学目的 掌握细菌的耐药性及产生机制。 熟悉细菌耐药性的控制策略。 了解抗菌药物的种类及其作用机制 （二）重点和难点 细菌耐药性的概念和种类 耐药机制。,本章重点与难点,第一节 抗菌药物的种类及其作用机制 第二节 细菌的耐药机制 第三节 细菌耐药性的防治,讲课内容,第一节 抗菌药物的种类及其作用机制,概 念 抗菌药物 (antibacterial agents) 抗菌药物指具有杀菌和抑菌活性、用于预防和治疗细菌性感染的药物。包括抗生素和化学合成的药物。 抗生素 (antibiotics) 指对特异微生物有杀灭和抑制作用的微生物产物，分子量较低，低浓度时就能发挥
2、其生物活性，有天然和人工半合成两类。,（一）抗菌药物的种类抗菌药物的种类多，分类方法也多包括： 按化学结构和性质分类（表5-1）， 按抗菌谱分类或按作用机制分类， 按产生抗菌药物的微生物分类。,表5-1 临床常用抗菌药物分类（按化学结构与性质分类）,（二）抗菌药物的作用机制,抗菌药物必须对病原菌具有较强的选择性毒性作用（有效性和特异性），对患者不造成损害，没有或具有较低的毒副作用（安全性）。 抗菌药物可以通过多种途径和作用机制发挥有效的治疗作用，根据对病原菌的作用靶位，可将抗菌药物的作用机制分为四类(表5-2)。 了解抗菌药物的机制是研究细菌耐药性的基础，也是临床合理选用抗菌药物的前提。,表5
3、-2 抗菌药物主要作用部位及作用机制,干扰细菌细胞壁的合成 细菌(支原体除外)具有细胞壁，其主要组分均有肽聚糖。 -内酰胺抗生素可与细胞膜上的青霉素结合蛋白(penicillin-binding protein，PBP) 共价结合。青霉素作用的主要靶位是PBPs ，两者结合后，可以抑制转肽酶活性，导致肽聚糖合成受阻，使细菌无法形成坚韧的细胞壁。细菌一旦失去细胞壁的保护作用，在相对低渗环境中会变形、裂解而死亡。,损伤细胞膜的功能 有两种作用机制： 多粘菌素类是两极性抗生素分子，其亲水端与细胞膜的蛋白质部分结合，亲脂端与细胞膜内磷脂相结合，导致细菌胞膜裂开，胞内成分外漏，细菌死亡。 两性霉素和制霉
4、菌素能与真菌细胞膜上的固醇类结合，酮康唑抑制真菌细胞膜中固醇类的生物合成，均导致细胞膜通透性增加。,影响蛋白质的合成 抗生素多可影响细菌蛋白质的合成，其作用部位及作用时段各不相同。 氨基糖苷类及四环素类主要作用于细菌核糖体的30S亚单位； 氯霉素、红霉素和林可霉素类则主要作用于50S亚单位，导致细菌蛋白质合成受阻。,抑制核酸合成 抗生素可通过影响细菌核酸合成发挥抗菌作用。 利福平与依赖DNA的RNA多聚酶结合，抑制mRNA的转录。 喹诺酮类药物可作用于细菌DNA旋转酶而抑制细菌繁殖。 磺胺类药物与对氨基苯甲酸(PABA)的化学结构相似，二者竞争。,二氢叶酸合成酶，使二氢叶酸合成减少，影响核酸的
5、合成，抑制细菌繁殖。 甲氧苄胺嘧啶(TMP)与二氢叶酸分子中的蝶啶相似，能竞争抑制二氢叶酸还原酶，使四氢叶酸的生成受到抑制。因此，TMP与磺胺药合用(如复方新诺明)有协同作用。,（一）细菌耐药性 概念细菌耐药性（drug resistance）亦称抗药性，是指细菌对某抗菌药物（抗生素或消毒剂）的相对抵抗性。通常某菌株能被某种抗菌药物抑制或杀灭，则该菌株对该抗菌药物敏感；反之，则为耐药。,第二节 细菌的耐药机制,临床判定标准 某菌株的MIC小于该抗菌药物临床常用治疗浓度，则为判定为敏感；某菌株的MIC大于该抗菌药物临床常用治疗浓度，则为判定为耐药。,细菌耐药性严重性 耐药的速度越来越快； 耐药的
6、程度越来越重； 耐药的细菌越来越多； 细菌耐药谱越来越广 ； 耐药的几率越来越高。 已成为一个全球性亟待解决问题，世界卫生组织建议各国加强细菌耐药性监测，严格执行预防和控制措施,（二）细菌的耐药机制产生耐药性有内因和外因两种因素： 内因指细菌的遗传因素； 外因包括医疗过程中滥用抗生素、饲料中滥加抗生素和消毒剂的不合理应用等。 细菌耐药机制的研究涉及细菌的结构、生理代谢、生物化学、遗传学、药理学和分子生物学等多个学科，耐药机制的研究已深入到分子水平。,概 述,细菌耐药性的类型与机制,细菌耐药的遗传机制根据遗传特性，将细菌耐药性分为两类：（1）固有耐药性 (intrinsic resistance
7、)固有耐药性指细菌对某些抗菌药物的天然不敏感，亦称为天然耐药性细菌。,特点：源于细菌本身染色体上的耐药基因,是染色体介导的耐药性，是细菌遗传基因DNA自发变化的结果。 具有典型的种属特异性，可以代代相传，可以预测。 耐药性比较稳定，一般对12 种相类似药物耐药。 耐药性产生与消失与药物接触无关，自然界中这类耐药菌占次要地位。,（2）获得耐药性 (acquired resistance)获得耐药性指原先对药物敏感的细菌群体中出现了对抗菌药物的耐药性，这是获得耐药性与固有耐药性的重要区别。 获得耐药性是细菌因多种因素使其DNA改变导致细菌获得耐药性表型。,耐药性细菌的耐药基因来源于： 基因突变，
8、获得新基因。 作用方式为接合、转导或转化。可发生于染色体DNA、质粒、转座子等结构基因,也可发生于某些调节基因。,染色体突变(chromosomal mutation) 所有的细菌群体都会经常发生自发的随机突变，只是频率很低，其中有些突变可赋予细菌耐药性。 2) 可传递的耐药性(transferable antibiotic resistance) 耐药基因能在质粒,转座子,整合子等可移动的遗传元件介导下进行转移并传播。,在G+和G-细菌中广泛存在耐药质粒，质粒介导的耐药性传播在临床上最常见。 耐药质粒具有自我复制、传递和遗传交换能力。可稳定传递给后代，能在不同细菌间转移。一种质粒可带数种耐药
9、性基因群,通过细菌间接合、转导和转化作用而将耐药质粒转移到细菌群中。,耐药R质粒的转移,质粒能编码多种酶,对多数抗生素进行生化修饰而使之钝化。 质粒传播耐药性受宿主范围限制,尚未发现可在G+和G-菌中都能复制的质粒。,耐药R质粒的转移,转座子(transposon，Tn) 比质粒更小的DNA片段。 转座子又名跳跃基因它可以在染色体中跳跃移动，能够随意地插入或跃出其它DNA分子，实现细菌间的基因转移或交换，使结构基因的产物大量增加，使宿主细胞失去对抗菌药物的敏感性。,转座子介导的耐药性,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，是耐药性
10、传播的另一重要原因。,转座子介导的耐药性,整合子是移动性DNA序列，它可捕获外源基因并使之转变为功能性基因的表达单位。 整合子在同一类整合子上可携带不同的耐药基因盒，同一个耐药基因又可出现在不同的整合子上。 整合子在细菌耐药性的传播和扩散中起到了至关重要的作用。,整合子 (integron),2. 细菌耐药的生化机制,细菌耐药继之除遗传机制外，还有生化机制，包括：药物作用靶位的改变、抗菌药物的渗透障碍、主动外排机制、钝化酶的产生和细菌自身代谢状态改变等。,图5-1 细菌耐药性的生化机制示意图,药物活化,药物靶位,（1）钝化酶的产生钝化酶(modified enzyme)指一类由耐药菌株产生、具
11、有破坏或灭活抗菌药物活性的某种酶，它通过水解或修饰作用破坏抗生素的结构使其失去活性,如分解青霉素的酶或改变氨基糖苷类抗生素结构的酶。,重要的钝化酶有以下几种： 内酰胺酶 氨基糖苷类钝化酶 氯霉素乙酰基转移酶 红霉素酯化酶 甲基化酶,1）内酰胺酶 ( lactamase) 对青霉素类和头孢菌素类耐药的菌株可产生-内酰胺酶,该酶能特异性的使酰胺键断裂，打开药物分子结构中的-内酰胺环，使其完全失去抗菌活性，故称灭活酶 (inactivated enzyme)。-内酰胺酶可由细菌染色体、质粒或转座子编码，分布广泛。,在革兰阴性杆菌中，对-内酰胺抗生素的耐药性主要由两种-内酰胺酶介导： 超广谱-内酰胺酶
12、 (extended spectrum -1actamases，ESBLs) AmpC -内酰胺酶,2）氨基糖苷类钝化酶(aminoglycoside-modified enzymes) 细菌能产生30多种氨基糖苷类钝化酶，并均由质粒介导。 这些酶类分别通过羟基磷酸化、氨基乙酰化或羧基腺苷酰化作用，使药物的分子结构发生改变，不易与细菌核糖体30S亚基结合，失去抗菌作用。 由于氨基糖苷类抗生素结构相似，故常出现明显的交叉耐药现象。,3）氯霉素乙酰转移酶(chloramphenicol acetyl transferase，CAT)由细菌质粒或染色体基因编码，能在大肠杆菌中稳定表达作用机制：将氯霉
13、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。,4）红霉素酯化酶 由质粒介导，作用机制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。 5）甲基化酶 50S亚基嘌呤甲基化耐红霉素,（2）药物作用靶位的改变细菌能改变抗生素作用靶位的蛋白结构和数量，导致其与抗生素结合的有效部位发生修饰或改变，影响药物的结合，使细菌对抗生素不再敏感。 作用靶位发生改变使抗生素失去作用靶点和（或）亲和力降低无法结合，但细菌的生理功能正常。 如青霉素结合蛋白的改变导致对-内酰胺类抗生素耐药。,这些作用靶位结构和功能变化都有可能产生 很高的耐药性。,常用抗生素的作用靶位,（3）抗菌药物的渗透
14、障碍抗生素必须进入细菌内部到达作用靶位后，才能发挥抗菌效能。细菌的细胞壁障碍和(或)外膜通透性的改变，将严重影响抗菌效能，耐药屏蔽是耐药的一种机制。,G-菌细胞壁的外膜上有脂多糖，孔蛋白等通透性低，是一种有效的非特异性屏障，阻止某些抗菌药的进入，使细菌不易受到机体杀菌物质的作用。 铜绿假单胞菌对抗生素的通透性要比其他革兰阴性细菌差，这是该菌对多种抗生素固有耐药的主要原因之一。,（4）主动外排机制多种细菌的外膜上有特殊的药物主动外排系统,药物的主动外排使菌体内的药物浓度不足，难以发挥抗菌作用而导致耐药。 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外排系统。,主动泵出活动增强和外排
15、药物通透性下降的协同作用与细菌的多重耐药性有关。 细菌的分泌系统具有外排功能，其结构与功能的改变与细菌的耐药性相关。,（5）细菌生物被膜作用及其他细菌生物被膜(bacterial biofilm，BF)是细菌为适应环境而形成的，可保护细菌逃逸抗菌药物的杀伤作用。细菌生物被膜形成后耐药性可增强许多倍。,耐药机制：抗生素难以清除BF中众多微菌落膜状物； BF具有多糖分子屏障和电荷屏障，阻止或延缓药物的渗透； BF内细菌多处于低代谢水平状态，对抗菌药物前敏感； BF内部场存在一些较高浓度水解酶，使进入的抗生素失活。,（6）细菌自身代谢状态改变细菌通过改变自身代谢状态逃避抗菌药物作用。 呈休眠状态的细
16、菌； 营养缺陷的细菌都可出现对多种抗生素耐药； 通过增加产生代谢拮抗剂来抑制抗生素，从而获得耐药性。 如耐药金黄色葡萄球菌通过增加对氨基苯甲酸的产量，从而耐受磺胺类药物的作用。,细菌耐药性重要名词,耐甲氧西林金葡菌（MRSA）， 耐万古霉素的肠球菌(VRE)， 耐克林霉素和头孢菌素的厌氧菌， 氨苄耐药的流感嗜血杆菌， 青霉素耐药奈瑟氏菌， 青霉素耐药肺炎球菌(PRP)， 多重耐药结核菌(MDR-TB)， 产ESBL大肠杆菌和克雷伯菌， 产AmpC酶肠杆菌、枸橼酸杆菌、沙雷氏菌， 多重耐药非发酵菌: 铜绿假胞菌、鲍曼不动杆菌、 嗜麦芽窄食单胞菌。,常见耐药细菌,抗生素应用的选择压力 抗生素的诱导
17、作用-内酰胺类抗生素 AmpC产量显著增加四环素，氯霉素等 诱导大肠杆菌marA基因表达多重耐药 抗生素的筛选作用 抗药药物的滥用，长期使用抗生素 ，敏感菌株， 耐药菌株，筛选出耐药株。并增加细菌突变的压力。,抗生素与细菌耐药的关系,第三节 细菌耐药性的防治,控制细菌耐药性的综合措施,（1）合理规范使用抗生素等抗菌药物 （2）严格消毒隔离制度，防止耐药菌交叉感染 （3）加强药政管理，建立药物耐药观测网 （4）研制新型抗生素和抗菌药物 （5）破坏耐药基因,复习思考题,一、名词解释 1drug resistance 2acquired resistance 3multiple resistanc
18、4- lactmase 二、问答题 简述抗菌药物类型。 抗菌药物作用机制又几种？ 简述细菌耐药性产生机制。 控制细菌耐药性策略。,antibacterial agents antibiotics penicillin-binding proteins，PBPs drug resistance Minimum inhibitory concentration， MIC acquired resistance transferable antibiotic resistance multiple resistant bacteria multiple drug resistance, MDR cr
19、oss resistance pan-drug resistant bacteria, PDR superbug MRSA VRE MDR-TB modified enzyme lactamase inactivated enzyme extended spectrum -1actamases, ESBLs,中英文关键词,抗菌药物 抗生素 青霉素结合蛋白 耐药性 最小抑菌浓度 获得耐药性 可传递的耐药性 多重耐药菌 多重耐药性 交叉耐药性 泛耐药菌 超级细菌 耐甲氧西林金葡菌 耐万古霉素的肠球菌 多重耐药结核菌 钝化酶 -内酰胺酶 灭活酶 超广谱-内酰胺酶,中 文 英 文,1 Gavin Le
20、ar and Gillian D. Lewi. Microbial Biofilms: Current Research and Applications Canisters Academic Press, 2012 2 Warren Levinson. Review of Medical Microbiology and Immunology. 12 th ed. Lange McGraw-Hill, 2012 3 Livermore DM, Andrews, JM Hawkey, PM et al. Are susceptibility tests enough, or should la
21、boratories still seek ESBLs and carbapenemases directly? JOURNAL OF ANTIMICROBIAL CHEMOTHERAPY 67 (7): 1569-1577, 2012. 4 Rigobelo EC. Maluta RP . Borges CA. et al. Contamination of cattle carcasses by Escherichia coli shiga like toxin with high antimicrobials resistance. AFRICAN JOURNAL OF MICROBIO
22、LOGY RESEARCH 2011, 5 ( 16): 2217-2221 5 Chifiriuc MC ; Banu O ; Bleotu C . et al. Interaction of bacteria isolated from clinical biofilms with cardiovascular prosthetic devices and eukaryotic cells. 2011, ANAEROBE 17 (6) : 419-421. 6 Cornaglia G. Fighting infections due to multidrug-resistant Gram-positive pathogens Clin Microbiol Infect 2009; 15(3): 209-211 7 De Toni F.; de Souza E. M.; Pedrosa F. O. et al. A prospective study on Shiga toxin-producing Escherichia coli in children with diarrhea in Parana State, Brazil LETTERS IN APPLIED MICROBIOLOGY 2009, 48(5) :645-647,课外阅读资料目录,
