细菌耐药及其防控课件

细菌的耐药及防控细菌的耐药及防控 汇报人：研究生汇报人：研究生一、细菌耐药概念一、细菌耐药概念 细菌耐药是指原本对抗菌药物敏感的细菌由于自身的细菌耐药是指原本对抗菌药物敏感的细菌由于自身的基因或获得外源的基因引起遗传性状改变而对抗菌药物不基因或获得外源的基因引起遗传性状改变而对抗菌药物不再敏感的现象。再敏感的现象。细菌耐药包括两种情况，固有性耐药和获得性耐药。细菌耐药包括两种情况，固有性耐药和获得性耐药。表表1 两种耐药情况对比两种耐药情况对比类型类型 固有性耐药固有性耐药 获得性耐药获得性耐药获得途径获得途径 基因突变基因突变 可移动遗传元件介导可移动遗传元件介导耐药种类耐药种类 一种或几种一种或几种 多种多种遗传性能遗传性能 代代相传不易改变代代相传不易改变 易改变易改变耐药扩散地位耐药扩散地位 次要次要 主要主要二、细菌耐药产生原因二、细菌耐药产生原因 细菌产生耐药的根本原因是细菌体内的自身遗传物细菌产生耐药的根本原因是细菌体内的自身遗传物质自发性突变，但是突变是一件微小的概率事件，突变率质自发性突变，但是突变是一件微小的概率事件，突变率约为约为10-610-8，,且如果无抗菌药物持续性的选择压力且如果无抗菌药物持续性的选择压力,一般一般不能形成稳定的耐药菌株不能形成稳定的耐药菌株,即使产生了耐药菌株，通常也即使产生了耐药菌株，通常也只对一种或二种抗菌药物耐药只对一种或二种抗菌药物耐药,因此该原因并不是造成今因此该原因并不是造成今天如此严峻的耐药局面的主要原因。由可移动遗传元件介天如此严峻的耐药局面的主要原因。由可移动遗传元件介导细菌获得外源耐药基因而产生的耐药才是主要原因。导细菌获得外源耐药基因而产生的耐药才是主要原因。可移动遗传元件可移动遗传元件：能将自身的基因序列以及所携带的：能将自身的基因序列以及所携带的基因基因(包括耐药基因包括耐药基因)在同种和不同种细菌菌株之间传递在同种和不同种细菌菌株之间传递,从从而使其所携带的基因快速传播的核酸序列。与细菌耐药有而使其所携带的基因快速传播的核酸序列。与细菌耐药有关的可移动遗传元件目前有质粒关的可移动遗传元件目前有质粒、转座子、转座子、整合子整合子-基因基因盒、插入序列共同区元件、噬菌体、盒、插入序列共同区元件、噬菌体、耐药岛六种。耐药岛六种。1.质粒质粒 由质粒介导的获得性耐药是细菌产生耐药性最为普遍由质粒介导的获得性耐药是细菌产生耐药性最为普遍的机制，根据质粒自身是否具有在细菌间接合转移的能力的机制，根据质粒自身是否具有在细菌间接合转移的能力,可分为接合质粒和非接合质粒。耐药质粒在菌体间可经过可分为接合质粒和非接合质粒。耐药质粒在菌体间可经过接合、转化、转导的方式传播，是耐药性基因传播的最主接合、转化、转导的方式传播，是耐药性基因传播的最主要原因。要原因。表表2 两种质粒的对比两种质粒的对比类型类型 接合质粒接合质粒 非接合质粒非接合质粒 结构结构 含接合因子含接合因子 不含接合因子不含接合因子自主转移能力自主转移能力 能能 不能不能在接合转移时在接合转移时 不需要辅助不需要辅助 需要辅助需要辅助序列大小序列大小 较大较大 较小较小图图1 经典的细菌耐药质粒接合模式图经典的细菌耐药质粒接合模式图 2、转座子、转座子 转座子是基因组中一段可移动的转座子是基因组中一段可移动的DNA序列，可以通过序列，可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃跳跃”到另一个位置的一种转位因子。介导耐药的转座子由一对到另一个位置的一种转位因子。介导耐药的转座子由一对插入元件及其中间的耐药插入元件及其中间的耐药DNA序列组成。转座子可以将细序列组成。转座子可以将细菌染色体上的耐药基因转移转座到质粒上，然后通过质粒菌染色体上的耐药基因转移转座到质粒上，然后通过质粒在菌株间传播。在菌株间传播。图图3 三种不同的转座子三种不同的转座子 A 插入序列插入序列 转座酶编码基因两侧连接方向末端重复序列转座酶编码基因两侧连接方向末端重复序列 B 转座子转座子Tn3 含转座酶、含转座酶、-内酰胺酶及阻遏蛋白编码基因内酰胺酶及阻遏蛋白编码基因 C 复合转座子复合转座子Tn10 含四环素抗性基因及两个相同的插入序列含四环素抗性基因及两个相同的插入序列图图3 经典的转座方式之一经典的转座方式之一图4 经典的转座之一经典的转座之一3、整合子、整合子-基因盒基因盒 基因盒是一种可移动的遗传因子常以环形结构独立存基因盒是一种可移动的遗传因子常以环形结构独立存在，不同基因盒具有不同的大小与功能，但他们具有共同在，不同基因盒具有不同的大小与功能，但他们具有共同的结构均拥有两个功能元件一个基因和一个位于其下游的的结构均拥有两个功能元件一个基因和一个位于其下游的attc位点。该位点是一个不完全的反向重复序列位点。该位点是一个不完全的反向重复序列,有被整合有被整合酶识别的特异性重组位点酶识别的特异性重组位点。整合子由整合酶基因、与整合酶特异重组相关的位整合子由整合酶基因、与整合酶特异重组相关的位点点attI和数目不定的基因盒组成和数目不定的基因盒组成,在整合酶的催化下在整合酶的催化下,通过特通过特异性结合位点捕获外源基因异性结合位点捕获外源基因(特别是耐药基因特别是耐药基因)并使之表达并使之表达。图5 整合子结构图 6典型的1、2型整合子的解构模式图A:1型整合子B:2型整合子4、插入序列共同区元件（、插入序列共同区元件（ISCR）插入序列共同区元件（插入序列共同区元件（ISCR）是一种常位于）是一种常位于类整类整合子合子3端的下游端的下游与与IS91家族在结构和功能上相似的遗传元家族在结构和功能上相似的遗传元件件,但缺少末端反向重复序列但缺少末端反向重复序列,两末端分别为复制起点两末端分别为复制起点oriIS以及终点以及终点terIS，在插入位点无直接重复序列产生，在插入位点无直接重复序列产生,且编码且编码的转座酶与其他的转座酶不同的转座酶与其他的转座酶不同,通过滚环复制机制转座。通过滚环复制机制转座。图图7 ISCRI介导的复杂介导的复杂1型整合子的移动型整合子的移动5、噬菌体、噬菌体 噬菌体是寄生于细菌的病毒噬菌体是寄生于细菌的病毒,可在宿主菌中转移而引可在宿主菌中转移而引起基因的水平转移。起基因的水平转移。图图8 噬菌体介导的耐药噬菌体介导的耐药6、耐药岛、耐药岛 耐药岛耐药岛:指编码细菌耐药基因簇的指编码细菌耐药基因簇的DNA片段片段,通常大小通常大小10kb。第一个发现的耐药岛是沙门菌耐药岛。耐药岛一。第一个发现的耐药岛是沙门菌耐药岛。耐药岛一般具有下列结构特点般具有下列结构特点:(1)两侧一般具有不稳定的重复序列和插入元件两侧一般具有不稳定的重复序列和插入元件;(2)含有潜在的可移动元件含有潜在的可移动元件(如整合子、转座子如整合子、转座子);(3)岛上有多种细菌的耐药基因岛上有多种细菌的耐药基因;(4)耐药岛的耐药岛的G+C含量和基因组其它部分比较有明显差异含量和基因组其它部分比较有明显差异,说明它可能是在进化过程中获得的说明它可能是在进化过程中获得的。图图9 沙门氏一类耐药岛模式图沙门氏一类耐药岛模式图可移动遗传元件之间的联系可移动遗传元件之间的联系 类型类型 与其他元件联系与其他元件联系质粒质粒 可携带其他除噬菌体各可移动遗传可携带其他除噬菌体各可移动遗传 元件，介导各元件在菌间传播元件，介导各元件在菌间传播转座子转座子 菌内转移耐药基因，可含有整菌内转移耐药基因，可含有整 合子合子-基因盒元件基因盒元件 整合子整合子-基因盒基因盒 菌内转移耐药基因菌内转移耐药基因插入序列共同区插入序列共同区 菌内转移耐药基因，可与整合子结合菌内转移耐药基因，可与整合子结合噬菌体噬菌体 可含有各种可移动遗传元件，介可含有各种可移动遗传元件，介导各元件在菌间传播导各元件在菌间传播耐药岛耐药岛 可携带除质粒、噬菌体外的各种可移动遗传元可携带除质粒、噬菌体外的各种可移动遗传元 件，在菌内传播件，在菌内传播 表表3 可移动遗传元件之间的联系可移动遗传元件之间的联系三、细菌耐药机制三、细菌耐药机制1、产生灭活酶和钝化酶、产生灭活酶和钝化酶 细菌可产生一种或多种灭活酶或钝化酶细菌可产生一种或多种灭活酶或钝化酶,在细菌细胞在细菌细胞内水解或修饰抗菌药物内水解或修饰抗菌药物,从而使其活性降低或完全失去活性从而使其活性降低或完全失去活性，如，如-内酰胺类抗菌药物的耐药内酰胺类抗菌药物的耐药,由于耐药菌产生了由于耐药菌产生了-内酰内酰胺酶胺酶,分解分解-内酰胺环内酰胺环,从而使药物失活。对氨基糖苷类抗从而使药物失活。对氨基糖苷类抗生素的耐药则主要是由于产生乙酰转移酶生素的耐药则主要是由于产生乙酰转移酶(氨基糖普类钝氨基糖普类钝化酶化酶),使氨基糖普类的氨基及氯霉素的轻基发生乙酰化使氨基糖普类的氨基及氯霉素的轻基发生乙酰化,从从而使药物失去作用。而使药物失去作用。2、抗生素作用靶位的改变、抗生素作用靶位的改变 许多抗菌药物通过与细菌的作用靶位结合改变许多抗菌药物通过与细菌的作用靶位结合改变,使其失使其失活而发挥作用。由于基因突变活而发挥作用。由于基因突变,一些细菌与抗生素结合的作一些细菌与抗生素结合的作用靶位构型发生改变用靶位构型发生改变,使抗生素不能与之结合形成复合体使抗生素不能与之结合形成复合体,或者即使能结合或者即使能结合,但其靶位仍能维持正常的生理功能但其靶位仍能维持正常的生理功能,从而从而使细菌对抗菌药物产生耐药性。使细菌对抗菌药物产生耐药性。3、细胞膜通透性改变、细胞膜通透性改变 由于细菌细胞壁的障碍或细胞膜通透性的改变，形成由于细菌细胞壁的障碍或细胞膜通透性的改变，形成一道有效屏障，抗生素无法进入细胞内达到作用靶位而发一道有效屏障，抗生素无法进入细胞内达到作用靶位而发挥抗菌效能，这也是细菌在进化与繁殖过程中形成的一种挥抗菌效能，这也是细菌在进化与繁殖过程中形成的一种防卫机制。这类耐药机制是非特异性的，主要见于革兰氏防卫机制。这类耐药机制是非特异性的，主要见于革兰氏阴性菌。阴性菌。4、细菌的外排系统细菌的外排系统 细菌具有外排系统细菌具有外排系统,其作用机制主要是当菌体内的药其作用机制主要是当菌体内的药物达到一定浓度时物达到一定浓度时,与药物外排泵系统相关的与药物外排泵系统相关的mRNA表达量表达量增加增加,其表达的蛋白通过主动外排作用将药物从菌体内排出其表达的蛋白通过主动外排作用将药物从菌体内排出,目前细菌膜外排泵系统是研究热点。目前细菌膜外排泵系统是研究热点。图图10 外排泵模式图外排泵模式图图图11细菌细胞主动排出抗生素类药物机制细菌细胞主动排出抗生素类药物机制 注注：RND排放模式通过细胞膜卵磷脂选择性排放抗生素；排放模式通过细胞膜卵磷脂选择性排放抗生素；MF和和SMR模式为被动性排放；模式为被动性排放；ABC模式通过模式通过ATP耗能主动选择性排放抗生素。耗能主动选择性排放抗生素。5、代谢途径或代谢状态改变、代谢途径或代谢状态改变 细菌可以通过代谢颉颃剂产量的增加来抑制抗生素细菌可以通过代谢颉颃剂产量的增加来抑制抗生素,从而获得耐药性，细菌代谢状态的改变呈休眠状态的细菌从而获得耐药性，细菌代谢状态的改变呈休眠状态的细菌,或细菌营养缺陷菌均可出现对多种抗生素耐药。或细菌营养缺陷菌均可出现对多种抗生素耐药。图图12 磺胺类药物的抗菌机制磺胺类药物的抗菌机制6、形成、形成细菌生物膜细菌生物膜 细菌生物膜：细菌生物膜：是指细菌粘附于固体或有机腔道表面是指细菌粘附于固体或有机腔道表面,极易形成微菌落极易形成微菌落,并分泌细胞外多糖蛋白复合物将自身包裹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，由细菌和分泌细胞外多糖蛋白复合其中而形成的膜状物，由细菌和分泌细胞外多糖蛋白复合物组成。物组成。图图13 细菌生物膜细菌生物膜 生物膜具有极强的抗逆能力生物膜具有极强的抗逆能力,可以使细菌产生广泛耐可以使细菌产生广泛耐药性，主要原因有：药性，主要原因有：(l)细菌生物被膜可减少抗菌药物渗透；细菌生物被膜可减少抗菌药物渗透；(2)吸附抗菌药物钝化酶吸附抗菌药物钝化酶,促进抗菌药物水解；促进抗菌药物水解；(3)细菌生物被膜下细菌代谢低下细菌生物被膜下细菌代谢低下,对抗菌药物不敏感对抗菌药物不敏感；(4)生物被膜的存在阻止了机体对细菌的免疫力生物被膜的存在阻止了机体对细菌的免疫力,产生免疫产生免疫逃逸现象逃逸现象,减弱机体免疫力与抗菌药物的协同杀菌作用。减弱机体免疫力与抗菌药物的协同杀菌作用。四、细菌耐药的防控四、细菌耐药的防控 减少细菌的耐药性有一些常规的措施，即：减少细菌的耐药性有一些常规的措施，即：1.加强对抗菌药物的研究加强对抗菌药物的研究 2.针对耐药机制合理选择抗菌药物针对耐药机制合理选择抗菌药物3.以回复突变为理论依据以回复突变为理论依据,循环使用抗菌药物循环使用抗菌药物4.加强兽药的审批管理和上市后的监管加强兽药的审批管理和上市后的监管5.完善兽药使用期停药规定完善兽药使用期停药规定6.建立有关机构建立有关机构,积极开展细菌耐药性监测工作积极开展细菌耐药性监测工作7.深入开展细菌耐药拮抗剂的研究工作深入开展细菌耐药拮抗剂的研究工作8.研究抗生素的替代产品（噬菌体制剂、植物提取物、益生研究抗生素的替代产品（噬菌体制剂、植物提取物、益生素、中药）素、中药）新理论对防控耐药的指导新理论对防控耐药的指导 近些年来，随着细菌研究的逐渐深入，人们在关注常近些年来，随着细菌研究的逐渐深入，人们在关注常规措施减少耐药的同时，开始在基因水平减少耐药。规措施减少耐药的同时，开始在基因水平减少耐药。最小抑菌浓度最小抑菌浓度(MIC)：在特定环境下孵育：在特定环境下孵育24小时，可小时，可抑制某种微生物出现明显增长的最低药物浓度即最小抑菌抑制某种微生物出现明显增长的最低药物浓度即最小抑菌浓度。浓度。防突变浓度防突变浓度(MPC):,是指防止一步突变菌株被选择性是指防止一步突变菌株被选择性富集扩增所需的最低抗菌药物浓度。富集扩增所需的最低抗菌药物浓度。突变选择窗突变选择窗(MSW):是指是指MPC与与MIC的浓度范围。的浓度范围。选择指数选择指数(SI):是指是指 MPC与与MIC 的比值，反映抗菌的比值，反映抗菌药物选择耐药突变菌株的能力。药物选择耐药突变菌株的能力。SI越小，越小，MSW 越窄，产越窄，产生耐药突变菌的可能性越小，抑制选择耐药突变菌的能力生耐药突变菌的可能性越小，抑制选择耐药突变菌的能力越强；反之，越强；反之，MSW 越宽，产生耐药突变菌的机会越大，越宽，产生耐药突变菌的机会越大，越可能筛选出耐药菌株。该概念的提出，提供了一个限制越可能筛选出耐药菌株。该概念的提出，提供了一个限制耐药突变菌株选择性扩增的新研究方向耐药突变菌株选择性扩增的新研究方向 抗生素后效应抗生素后效应(PAE)：指细菌与抗生素短暂接触指细菌与抗生素短暂接触,当药当药物浓度下降低于物浓度下降低于MIC或消除后，细菌的生长仍受到持续抑或消除后，细菌的生长仍受到持续抑制的效应制的效应图图14 MIC MPC MSW 之间的关系之间的关系 我们可以得出以下结论我们可以得出以下结论 1.选择更理想的药物选择更理想的药物(MIC、MPC、MSW值小的药物值小的药物)2.调整剂量方案、和用药次数及用药时间间隔。调整剂量方案、和用药次数及用药时间间隔。3.选择合适的药物联合用药以关闭或尽量缩小变异选择窗选择合适的药物联合用药以关闭或尽量缩小变异选择窗（如图（如图12）。）。4.在研发新药时，提高药物的抗细菌耐药性，还要考虑和旧在研发新药时，提高药物的抗细菌耐药性，还要考虑和旧药联合用药时的效果。药联合用药时的效果。需要指出的是需要指出的是:这些理论还不是很完善，在实践中还这些理论还不是很完善，在实践中还存在一定的缺陷。存在一定的缺陷。图图15 联合用药治疗时药代动力学对对突变选择的作用联合用药治疗时药代动力学对对突变选择的作用汇报完毕汇报完毕 谢谢大家谢谢大家