細菌耐藥性最新研究進展一覽

2017年6月26日 訊 /生物谷BIOON/ --細菌耐藥性的產生以及對應的解決方法一直以來是微生物學基礎研究與臨床治療領域十分熱門的話題。針對近期這一領域的研究進展，進行簡要的盤點，希望讀者朋友們能夠喜歡。

DOI: 10.1016/j.molcel.2017.04.025

抗生素耐藥性是目前威脅全球公眾健康的主要隱患，其會影響到任何人的健康；如今每年70萬人的死亡都歸因於抗生素耐藥性，2050年這一數字將會增長至1000萬；近日，一項刊登在國際雜誌Molecular Cell上的研究報告中，來自以色列特拉維夫大學的研究人員通過研究成功促進DNA運輸到耐藥性細菌病原體中，從而就能夠有效對病原菌的耐藥性進行操控。

文章中，研究人員重點對噬菌體進行了研究，其是一種主要的研究工具，能夠將DNA運輸到病原菌中來中和病原菌的致死活性；單一類型的噬菌體能夠適應多種類型的細菌，因此其或許能夠作為一種創新性的工具來幫助研究人員加速開發治療耐藥性細菌感染的潛在藥物。

研究人員通過對噬菌體進行遺傳性修飾使其包含研究者所想要的DNA，同時研究者還設計出了來自不同噬菌體的納米顆粒組合，其就能夠更加有效地識別新型細菌，包括多種病原菌等，隨後研究者利用定向進化的方法選擇出了雜交顆粒來使其運輸進行過最佳優化的DNA。Qimron教授說道，對病原體DNA的操控包括使其對抗生素敏感、殺滅病原體、促進病原體失去毒力因子等；如今我們所開發的新技術就能夠明顯將DNA運輸技術擴展到對細菌病原體的研究中，這或許是一項里程碑式的研究，因為研究者實現了對細菌DNA的操控，這在此前研究中或許都是無法完成的。

本文研究或為研究人員改變人類微生物組提供了新的思路，即利用無毒力病原體來替代毒力病原體，以及利用抗生素敏感細菌來替代耐葯細菌，未來研究人員將會為這項新技術申請專利，同時利用該技術開發新型產品來將特殊DNA運輸到細菌病原體中，從而阻斷細菌的毒性，並且使其對抗生素變得敏感。

DOI: 10.1016/j.cell.2017.05.042

近日，一項刊登在國際雜誌Cell上的研究報告中，來自美國羅格斯大學等機構的研究人員通過研究發現了一種能夠有效抵禦耐藥性細菌的新型抗生素-pseudouridimycin，這種抗生素由來自土壤樣本中的微生物所產生，通過在測試管中進行試驗，這種新型抗生素能夠殺滅一系列藥物敏感性和耐受性的細菌。

文章中，研究人員報道了這種新型抗生素pseudouridimycin的作用及機制；該抗生素能夠通過一種結合位點來抑制細菌細胞中RNA聚合酶的功能，但其作用機制並不同於當前所使用的抗生素-利福平；因為pseudouridimycin能夠通過一種不同與利福平的結合位點來抑制細菌生長，因此該抗生素往往不會促進細菌產生與利福平的交叉耐藥性。

抗生素pseudouridimycin起著細菌RNA聚合酶核苷類似物抑制劑的作用，也就意味著其能夠模仿三磷酸核苷（NTP），而NTP是細菌RNA聚合酶用來和成RNA的基本結構原件，這種新型抗生素能夠通過佔領NTP結合位點同細菌RNA聚合酶上的該位點緊密結合，從而抑制NTPs的結合。該抗生素是首個核苷類似物抑制劑，其能夠選擇性地抑制細菌RNA聚合酶的功能，但對人類機體RNA聚合酶並無影響。

研究者Richard H. Ebright說道，因為細菌RNA聚合酶的NTP結合位點幾乎擁有和人類RNA聚合酶相同的結構和序列，很多研究人員都認為這不可能作為核苷類似物抑制劑抑制細菌RNA聚合酶的結合位點（並非是人類細胞的RNA聚合酶）；但研究者發現，抗生素pseudouridimycin含有一種側鏈，其能夠到達NTP結合位點的外部，並且同細菌RNA聚合酶中存在的臨近位點相結合，相比人類RNA聚合酶而言，最終新型抗生素就能同細菌RNA聚合酶緊密結合。實際上，pseudouridimycin作為一種核苷類似物抑制劑還能夠幫助解釋該化合物引發的耐葯率較低的原因。

這種新型抗生素能夠同NTP結合位點的必要殘基相互作用，在沒有失去RNA聚合酶活力和細菌活性時NTP結合位點並不會發生改變，對NTP結合位點的改變就能夠干擾其同新型抗生素的結合，從而干擾RNA聚合酶的活力，誘發細菌死亡，但並不會引起細菌產生耐藥性。研究者Stefano Donadio表示，選擇性抑制病毒核苷酸聚合酶的核苷類似物抑制劑或許還會對HIV和丙肝的治療帶來突破性的變革，抗艾滋病的藥物齊多夫定、扎昔他賓等都是核苷類似物抑制劑，丙肝藥物索非布韋等也是此類抑制劑。

最後研究者表示，本文研究發現闡明了利用天然化合物來治療疾病的重要性，微生物具有數億萬年的歷史，其往往能夠產生有效殺滅其它微生物的特殊"化學武器"，因此深入探究微生物所產生的天然化合物或許也是未來開發治療耐藥性細菌感染的一個新方向。

doi:10.1038/ncomms15784

隨著越來越多的細菌對抗生素產生了耐藥性，尋找其耐藥性產生的根源便成了當務之急。在來自丹麥的科學家們作出的一項最新研究中，他們找到了細菌產生抗生素耐藥性的原因，而負責這一活性的基因與產生抗生素的基因本身竟然存在同源性！

抗生素存在多種不同的類型，但它們的作用基本上是相同的：它們都能夠干擾細菌的正常生長與維持，從而達到殺傷細菌的目的。

抗生素本質上是某種細菌抵抗其它細菌物種的武器，而如今我們使用的抗生素大多是來自於一種叫做放線菌的革蘭氏陽性菌。

1973年，科學家們發現在放線菌中以及格蘭仕陰性細菌中存在微妙的種群數量平衡的現象，進一步，他們發現兩種微生物內部均存在能夠水解來自另外物種的抗生素的酶。

那麼，這些抗性基因最早是怎麼出現的呢？

在大多數情況下，這些抗性基因並不會在超級細菌中演化，它們是通過橫向的基因轉移的方式從一個菌種傳播到另外一個菌種中去的。

一些情況下，距離較近的細菌會相互吞噬彼此的遺傳物質，主要以質粒傳遞的方式發生。隨著相似的抗生素耐藥性機制分別在格蘭仕陰性菌以及放線菌中被發現，研究者們提出了"生產者假說"，即放線菌是眾多細菌產生抗性基因的源頭。由此，研究者們進一步觀察了一些病原菌中的抗性基因的相似性，他們發現很多不同類型的細菌共享一個相同的抗生素抗性系統。

"半個世紀以前，我們已經懷疑病原菌能夠從放線菌獲得抗性基因。如今我們找到了兩個完全一致的基因"。該文章的作者Xinglin Jiang說道。

事實上，革蘭氏陰性菌與放線菌存在很多區別，因此難以想像基因在兩者之間的跳躍。 此外，雖然兩個基因存在清楚的相似性，但由於還是存在一定的區別，因此還不足以說明兩個基因是通過橫向傳遞獲得的，而非演化而來的。

而通過對DNA序列進行檢測，研究者們證實了這一猜想。

作者們稱這一過程叫做"帶回模型"，即病原菌會利用其注射系統將DNA序列導入臨近的放線菌中，之後來自放線菌的抗性基因則與注入序列發生整合。當放線菌死亡之後，遺傳物質將會釋放到環境中，而另外一個病原菌則會識別該序列並再次吸收為己用。

這相當於將一個空的信封塞到某人的信箱裡面，然後等待信箱的主人將信件塞到信封里。你所要做的就是等待主人家的房子倒塌，你就可以進去尋找那封信了。

找到這一抗性基因產生的源頭有助於我們針對性地殺傷超級細菌。

"我們或許不能阻止基因的傳遞，但當我們了解抗性基因在病原體中是如何傳遞的，那麼就有助於開發針對性的療法"

相關結果發表在《Nature Communications》雜誌上。

根據來自美國霍華德大學的研究人員在新奧爾良市舉行的2017年美國微生物學會（American Society for Microbiology, ASM）年度會議上發布的研究結果，從酸奶中提取出的一種乳酸桿菌Lactobacillus parafarraginis KU495926阻止從位於美國華盛頓特區的一家醫院的被感染者體內獲得的14種多葯耐藥性細菌和所謂的超廣譜β-內醯胺酶（extended spectrum beta-lactamase, ESBL）細菌生長。

ESBL細菌產生β-內醯胺酶，從而讓它們對某些廣譜抗生素產生耐藥性。這些研究人員發現作為一種革蘭氏陽性菌，L. parafarraginis產生一種類似細菌素（bacteriocin，一種抗菌蛋白）的物質，它抑製革蘭氏陰性的ESBL病原菌和多葯耐藥性病原菌生長。根據霍華德大學Broderick Eribo實驗室研究生Rachelle Allen-McFarlane的說法，這可能是革蘭氏陽性菌來源的細菌素抑製革蘭氏陰性菌生長的為數不多的例子之一。

Allen-McFarlane告訴《科學家》雜誌，通常而言，來自一種特定菌株的細菌素僅能夠抑制密切相關的菌株生長。她解釋道，在大多數時間裡，"革蘭氏陽性菌殺死革蘭氏陽性菌"。

她說，"我的關注點是鑒定出來自乳酸菌的能夠抑制多葯耐藥性革蘭氏陰性菌和ESBL革蘭氏陰性菌生長的細菌素。"

為了研究L. parafarraginis產生的代謝產物是否能夠抑制ESBL細菌和多葯耐藥性細菌生長，這些研究人員首次證實源自L. parafarraginis的代謝物能夠阻止體外培養的這些病原菌生長。一經證實這是可行的，他們就利用流式細胞儀和熒光顯微鏡驗證他們的發現。這些實驗揭示出當將某些病原菌（包括傷口來源的大腸桿菌）添加到含有L. parafarraginis代謝物的培養基中時，它們的生長受到顯著抑制。

接下來，這些研究人員利用PCR技術在L. parafarraginis中鑒定出4種細菌素結構基因，並且作為最後一步，證實這種細菌確實能夠表達這些細菌素。

Allen-McFarlane說，在未來，她希望鑒定出L. parafarraginis產生的特定細菌素，並且證實它如何能夠抑制眾多親緣關係比較遠的病原菌。

根據Allen-McFarlane的說法，產生細菌素的細菌當前作為抑制病原菌生長的食品添加劑被廣泛地用於食品行業。但是它們並沒有廣泛地用於製藥行業。

這種情形可能會發生改變。Allen-McFarlane說，一些科學家們認為細菌素可能是未來的抗菌劑。"鑒於抗菌劑耐藥性及其對人類生存造成的巨大威脅，我們需要開始研究細菌素。"

DOI: 10.1164/rccm.201603-0599LE.

日前，一項刊登在國際雜誌the American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine上的研究報告中，來自伯明翰大學和紐卡斯爾大學的研究人員通過研究開發了一種治療抗生素耐藥性細菌感染的新型療法。文章中，研究者發現，利用一種不尋常的方法從血液中移除抗體就能夠降低細菌慢性感染的副作用、患者住院的時間以及抗生素的使用。

這項研究中，研究者鑒別出了兩名遭受銅綠假單胞菌慢性感染的支氣管擴張症患者，其中一名患者為64歲男性，其在十五歲時被診斷為支氣管擴張症，另外一名患者未69歲女性，其兒時就患有支氣管擴張症；銅綠假單胞菌對多種抗生素都有耐藥性。支氣管擴張症能夠誘發肺部氣管永久性的擴張，其僅在英國就影響著30萬患者的健康，患者主要癥狀表現為慢性咳嗽、呼吸短促、咳血以及胸疼。

慢性的銅綠假單胞菌肺部感染常常發生於支氣管擴張症患者機體中，研究者Ian Henderson解釋道，這些患者通常血液中都含有過量特殊的抗體，相比正常狀況下抗體相關的保護效應而言，在這些患者機體中，這些抗體會阻斷機體免疫系統殺滅銅綠假單胞菌的能力，同時還會使得患者機體肺部的疾病惡化，因此研究人員決定通過研究去除患者機體中的這些特殊的抗體，來觀察患者後期的表現情況。

研究者認為，他們需要一種新方法來解決支氣管擴張症患者的健康問題，隨後研究人員同從事腎臟和免疫學研究的科學家們進行合作，利用血漿去除術來進行後期更為深入的研究，血漿去除術包括從循環系統中移除、治療並且返回等過程，患者每周要進行5次治療來移除血液中的特殊抗體，隨後研究者從獻血者機體中也移除了這些抗體，這種新型療法就能夠幫助患者機體恢復殺滅銅綠假單胞菌的能力。

研究者Henderson表示，所有的患者都能夠快速恢復機體健康，而且能夠更加獨立地完成一些事情，同時其活動能力也得到了改善。基於本文研究，研究人員就能夠利用這種新方法來明顯改善患者的生存狀況，下一步研究者將會進行更長期的研究來調查是否早期干預，同時進行並不激進的療法能夠幫助抑制患者疾病的進展。

最後研究者說道，這項研究中我們首次描述了對細菌感染性疾病的抗體依賴性增強療法，當然其或許能夠應用到其它細菌感染的治療中，也有望作為新型療法來治療某些抗生素耐藥性的感染。

碳青黴烯類抗生素是最後的抗生素之一，能夠對抗許多其他藥物無效的感染。然而耐受碳青黴烯類的病原體早在數十年前就產生了。為了確定一種病原體是否具有清除碳青黴烯類抗生素的酶（碳青黴烯酶），中國科學家開發了一種基於熒光探針和光學檢測的簡單快捷的方法，他們在Angewandte Chemie雜誌上介紹他們的最新成果。

碳青黴烯類抗生素是一類和頭孢菌素、青黴素相似的beta-內醯胺抗生素。儘管一些細菌株可以通過產生beta-內醯胺酶抵抗beta-內醯胺抗生素，但是大多數beta-內醯胺酶不能影響碳青黴烯類抗生素的功能。因此這些抗生素也被稱作最後的抗生素，它們是治療幾種嚴重疾病的有效藥物，如由耐葯菌引起的尿道感染、腹腔感染及住院導致的肺炎等。但是越來越多的證據表明有部分細菌可以產生碳青黴烯酶導致耐葯。現在，來自華東理工大學的謝賀新及其團隊開發了一種新策略，可以檢測出攜帶碳青黴烯酶的病原體。

研究人員合成了一種和碳青黴烯具有相同結構的物質，但是給它鍵合了一個熒光染料。如果這種碳青黴烯類似物（CVB-1）被細菌提取液中的碳青黴烯酶識別，CVB-1就會被切割並分解。當染料與碳青黴烯的電子相互作用由於切割而消失時，染料就會變成綠色熒光分子，這意味著如果用一定波長的光照射，這些分子就會發綠色光。因此檢測的方法如下：如果細菌提取液中有碳青黴烯酶，一段時間後樣品就會在特定波長下發出綠光。

這項技術允許我們通過熒光檢測細菌的抗生素耐藥性。因此使用這種基於熒光的檢測系統，醫生可以在極短的時間裡檢測出感染是否是由碳青黴烯耐葯菌引起的。醫生就可以據此結果給出更個性化的治療，防止無效藥物的過度使用。科學家們進行了幾項試驗證明了他們的CVB-1測試具有特異性，並且檢測極限很低，可以用於活體檢測。這種基於熒光的簡單快捷的檢測方式是一種應對日益嚴重的抗生素耐葯菌的出色檢測手段

鑒於目前嚴峻的細菌耐藥性趨勢，世界衛生組織發表了世界上最具耐藥性的、最能威脅人類健康的"超級細菌"列表。

這種"十二惡菌"涵蓋了12種不同科目的具有抗生素耐藥性的細菌類型。抗生素耐藥性每年造成70萬人的死亡，如果這一現象無法解決的話，專家們預測2050年每年的死亡人數將會達到1000萬人。

這個列表根據危險程度的不同可以分為三類："嚴重致命、高度致命、中度致命"三類，代表了我們所需要特異性抗生素的急迫程度。

"嚴重致命"的細菌包括鮑氏不動桿菌、綠膿桿菌以及腸桿菌，這些細菌對於多種藥物都產生了抵抗力，因此會引發多種嚴重的疾病，包括肺炎與血液感染等等。這些細菌都是革蘭氏陰性菌，它們具有兩層細胞膜，因此多種藥物分子都難以穿透造成殺傷。

其餘九種病原菌則會造成不同程度的常見疾病，例如淋病或食物中毒，但其中某些疾病也會造成致命的後果，而且有些致病菌對藥物的抵抗力也在逐漸上升。這些細菌包括金黃色葡萄球菌、沙門氏桿菌以及流感嗜血桿菌等科目的細菌。

這項由WHO發布的列表旨在說明目前我們針對這些細菌的抗生素耐藥性的研究還不夠完善，這些超級細菌感染後難以治癒的風險仍沒有降低。

但它的意圖並不是為了恐嚇人們，而是向研究者們以及製藥公司提供一些指導性的意見。對於製藥公司來說，不願意投入太大精力研究新的抗生素的主要原因是利潤較低。當然，雖然抗生素需要大量的基礎研究以及研發費用，但患者真正的需求量卻不大，因此市場前景並不廣闊。

為了改變這一現狀，我們需要加大向從事新抗生素研究的公司或研究所提供資金支持，而非僅僅通過市場調節。

下面是完整的列表：

級別1：嚴重耐藥性

1. 鮑氏不動桿菌，碳青黴烯耐藥性

2. 綠膿桿菌， 碳青黴烯耐藥性

3. 腸桿菌，碳青黴烯耐藥性

級別2：高度耐藥性

1. 屎腸桿菌，萬古黴素耐藥性；

2. 金黃色葡萄球菌，甲氧西林、萬古黴素耐藥性；

3. 幽門螺桿菌，克拉黴素耐藥性；

4. 彎曲桿菌，氟喹諾酮耐藥性；

5. 沙門氏桿菌，氟喹諾酮耐藥性；

6. 淋球菌， 頭孢菌素、氟喹諾酮耐藥性；

級別3：中等耐藥性

1. 肺炎雙球菌，青黴素耐藥性

2. 流感嗜血桿菌，氨苄青黴素耐藥性

3. 志賀氏桿菌，氟喹諾酮耐藥性

doi:10.1126/science.aaj2191.

抗生素耐藥性是一個重大的日益嚴重的全球性問題。根據世界衛生組織的統計，抗生素耐藥性在世界所有地方上升到危險的高水平，而且新的耐藥性機制出現並且在全球擴散，從而威脅著我們治療常見性傳染病的能力。但是這些細菌耐藥性機制是如何發生的，以及我們是否能夠預測它們的進化，仍然在很大程度上是未知的。

科學家們之前已證實細菌能夠在抗生素存在下存活下來的一種方式是進化出一種"定時器（timer）"，從而確保它們在整個抗生素治療期間保持休眠。但是當它們蘇醒時，抗生素仍然會殺死它們，因此一種簡單的解決方法是更長時間地持續開展抗生素治療。

如今，在一項新的研究中，來自以色列耶路撒冷希伯來大學的研究人員報道了細菌進化出耐藥性的一種令人吃驚的替代性途徑。在進化出這種休眠機制後，這些細菌群體隨後能夠比正常時快20倍地進化出耐藥性。因此，繼續服用抗生素並不會殺死這些細菌。相關研究結果於2017年2月9日在線發表在Science期刊上，論文標題為"Antibiotic tolerance facilitates the evolution of resistance"。

為了研究這個進化過程，由來自耶路撒冷希伯來大學拉卡物理學研究所的Nathalie Balaban教授和博士生Irit Levin-Reisman領導的一個研究團隊在實驗室可控條件下，讓細菌群體接觸日劑量的抗生素直到耐藥性產生。通過在這個進化過程中追蹤這些細菌，他們發現致死性的抗生素劑量產生暫時休眠的細菌，因此讓它們免受幾種靶向活躍生長的細菌的抗生素攻擊。一旦細菌獲得休眠的能力（也被稱作"耐受性"），它們快速地獲得耐藥性突變，從而能夠克服這種抗生素治療。

因此，對大多數抗生素治療而言，這些細菌首先進化出"休眠"能力，隨後這種"休眠模式"不僅讓它們暫時地免受這種抗生素的致死作用，而且實際上作為它們隨後獲得抗性因子的墊腳石。

這些結果表明在重複地接觸高濃度抗生素的情形下，耐受性（tolerance）可能在細菌群體進化出耐藥性中發揮著至關重要的作用。關鍵的因素是鑒於存在大量可能發生的突變，耐受性因而會快速地產生；耐藥性和耐受性的組合效應導致在耐受性的基礎上，產生部分耐藥性突變。

這些發現可能對開發新的抗生素產生重要的影響，這是因為它們提示著利用也能夠靶向耐受性細菌的藥物可能會延遲進化出耐藥性。

利用Balaban團隊開發的一種生物物理學方法揭示抗生素耐藥性的進化動力學特徵是可能的。該團隊已開發出一種理論模型和計算機模擬而能夠深入地理解觀察到的耐藥性快速產生背後的原因。（生物谷 Bioon.com）

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