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撰文 / 唐娜,冯婕(中国科学院微生物研究所)

本文来自《知识就是力量》杂志

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抗生素是20世纪伟大的医学发明,可以治疗各种由细菌性感染导致的疾病,自问世以来拯救了无数生命。但生物都是不断进化的,细菌也是一样。人类为了治病使用抗生素杀灭细菌,狡猾的细菌,便使出浑身解数,神出鬼没,试图对抗抗生素——这种现象就是细菌耐药。今天我们就来看一看,为了谋生存,诡计多端的细菌都会使用哪些伎俩。

面对抗生素 我天生耐药

我们细菌家族中的一些成员,由于自身的细胞结构或功能特点,天然具备对特定抗生素的耐药性。我们细菌的保守基因中还可能存在与耐药性相关的基因。当抗生素没有出现时,这些基因肩负着与耐药无关的功能,但当面对抗生素时,它们的存在就赋予了我们抵御抗生素的能力。

为了获得耐药性 我竭力改变自己

耐药菌的4种耐药机制
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耐药菌的4种耐药机制

手段1:大门紧闭 严控输入

一些抗生素会借助外膜孔蛋白的作用进入细菌的细胞,为此我们会改变自身细胞的通透性,通过突变将编码孔蛋白的基因改变。

手段2:内部疏导 及时排出

一旦抗生素不幸进入我们的细胞,可以利用外排泵,将其主动转运出细胞,来降低胞内抗生素浓度。

手段3:乔装打扮 不被识别

当抗生素通过与我们细胞内特定靶标结合的方式来攻击我们,我们就可能发生突变,给抗生素靶标分子整容“变脸”,令其不被抗生素识别。

手段4:狭路相逢 重拳出击

我们细菌并非一味被动,也会向抗生素发起正面攻击,产生多种水解酶令其失活。

我们群策群力 努力提高耐药性

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水解酶失活 全体获益

我们的细菌个体可以通过产生水解酶使抗生素失活,而当细菌在群落中使用“水解大法”时,不仅它自身可以逃过一劫,群落中其他原本瑟瑟发抖的细菌,也会因环境抗生素浓度下降而存活。

撑起生物膜“保护伞”

细菌在特定条件下可以形成生物膜,使整个群落聚集并包裹在一张由多糖、蛋白组成的膜状物之下,如同撑起“保护伞”,将抗生素阻隔在外。

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敏感菌株接收到耐药菌株释放的信号分子,群落中不同菌种的耐药性整体提高,抗生素浓度下降

菌种间交流感应 互为补充

我们可以感应其他同胞分泌的各种化合物(信号分子),互补配合,调控基因表达,耐药能力大大提升。

科学家另辟蹊径 连环阻击耐药菌

面对拥有多种耐药能力的细菌,科学家们发起了连环狙击:

1. 研发新型抗生素,针对细菌生存的必需途径设计了一种酶抑制剂,不仅可以阻断其生长,杀死细菌,还可以激活宿主免疫反应,可谓双管齐下。

2.“以毒攻毒”,即遵循自然法 则,利用细菌的“天敌”噬菌体来治疗耐药细菌感染。

3. 对耐药菌跟踪追击,科学家采用人工智能和机器学习的方法,对耐药数据进行深度挖掘,建立由基因序列对抗生素耐药表型进行预测的方法,实现了细菌耐药的快速检测。

作为青少年,我们也应该为细菌耐药问题贡献一份力量,提高对细菌耐药性的认知,和家人一起正确、谨慎使用抗生素,避免细菌耐药性的蔓延。

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