细菌膜功能与细菌耐药性关系研究进展
细菌生物膜形成作为抗菌素耐药主要机制揭示高速手法
细菌生物膜形成作为抗菌素耐药主要机制揭示高速手法细菌感染一直是世界各国面临的重大挑战之一。
抗菌素的广泛使用已经导致了细菌对药物的抗药性发展。
抗药性的出现使得越来越多的常规治疗手段失去了效果。
在对抗菌素耐药性的研究中，科学家们发现细菌生物膜形成是其中一个主要机制。
通过揭示细菌生物膜形成的高速手法，我们可以更好地理解细菌耐药性的发展机制，并为新的治疗策略提供指导。
细菌生物膜是一种由细菌群体形成的粘附结构，在这种结构中细菌能够相互之间建立紧密的联系，并与周围环境形成保护性的生物膜，从而抵抗外部环境的压力，包括抗生素的作用。
生物膜中的细菌相互之间通过基因转移等方式共享信息，加速了抗生素耐药性的传播。
细菌生物膜形成的高速手法是指细菌在适应压力环境下快速形成生物膜的能力。
研究发现，细菌通过一系列的信号通路来感知外部环境的变化，并调控相关基因的表达，从而激活细菌生物膜的形成过程。
其中，四环素调控因子 (TetracyclineRegulatory Element, TetR) 是一个重要的转录因子，在细菌生物膜形成中发挥着关键的作用。
细菌通过与四环素结合来激活 TetR，从而抑制了部分基因的表达，包括一些与细菌耐药性相关的基因。
这种激活 TetR 的机制可以迅速增加细菌对抗生素的耐药性。
此外，还有其他一些信号通路也参与了细菌生物膜形成的高速手法，比如环状二核苷酸和二环酮酸等。
细菌生物膜形成的高速手法在细菌耐药性的发展中起到了关键的作用。
细菌在形成生物膜后可以更好地抵御抗生素的侵害，同时它们还能通过生物膜结构共享耐药性相关的基因，从而迅速传播耐药性。
这种快速适应环境的能力使得细菌在抗生素治疗面前具有很大的优势，同时也使得传统的抗生素疗法变得越来越无效。
为了对抗菌素耐药性提供新的治疗策略，科学家们目前正在努力寻找能够干扰细菌生物膜形成的方法。
研究表明，一种叫做角蛋白降解物质的物质可以抑制细菌的生物膜形成，并减少抗生素耐药性的发展。
细菌生物膜的抗生素耐药机制
细菌生物膜的抗生素耐药机制随着抗生素使用的广泛，抗生素耐药性成为了一个日益严峻的问题。
而细菌生物膜是导致抗生素耐药性出现和持续的一个重要机制。
细菌能够在生物膜中形成一种保护层，从而能够抵抗抗生素的杀菌作用。
本文将探讨细菌生物膜的抗生素耐药机制。
一、细菌生物膜的形成机理细菌生物膜是细菌在固体或液体界面上形成的一种复杂生态系统。
细菌能够在表面吸附并发生生长和分裂，形成类似于城堡的三明治结构。
由于生物膜内细菌具有强烈的互作，这使得生物膜具有强大的生存和抵抗性。
生物膜的形成主要涉及以下四个方面: 菌体粘附、细胞聚集、生长和分裂。
菌体粘附是菌体吸附在生物膜上的第一步，通过蛋白质、聚糖和微生物基质进行黏附。
细胞聚集主要是通过生物学黏附分子的作用，分泌聚集素或通过生物膜内化学信号调节器的作用实现。
菌体生长主要涉及到细胞代谢、蛋白质合成和核酸合成。
最终，细菌将通过裂解或自我分离的方式分裂下来。
二、细菌生物膜的抗生素耐药机制主要包括以下三个方面。
1. 生物膜物理屏障的作用生物膜的物理性质是抗生素耐药性的主要方式。
生物膜形成了一层物理屏障，将抗生素排斥在外。
由于生物膜具有多层结构，可以防止抗生素进入菌体内部，保护菌体免受抗生素的杀伤。
同时，生物膜内各种复杂的物理化学过程也可以使得细胞自身对抗生素存活下来。
由于不同种类抗生素的生物膜渗透能力不同，细菌在生物膜内具有选择性的耐药性。
例如，交替抗菌素与青霉素类抗生素的进入生物膜的能力不同，因此，生物膜中的细菌对这两类药物的耐药性也不同。
2. 生物膜的生理性质的作用细胞在生物膜内具有自我保护机制，以对抗抗生素。
一般来说，细胞在生物膜内具有较低的生长率，这意味着它们在长期的生存环境下也更容易适应抗生素的存在，从而获得更好的进化优势。
另外，细胞在生物膜中也能够产生一些类似于抗生素的变异产物，这些变异产物能够更好地进入生物膜并抑制外源性抗生素的作用。
此外，生物膜能够提供良好的微生态环境，致使生物膜内的物种互相配合以对抗抗生素作用。
革兰氏阴性细菌外膜蛋白耐药功能及其抑菌策略研究进展
革兰氏阴性细菌外膜蛋白耐药功能及其抑菌策略研究进展李碗芯;孙莉娜;林向民【摘要】The emergence of bacterial resistance to drug use has posed serious problem worldwide. Generally, the drug resistance ca-pability of gram-negative bacteria is stronger than that of gram-positive, which is partially attributed to the antibiotics resistance of the outer membrane proteins ( OMPs) . It is well known that the specific OMPs efflux antibiotics out or inhibits uptakes of antibiot-ics, while the regulation mechanism remains uncertain. With the development of modern science and technology, especially the ap-plication of structure biology, molecular biology and proteomics, many progressive studies have unveiled the mechanisms underlying the antibiotic resistance of OMPs. This review focuses on the recent advances in the structure and antibiotic resistance mechanisms of OMP, which provides helpful insight into manufacture of new OMPs-targeting antimicrobial drug.%当前细菌耐药的形势日益严峻,已引起全世界的广泛关注.革兰氏阴性细菌的耐药性普遍比革兰氏阳性细菌强,这与镶嵌或锚定在革兰氏阴性细菌外膜上的蛋白耐药功能密切相关.目前已知外膜蛋白能够阻碍抗生素通过外膜以及将抗生素排出胞外等方式使细菌产生耐药性,但具体的耐药与调控机制还有待进一步研究.近年来,随着现代科学技术的不断发展,特别是结构生物学、分子生物学与蛋白质组学在该领域的充分运用,有关外膜蛋白功能的研究和技术取得了很大的进步.本文对近年来国内外在细菌外膜蛋白的结构与耐药机理、耐药新功能及新机制等方面的研究进展进行了概述,为揭示革兰氏阴性菌耐药形成机制奠定基础.【期刊名称】《福建农林大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(044)006【总页数】6页(P561-566)【关键词】外膜蛋白;耐药机制;药物主动转运系统;抑菌策略【作者】李碗芯;孙莉娜;林向民【作者单位】福建省农业生态过程与安全监控重点实验室,福建农林大学;福建省高校作物生态与分子生理学重点实验室,福建福州 350002;福建省农业生态过程与安全监控重点实验室,福建农林大学;福建省高校作物生态与分子生理学重点实验室,福建福州 350002;福建省农业生态过程与安全监控重点实验室,福建农林大学;福建省高校作物生态与分子生理学重点实验室,福建福州 350002【正文语种】中文【中图分类】Q93-3由于抗生素的误用与滥用 ,细菌的耐药性正逐渐成为制约世界卫生健康和经济发展的重要因素之一 ,这受到国内外研究学者的广泛关注.从1983年至1987年 ,美国食品药品监督管理局(Food and Drug Ad-ministration ,FDA)共批准16种抗生素上市 ,而1998年至2002年仅批准7种 ,2008年至2012年只批准了2种 ,抗生素的研发明显慢于耐药细菌产生的速度.2013年McKenna[1]报道 ,碳青霉烯类抗生素曾被认为是人类抵抗耐药菌的最后一道防线 ,但目前已在全世界范围内发现了针对此抗生素的超级耐药菌株.因此 ,细菌耐药机制的研究与新型药物作用靶点的筛选迫在眉睫 ,其已成为新型抗生素开发的重要研究领域 ,是当今科学研究的热点问题. 革兰氏阴性细菌的耐药性能普遍比革兰氏阳性细菌强 ,其中一个很重要的原因在于革兰氏阴性细菌多了一层外膜 ,外膜上的蛋白具有控制营养物质或如抗生素等小分子进出的功能 ,称之为外膜蛋白(outer membrane protein ,OMP).除了部分锚定在外膜内部或外部的脂蛋白以外 ,大部分外膜蛋白均由8－22个跨膜链 ,以反向平行方式通过相邻链间的氢键作用形成β-桶状结构(β-barrel).跨膜链的数量决定了外膜蛋白的拓扑结构 ,从而导致孔径的不同[2].如大肠埃希氏菌(Escherichia coli)的OmpA、OmpF、TolC和OmpW等蛋白的结构与功能具有代表性和特殊性.Nikaido et al[3]认为 ,外膜蛋白可以通过启动细菌主动药物转运系统(efflux pump systems)和改变细胞外膜的通透性而诱导细菌耐药特性的形成.1.1 细菌主动药物转运系统主动药物转运系统又称外排(efflux) ,可以通过外膜蛋白与周质空间蛋白和内膜蛋白组成的复合物系统 ,将抗菌药物泵出细胞外.在目前已知的与抗生素抗性有关的外膜蛋白中 ,TolC是一个广泛报道的参与外排广谱性抗生素药物的多功能外膜蛋白.1996年Nikaido[4]和Fralick[5]几乎同时发现TolC与周质空间蛋白ArcA和内膜蛋白ArcB形成的复合物具有重要的多重药物外排功能；随后在产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、猪布鲁氏杆菌(Brucella suis)等革兰氏阴性细菌中相继发现 ,TolC的同源蛋白也具有外排抗生素的功能[6－7],形成如铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的MexA-MexB-OprM和MexC-MexD-OprJ、副溶血性弧菌(Vibrio Parahemolyticus)的VmeA-VmeB-TolC等复合物 ,统称为多重耐药外排系统[8].结构生物学研究显示 ,TolC可形成特殊的三聚体结构 ,3个亚基在外膜处由12条β折叠链共同组成一个β-桶状结构 ,并在周质空间处由12个α-螺旋形成内空的通道[9].TolC长桶状的结构使其容易在Ar-cA的协助下与AcrB结合 ,形成连接细胞内外物质运输的特殊通道 ,在质子动力势的作用下将抗生素排出胞外[10－11].此外 ,TolC可以与主要易化子(major facilitator superfamily ,MFS)家族和ABC超家族(ATP bind-ing casssette superfamily)相互作用.目前已知的与抗生素抗性相关的大肠埃希氏菌外膜蛋白复合物 ,大部分与TolC相关 ,包括AcrAB、AcrAD、AcrEF、MdtEF、MdtABC和MacAB等系统[5 ,12－14],可以外排如疏水性溶剂以及β-内酰胺类、萘啶酮酸和氨基糖苷类等多种抗生素.由于TolC蛋白在细菌耐药中的重要作用 ,缺失tolC基因的菌株对广谱性抗生素的敏感性显著下降[15]. 1.2 改变细胞外膜的通透性从20世纪90年代至今 ,研究人员从蛋白的结构、功能以及基因组序列预测等方面对涉及泵外排系统的外膜蛋白进行了系统的研究 ,并取得重大进展.但多数研究集中在外膜蛋白空间结构和孔径大小与抗生素的相互作用方面 ,有关这些蛋白的耐药功能与调控机制的研究并不多.研究比较透彻的涉及抗生素摄取的外膜蛋白为OmpC 和OmpF超家族 ,这是大肠埃希氏菌细胞外膜上的2个主要孔道蛋白 ,对一定大小的亲水性小分子物质具有非特异通道的属性.这2个蛋白具有很高的同源性 ,结构和功能也相似.但是通过对多种不同分子大小的有机分子的渗透率的研究发现 ,OmpF 的孔道半径比OmpC至少大6倍 ,使得β-内酰胺类抗生素、胆酸等有毒物质更易从OmpF的通道通过；而OmpC可以允许分子质量小于600 u的亲水性溶质或离子通过[16].这2个外膜蛋白对不同抗生素有不同的敏感性 ,ompF基因缺失可显著增强菌株对氟诺沙星、四环素、头孢菌素、先锋霉素、氨苄青霉素和头孢西丁的耐药性 ,轻微提高对氯霉素的耐药性；ompC缺失则可增强菌株对头孢菌素和头孢西丁的耐药性 ,而对氟诺沙星、氯霉素和四环素不敏感[17－18].但是 ,OmpC与OmpF并不仅是简单的抗生素通道 ,细菌还可以根据外界环境的变化 ,调节其表达以维持外膜通透性的动态平衡.例如 ,在高渗透压或高温环境下 ,OmpC表达升高 ,而OmpF表达降低 ,从而减少分子质量相对大的溶质分子进入细胞[19].深入研究发现 ,这一对外膜蛋白受细菌双调节系统(two-component regulatory sys-tem ,TCS)OmpR/EnvZ和CpxR/CpxA的综合调控.Lin et al[20]发现 ,这2对双调节系统在金霉素和萘啶酮酸抗生素刺激下 ,OmpC和OmpF的表达呈现不同的调节模式.其中 ,在金霉素作用下 ,双调节系统综合调控导致OmpC和OmpF的表达均降低；在萘啶酮酸作用下 ,OmpC表达明显升高 ,而OmpF表达降低.除了OmpC和OmpF家族蛋白 ,还有一些外膜蛋白参与了细菌对抗生素摄入的控制 ,如结核杆菌(My-cobacterium tuberculosis)的CpnT以及铜绿假单胞菌的OprD等 ,但在这些方面的研究相对较少[21－22].1.3 新耐药相关外膜蛋白的发现细菌外膜蛋白可以通过增加抗生素的外排和减少抗生素的进入使细菌产生耐药特性 ,但有关外膜耐药蛋白的种类、功能和特点还需要深入系统的研究.以大肠埃希氏菌为例 ,外膜蛋白的基因注释至少有82个 ,而目前报道具有耐药功能的却不多 ,这与有些外膜蛋白属于低丰度蛋白或只在特定条件下表达等因素有关；此外 ,抗生素的不同抑菌机制也对研究造成了一定难度.运用定量蛋白质组学技术研究细菌耐药机制 ,使大规模寻找抗生素作用靶点和耐药功能蛋白成为可能.我国学者利用基于2DE的外膜蛋白亚蛋白质组学技术对耐不同抗生素细菌的外膜蛋白功能进行了系统的研究,发现在大肠埃希氏菌中,除了TolC、YhiU、OmpC和OmpF等常见耐药功能蛋白以外 ,FimD、OmpT、Tsx、YfiO、OmpW、LamB、NlpB和FadL等多个外膜蛋白也与钠啶酮酸、链霉素、金霉素、氨苄青霉素和四环素的耐药性相关[23－25].Peng et al[26]对抗氨苄青霉素、卡那霉素和四环素的铜绿假单胞菌外膜蛋白组分进行比较 ,发现了11个耐药相关外膜蛋白 ,其中10个外膜蛋白为以往报道.此外 ,国内外学者还运用蛋白质组学方法鉴定了如溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)的OmpU、OmpN、VPA1644和VPA0526 ,鲍氏不动杆菌(Acinetobacter baumannii)的OmpA、CarO和OmpW等耐药相关外膜蛋白[27－28].1.4 外膜蛋白的其他耐药功能外膜及外膜蛋白常常被形容为进出革兰氏阴性细菌的一扇“门” ,通过进入和外排系统使细菌产生耐药性.然而 ,近年来学者们发现外膜蛋白还可能存在其他的耐药途径.Lin et al[23]对外膜蛋白LamB的耐药功能进行了深入研究 ,发现大肠埃希氏菌的外膜蛋白LamB在耐药菌株中的表达普遍下调 ,缺失lamB导致金霉素在细胞内积聚 ,菌株耐药性升高4倍以上 ,其补救菌株可恢复到野生菌株的耐药能力.报道显示 ,LamB除了是抗生素的非特异通道外 ,还可能介导一个重要的负调耐药机制 ,该蛋白有可能与其他蛋白相互作用而行使耐药功能.Lin et al[29]通过免疫共沉淀及免疫印迹方法 ,成功发现了一个LamB的复合物蛋白Odp1.该蛋白是丙酮酸脱氢酶复合体E1的组成部分 ,在调控糖酵解、TCA循环以及ATP生成等体内重要生化代谢途径中起限速酶的作用.在利用iTRAQ定量标记研究大肠埃希菌应对金霉素以及嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)应对土霉素应激时,也发现LamB相关蛋白、Odp1以及能量生成相关基因表达下降的现象 ,进一步证实LamB在耐药中的负调作用可能普遍存在于自然进化的耐药菌中 ,且具有多物种、多重耐药的特性[30－31].前人研究结果说明LamB是细菌体内的耐药关键蛋白.其与Odp1相互作用 ,很可能通过限制糖类进入细胞并参与能量代谢效应的负调控 ,降低细菌体内的能量代谢与NADH浓度 ,最终导致细菌耐药.综上所述 ,外膜蛋白除了改变细胞外膜的通透性和启动主动药物转运系统以外 ,还可能有很多新的耐药功能等待探索.由于抑制TolC、OmpC及OmpF等外膜蛋白耐药作用的新药物不断出现 ,人们一度认为抗生素耐药的问题已得到解决 ,但事实并非如此.研究发现 ,即使是缺失tolC基因的菌株 ,在亚致死抗生素浓度下传代培养一定代数后 ,又可以迅速获得药物抗性.Li et al[25]对该现象进行了系统的分析 ,发现细菌在耐药过程中 ,并不只是几个外膜蛋白发生了变化 ,而是形成了蛋白相互作用的动态平衡网络 ,即当一个重要外膜蛋白被抑制后 ,细菌为了生存 ,将调节外膜上的其他蛋白表达 ,形成一个耐药相关外膜蛋白相互作用网络 ,最终导致细菌耐药.例如 ,在缺失tolC的大肠杆菌耐链霉素菌株中 ,OmpW和Dps表达升高 ,而OmpT和LamB表达下降；而在缺失lamB 的耐药菌株中 ,OmpW表达上升 ,FadL、OmpT和Dps表达均下降.由此表明 ,研究这些耐药相关外膜蛋白在不同抗生素中的变化方式、相互作用网络及其复杂的调控机制 ,对深入阐明细菌的耐药新机制具有重要意义.面对当前严峻的细菌耐药形势 ,旧抗生素和同类型抗生素已达不到抑菌的效果 ,人们亟需开发新型抑菌机制的药物.鉴于细菌外膜蛋白在耐药中的重要作用 ,近年来开发了以多种外膜蛋白为药物靶点的抗耐药菌药物.3.1 增强细菌外膜蛋白通透性的药物研究证实 ,许多药物在还未进入细菌内部就被细菌外膜蛋白通道挡在作用靶点之外 ,一些诸如多黏菌素、氨基糖苷类和大环内酯类的抗生素可以通过增加外膜蛋白的通透性达到抗菌作用.一些小分子物质也具有类似功能 ,如精胺可以抑制大肠杆菌OmpF的通道 ,尸胺通过抑制离子通道降低细菌对氨苄青霉素和头孢菌素Ⅱ的耐药性[32－33].3.2 抑制细菌外排泵功能的药物近年来发展了一系列抑制外排泵功能的药物.根据其作用机理分为以下几类. (1)干扰外排泵组装的抑制剂.外排泵系统一般由外膜、质膜和周质空间蛋白复合物组成.抑制外排泵上相关蛋白的合成或占据其功能位点,外排系统就无法行使其功能.例如 ,Globomycin可以抑制结核杆菌AcrAB-TolC中AcrA前体的形成 ,从而阻断了外排泵的功能[34].(2)阻断外排泵能量来源的抑制剂.除ABC型外排泵是依赖ATP水解驱动外 ,其余外排泵系统均是由质子动力势驱动 ,因此破坏质子动力势的来源可以使外排系统崩溃.羰基氰化氯苯腙(CCCP)可以破坏跨膜电化学梯度 ,是体外试验常用的强电子解偶联剂 ,对NepAB、EmrAB、MexAB、AcrAB以及SdeAB等复合物均有抑制作用[35－36].但是由于其副作用较强 ,临床上选用与其作用机制相同且毒性较小的奥美拉唑(omeprazole)和兰索拉唑(lansoprazole)为质子泵抑制剂[37].(3)直接抑制或竞争外排泵系统的抑制剂.苯丙氨酸－精氨酸－β－萘酰胺(PAβN)是常见的广谱性外排泵抑制剂 ,其可以与抗生素竞争RND家族外排泵 ,使抗生素集聚在细胞内 ,达到杀菌效果.此类抑制剂还包括抑制铜绿假单胞菌AcrB和MexB的MC-207、110及其衍生物 ,以及抑制产气肠杆菌等细菌AcrAB的喹啉衍生物等[38－39].(4)抑制药物特异外排泵的药物.Tet泵是由质粒编码,表达在细菌膜上的特异外排泵.研究发现 ,13-CPTC是米诺环素衍生物 ,可以与四环素竞争结合Tet外排泵 ,并堵塞该泵 ,从而提高四环素在胞内的浓度[40].(5)特异性抗体抑制外排泵的药物.如上所述 ,革兰氏阴性细菌的外膜蛋白是细菌多重耐药系统的重要组成部分 ,如果以该蛋白作为靶点 ,利用特异性抗体与靶点的结合 ,可对耐药细菌起到明显的抑制作用. Li et al[25]研究发现 ,当TolC抗体靶向耐链霉素或氯霉素的大肠埃希菌外膜TolC后 ,明显提高了细菌对抗生素的敏感性 ,与缺失该蛋白的表现结果相似.以上研究说明 ,特异外膜蛋白靶点的抗体配合低浓度抗生素可以有效抑制耐药菌 ,是一种潜在的抑菌药物 ,具有广阔的应用前景.(6)适配体靶向抑制药物.适配体(aptamer)是人工合成的一段随机DNA、RNA或肽 ,其在足够长的序列下 ,理论上可以形成任何三维结构.因此 ,经过几次筛选后 ,可以找到与靶点特异性结合的核酸或肽段序列.相比抗体 ,适体技术可以高效、大规模筛选和生产特异靶点序列 ,且这些分子更容易进入细胞 ,药效更稳定持久.该技术已被应用于新型抑菌药物的开发、特异配体序列的寻找以及生物大分子结构与功能研究等多个领域[41].例如 ,Li et al[42]设计了与致病大肠杆菌K88 pili特异结合的DNA适配体 ,使病原菌鞭毛蛋白无法结合到宿主表面的受体 ,进而不能入侵宿主 ,并且已经在体外取得显著效果.此外 ,陈伶利等[43]利用适配体技术筛选出23个与TolC特异结合的DNA序列 ,可作为外排泵的抑制剂.3.3 新型抑菌策略根据外膜蛋白是多种必需营养物质进出通道的特性 ,可将抗生素与细菌生存必需物质偶联,“骗”过外膜屏障到达细胞内 ,从而增加胞内抗生素浓度 ,该新型抑菌策略称为“特洛伊木马”策略.例如 ,铁离子是细菌生命活动必需的金属元素 ,革兰氏阴性细菌只能靠从外界环境摄取可以螯合铁离子的铁载体 ,并通过外膜蛋白特异通道运输到细胞内.含铁蛋白缺乏会导致细菌死亡 ,细菌很难进化出阻挡该类物质进入胞内的机制.事实上 ,这种方法早已在自然界中存在 ,一些细菌可以分泌与铁离子螯合物共价结合的抗生素 ,通过特异外膜蛋白通道进入胞内从而起到杀菌作用 ,如白霉素等[44].根据此原理 ,科研人员将抗生素或纳米杀菌材料与铁载体人工偶联在一起 ,研发出高效新型抗生素 ,这将是今后该领域发展的一个重要方向[45].综上所述 ,由于全球细菌耐药的形势日益严峻 ,了解细菌耐药与调控新机制 ,设计药物新靶点和抑菌新策略 ,已成为当前科学研究的热点问题.现有研究发现 ,革兰氏阴性细菌的外膜蛋白具有重要的耐药功能.外膜蛋白可以通过控制外膜通道孔径大小限制抗生素进入细胞 ,还可以通过单体或复合物的方式形成外排系统将已进入胞内的抗生素泵出细胞外 ,前者的典型代表为OmpC和OmpF家族 ,后者有TolC家族及其复合物TolC-AcrAB.但是 ,很多外膜蛋白的耐药功能及其调控机制还有待进一步研究.目前 ,通过高通量的组学技术发现了更多的耐药相关差异蛋白及其调控机制 ,但这些蛋白是否具有耐药功能 ,还需要进一步验证.因此 ,分子生物学技术与多“组学”方法结合 ,特别是代谢组学的发展 ,将是今后细菌耐药机制研究的重要方向.此外 ,外膜蛋白介导的其他耐药新机制以及耐药导致外膜蛋白形成差异表达平衡调控网络的发现 ,使有关细菌耐药的内在机理更加清晰 ,这揭示今后的耐药治疗更倾向于多种药物的协同作用[46].现有的外膜蛋白耐药理论知识 ,为新型抗耐药菌药物的研发奠定了基础.目前已研发出各种抑制耐药外排系统和增加外膜通透性的药物；但是 ,该领域的研究还面临诸多问题 ,如药物的理化性质、溶解性、特异性 ,特别是对哺乳细胞的毒性问题 ,都未得到很好的解决 ,因此多数药物仍然处于科学研究阶段 ,无法用于临床[47].总之 ,细菌耐药过程是一个复杂的生物学过程 ,细菌采取进化突变的策略快速产生耐药性 ,但还有很多耐药机制和复杂调控网络有待进一步研究.【相关文献】[1]MCKENNA M.Antibiotic resistance:the last resort[J].Nature ,2013 ,499:394－396.[2]SOLOVEVA T F,NOVIKOVA O D,PORTNYAGINA O Y.Biogenesis of beta-barrel integral proteins of bacterial outer mem-brane[J].Biochemistry Biokhimiia ,2012 ,77(11):1221－1236.[3]NIKAIDO H,PAGES J M.Broad-specificity efflux pumps and their role in multidrug resistance of Gram-negative bacteria[J]. 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细菌耐药性的机制及防治措施研究
细菌耐药性的机制及防治措施研究一、引言细菌耐药性是指细菌对抗药物的能力逐渐增强的现象。
这一现象已成为全球范围内公共卫生领域的重要问题。
本文将重点探讨细菌耐药性的机制以及相关的防治措施研究进展。
二、机制研究细菌耐药性的机制非常多样，包括基因突变、基因转移传递等多种途径。
下面我们将分别介绍几个典型的细菌耐药机制。
1. 基因突变细菌在繁殖过程中，由于遗传物质的变异，可能会产生突变，从而使其对某些药物具有抗性。
例如，链霉菌在合成青霉素的关键酶上发生突变，使其对青霉素产生耐药。
2. 基因转移细菌之间可通过质粒或转座子等结构进行基因的转移。
当一个细菌质粒中携带了耐药基因，并且与另一个细菌发生接触时，这个耐药基因就可能转移到另一个细菌体内，从而使它也具有了相应的耐药性。
3. 活性泵抵抗细菌细胞膜上的活性泵能够将抗生素排出细胞外，从而减少抗生素对细菌的作用。
部分耐药菌通过增加活性泵的数量或改变活性泵的结构，降低抗生素的内聚力，增加其耐药性。
三、防治措施研究由于细菌耐药性的问题愈发严重，许多科学家和医生都致力于研究与之抗衡的防治措施。
下面将介绍几个相关的研究进展。
1. 新型抗生素的研发目前，许多抗生素已失去对某些耐药菌的作用。
因此，开发新型的抗生素成为当务之急。
一些科学家通过双胺酸的改变结构，或是合成全新的化合物，探索新的抗菌药物。
2. 细菌耐药基因检测与监测为了及早发现和控制细菌的耐药性，研究人员开展了基因检测和监测工作。
通过检测耐药基因的存在和频率，可以预测细菌耐药性的发展趋势，并及时采取相应的防治措施。
3. 防护措施的加强在医疗环境中，细菌耐药性的传播是个大问题。
为此，需要加强防护措施，比如加强洗手、隔离措施等，减少细菌的传播。
此外，还应合理使用抗生素，避免滥用和不规范使用。
四、结论细菌耐药性是对抗抗生素发展的挑战，需要各方共同努力来解决。
通过研究细菌耐药性的机制，我们可以更好地理解其发生的原因。
加强防治措施的研究，不断开发新型抗生素，以及加强防护措施的实施，都是解决细菌耐药性问题的有效手段。
细菌耐药机制研究进展
耐药机制跨学科研究的合作与交流
耐药机制研究需要跨学科的合作和交流，例如与化学、物理学、数学等领域的学 者合作，共同研究耐药机制的分子基础和细胞生物学过程。
通过国际合作和交流，加速耐药机制研究的进展，提高抗菌药物的研发水平和治 疗效果，对抗菌治疗具有重要意义。
基于耐药机制的抗菌治疗新策略探讨
基于耐药机制的研究成果，可以开发新型抗菌药物和抗菌治 疗策略，以克服细菌耐药性的挑战。
药物泵出系统
药物泵出系统可以将进入细菌内的 抗生素泵出细胞，从而降低抗生素 在细菌内的浓度，增强细菌对抗生 素的抵抗能力。
03
耐药机制研究方法
传统生物学研究方法
显微镜观察
通过显微镜观察细菌形态、大小、染色特性等，初步判断细 菌是否耐药。
生理生化实验
通过生理生化实验检测细菌对不同药物的敏感性，如TTC法、 纸片扩散法等。
细菌耐药机制研究进展
xx年xx月xx日
contents
目录
• 引言 • 细菌耐药机制概述 • 耐药机制研究方法 • 耐药机制的具体研究内容 • 耐药机制研究的意义与影响 • 研究展望与未来趋势
01
引言
研究背景与意义
细菌耐药性现象日益严重，对抗生素治疗产生巨大挑战
细菌耐药机制研究有助于揭示耐药本质，为新型药物研发和治疗方法提供理论支 持
要点一
免疫逃避机制
研究细菌如何通过改变自身抗原性、 抑制免疫细胞活化等方式，逃避免疫 系统的攻击。
要点二
免疫应答的负调节机 制
探究细菌如何通过分泌免疫抑制物质 、激活免疫细胞凋亡等方式，负调节 免疫应答。
要点三
免疫细胞的疲劳与凋 亡
研究细菌如何通过诱导免疫细胞的疲 劳与凋亡，以抵抗免疫应答。
细菌生物膜耐药机制研究
细菌生物膜耐药机制研究【关键词】细菌生物膜；抗感染免疫；耐药性细菌生物膜（ｂａｃｔｅｒｉａｌｂｉｏｆｉｌｍ，ＢＢＦ）是细菌耐药性形成的重要机制之一，也是许多慢性感染性疾病反复发作和难以操纵的要紧缘故。
ＢＢＦ能够通过形成特殊结构，阻碍机体免疫系统来达到爱惜自身的目的，还可通过抗生素渗透限制、营养限制和形成特殊表型来实现抗生素耐药。
１ＢＢＦ的结构ＢＢＦ或称菌膜，是指细菌吸附于惰性物体如医学材料或机体黏膜表面后，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂蛋白等多糖蛋白复合物［１］。
游离的单个或单片菌落容易被抗生素杀死，而形成生物膜类高级结构的细菌得以存活。
研究证明，成熟的铜绿假单胞菌生物膜由蘑菇样或柱样亚单位组成，包括头部、茎部和根部三部份。
每一个亚单位的结构骨架是胞外多糖纤维或多糖—蛋白质复合体纠集在一路形成的实心细条，细条交织成网状，菌体之间相互粘连附着于网状结构的表面，外层系碳氢化合物被膜。
ＢＢＦ亚单位之间形成茎部—茎部，头部—头部，茎部—头部水通路，水以对流的方式通过通路输送营养物质，知足细菌生存需要，同时带走细菌代谢废物，功能类似原始的循环系统。
ＢＢＦ的这一特殊结构坚实稳固，不易破坏，大大提高了细菌的存活能力［２］。
在ＢＢＦ形成进程中，细菌的群体感应（ｑｕｏｒｕｍｓｅｎｓｉｎｇ，ＱＳ）系统发挥了重要作用。
ＱＳ系统是一种细菌间信息传递机制，通过合成和分泌自诱导分子（ａｕｔｏｉｎｄｕｃｅｒ，ＡＩ）的浓度来操纵整个细菌群体的行为，当ＡＩ浓度随着细菌群体密度达到必然阈值时，即启动特异性基因表达。
在铜绿假单胞菌中ＱＳ系统由一个复杂的级联系统组成，两个信号系统（ＬａｓＩ／ＬａｓＲ，ＲｈｌＩ／ＲｈｌＲ）别离产生特点性的Ｎ酰基高丝氨酸内酯（Ｎａｃｙｌｈｏｍｏｓｅｒｉｎｇｌａｃｔｏｎｅｓ，ＡＨＬ）信号分子，Ｎ丁酰基Ｌ高丝氨酸内酯（ＮｂｕｔｙｒｙｌＬｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅｌａｃｔｏｎｅ，ＢＨＬ）和Ｎ（３氧代十二酰）Ｌ高丝氨酸内酯（ＮｏｘｏｄｏｄｅｃａｎｏｙｌＬｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅｌａｃｔｏｎｅ，ＯｄＤＨＬ）一起应付生存环境的改变［３］。
细菌抗药性及机制研究的现状及未来展望
细菌抗药性及机制研究的现状及未来展望细菌抗药性是指细菌对抗生素或其他抗微生物药物产生的抗性。
这种抗性是细菌进化的结果，对细菌感染疾病的治疗带来了极大的挑战。
近年来，细菌抗药性不断加剧，已成为全球性的公共卫生问题。
因此，研究细菌抗药性及其机制显得尤为重要。
目前，细菌抗药性的研究主要集中在以下几个方面。
首先，研究人员通过对细菌的遗传学与基因组学的研究，揭示了多种抗药基因的存在。
这些抗药基因可以使细菌产生酶类、质膜通道或药物泵等特定的抗性机制，从而对抗生素产生抵抗力。
其次，研究人员还通过研究细菌的生物膜结构及其与抗生素的相互作用来探索抗药性的机制。
由于生物膜的存在，细菌对许多抗生素变得更加难以穿透，从而增加了细菌抗药性。
此外，研究人员还在探索细菌感染过程中的免疫逃逸和基因传递等机制，以揭示细菌抗药性的全貌。
未来，细菌抗药性研究将朝着以下几个方向发展。
首先，需要进一步加强对细菌抗药性机制的研究。
目前已经发现的抗药基因只是冰山一角，还有许多未知的抗药基因有待发现。
此外，需要深入研究细菌抗药性的遗传学机制和环境因素对其的影响，以期能够找到更有效的策略来控制细菌抗药性。
其次，需要加强与抗生素相关疾病的临床和流行病学研究。
只有了解细菌抗药性在真实临床环境中的传播和演化规律，才能更好地制定相关的预防和控制措施。
此外，未来的研究还应着重于发现和开发新型抗菌药物，以应对不断出现的多重耐药细菌。
综上所述，细菌抗药性及其机制的研究是当前及未来的重要课题。
未来的研究将进一步揭示细菌抗药性的机制，并开发出更有效的策略来控制和预防细菌抗药性的发展。
这将有助于改善细菌感染疾病的治疗效果，提高公共卫生水平。
细菌耐药性机制的研究与对策
细菌耐药性机制的研究与对策在当今的医学领域，细菌耐药性已经成为一个日益严峻的全球性问题。
曾经能够轻易被抗生素击败的细菌，如今却在药物的压力下逐渐进化出了顽强的抵抗能力，使得治疗感染性疾病变得越发困难。
为了有效地应对这一挑战，深入研究细菌耐药性的机制并制定相应的对策显得至关重要。
细菌耐药性的产生机制多种多样，其中最为常见的包括以下几种。
首先是细菌产生灭活酶。
这些酶能够直接破坏或修饰抗生素，使其失去活性。
例如，β内酰胺酶可以水解青霉素和头孢菌素等β内酰胺类抗生素的β内酰胺环，从而使这些药物无法发挥作用。
其次是细菌改变药物作用靶点。
抗生素通常通过与细菌细胞内的特定靶点结合来发挥抗菌作用。
然而，细菌可以通过基因突变等方式改变这些靶点的结构，使得抗生素无法与之有效结合。
比如，肺炎链球菌通过改变其青霉素结合蛋白的结构，降低了对青霉素的亲和力，从而导致耐药性的产生。
再者，细菌降低细胞膜的通透性也是常见的耐药机制之一。
细胞膜是药物进入细菌细胞的重要通道，细菌可以通过改变细胞膜的结构和组成，减少药物的摄取。
例如，铜绿假单胞菌的外膜上存在着特殊的蛋白通道，能够限制某些抗生素的进入。
此外，细菌还可以通过主动外排机制将已经进入细胞内的药物排出体外。
这种外排泵能够将多种不同类型的抗生素排出细胞，从而使细菌在药物存在的环境中得以生存。
细菌耐药性的形成并非一蹴而就，而是在多种因素的共同作用下逐渐发展的。
抗生素的不合理使用是导致细菌耐药性产生的重要原因之一。
在医疗领域，医生有时会过度使用抗生素，或者在没有明确细菌感染的情况下盲目使用。
在农业和畜牧业中，为了促进动物生长和预防疾病，大量的抗生素被添加到饲料中，这也加速了耐药菌的产生和传播。
另外，患者自行用药、不按照医嘱完成疗程等行为也为细菌耐药性的发展提供了“温床”。
当患者在症状稍有缓解时就擅自停药，未能彻底清除体内的细菌，残留的细菌在药物压力下更容易产生耐药性。
面对细菌耐药性这一严峻挑战，我们需要采取一系列综合的对策。
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放或 者认 为该通道无效 。铜绿 假单胞 菌对碳青 霉烯类 抗 生 素耐药的主要机制是主动外排 系统 的过度表 达并伴有 持续 高 产 Ａ ｍｐ Ｃ酶 ， 其中１ ６株 菌 株伴 有 外膜 膜 孔 蛋 白
Ｏ ｐ ｒ Ｄ ２基 因缺失 。淋病流 行株 的多重耐 药性与 外膜通 透性密切相关 ， ｍ ｔ ｒ Ｒ的突变 与淋 病流 行株 对 Ｂ一内酰胺 类抗生素 （ 包 括青 霉 素和头孢 三 嗪） 、 四环 素 、 环 丙沙 星 、
物浓度 ， 利于微生物 的生存 ’ 。药物外排 泵作用 与膜渗
透性改变常协 同作 用 ， 对 细菌 耐药 性 的产 生起 着重 要作
用。
２ 细菌外膜渗透功能 改变 与耐药性
由于药物 的作用 ， 细菌 改变 了外 膜蛋 白， 使 菌体 外膜 通 透性 降低 ， 阻 碍抗 生 素进入 细 菌 内膜靶 位 。外 膜通 透
《 沈 阳部队医药》 ｏ
・
１ １ ９・
细 菌膜 功 能 与 细菌 耐 药 性关 系研 究进 展
刘 清 郭海龙 冯 小桥 综述
关键词 细菌 耐药 膜 功能 生多重耐药 的重要原 因 Ｊ 。不动杆 菌对碳青 霉烯类 抗生 素耐药的原 因之 一也 是 细胞外 膜通 透性 低 ， 其外 膜通 透 性是大肠埃希菌 的 ３ ％， 比铜 绿假单 胞菌更 低 。Ｃ ｌ ａ ｒ ｋ 等” 在研究鲍曼不动杆菌对亚胺培南 的耐药 机制时 发现 耐药菌株 中 ３ ２ ． ７ ４— ３ ５ ． ７ ２ ｋ ｕ蛋 白表 达减少 ； 一个 ４ ５ ． ６ ４ ｋ ｕ蛋 白被确定是鲍曼 不动 杆菌 主要 的外膜孔 蛋 白， 这 个 孔蛋 白的丢失会 导致 内酰胺类 抗 生素 耐药 。Ｑ ｕ ａ ｌ ｅ等 观察 到对 碳 青 霉 烯类 抗 生 素 耐 药 的菌 株 ４ ６ ． ６ ３ 、 ４ ３ ． ６ ５ 、
３ ６ ． ７ １ ｋ ｕ的 外 膜 蛋 白减 少 。这 些 结 果 说 明 外 膜 蛋 白 （ Ｏ Ｍ Ｐ ） 的缺失 、 外 膜通 透性 的改 变是不 动杆 菌耐碳 青霉 烯类抗生素 的重要原 因之一 。铜绿 假单胞 菌具有较 低 的 外膜通透性 ， 是 由于其外膜 由微孑 Ｌ 蛋 白孔道组 成 ， 仅允许
提示 由于 ｍ ｔ ｒ Ｒ的 突变导 致淋 球 菌外膜 孔蛋 白表 达 的下 降， 引起 淋球 菌对 多种 抗生 素 （ 如 四环素 和环丙 沙星 等） 产生多重耐药 。 ３ 膜外排泵作用
降， 电镜下耐药株菌体变 短 ， 外膜皱 褶 明显 ， 间隙加 宽 ， 胞 内空泡减少 ， 提示 耐药 性 与膜 渗透 变化 相关 。非伤 寒沙
（ Ａ Ｂ Ｃ ）ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ， Ａ Ｂ Ｃ］ 。Ａ Ｂ Ｃ转运体 是一类 以 Ａ Ｔ Ｐ供 能 的运输蛋 白， 已发现 １ ０ ０多种 。Ａ Ｂ Ｃ位于细 菌质膜 ， 主
低， 阻碍抗 生素进 人细 菌 的 内膜 靶 位而 导致 细 菌对 某些
门菌因外膜孔蛋 白（ Ｏ ＭＰ Ｆ ） 的缺失 、 脂 质双层 （ Ｌ Ｐ Ｓ ） 的改 变和特异性通道 的突变导致细 菌细胞 外膜 蛋 白通 透性 降
细菌细胞膜上存在一类蛋 白， 在能量 支持下 ， 将药 物
选择性 或非 选择性 地排 出细菌 细胞外 ， 此 过程 称 为主 动
外排 系统亢进 ， 从 而使 达 到作 用靶 位 的药物浓 度 明显 降 低 而导致 耐药 。与细 菌多 重抗 生素 耐药性有关 的主 动 外排泵 系统 主要 归于以下 ５个 家族／ 类¨ ： ①Ａ Ｔ Ｐ结合盒 转运 体 类 ［ Ａ Ｔ Ｐ—ｂ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｓ ｓ ｅ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅ ａ ｆ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｙ ｉ ｆ ｌ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
到作用 靶位 ； 形成 生物被膜 ； 耐药 基 因可传代 、 转移、 扩 散 以及不断变异形成细 菌的高度 和多 重耐药 性。在诸 多耐
药 机制 中， 细 菌膜 功能 的改 变 与耐 药性关 系 的研 究一 直 受 到国内外学者关注 。微生 物经 常处 于多种外 界环境 有 害 因素 的作用 之下 ， 由于药 物 的多样 性 ， 为 了生存 ， 微 生 物形成 的多药物转运机制 就成 了一种 生存策 略。微生 物 膜 系统把进 人膜 内 的药物 转运 出 去 ， 从 而 降低 了膜 内药
抗生素被广泛用于人 类疾病 治疗 、 畜牧 业生 产 、 水 产 养殖， 在产生 巨大社会 和经济效 益 同时 ， 也 带来药 物滥 用 和 细菌耐药等诸多问题 ， 产 生直 接和 间接危 害 ， 因此加 强 细菌耐药 性的研究显得必要而 紧迫。
１ 细 菌 耐药 机 制 概 述
耐药机 制十分复杂 ， 一 般有 如下几种 机制 ： 产 生灭活 酶或 钝化 酶 ； 改变靶 位 结构 ； 建 立新 代谢途 径 ； 减少 药物 的摄取 ； 外排系统排 出已进 入细 菌内的 药物 ； 细菌 细胞壁 障碍或细胞膜通 透性 改 变 ， 使抗 生 素无 法进 入 细胞 内达
分子量小于 ３ ５ ０～ ４ ０ ０ Ｕ的糖类 扩散 。已经鉴别 出微孔蛋 白Ｏ ｐ ｒ Ｃ、 Ｏ ｐ ｒ Ｄ ２和 Ｏ ｐ ｒ Ｅ １ 可形成 小孔 道。Ｏ ｐ ｒ Ｆ为形成 大 通道的微孔蛋 白， 这 种低 的外 膜通 透性 与 大通道 之 间的 矛盾可解释为这些通道 的一 部分仅在 某一给 定时 间内开
性 降低 主要 由于膜孔蛋 白缺陷 ， 多 向性突 变 ， 特 异性通 道 的改变及膜 脂 质 双层 的改 变 。大 量研 究结 果 显示 ， 奇 异 变 型杆 菌被诱导 耐药 后 ， 耐 药株外 膜 蛋 白相对 分 子量 下
红霉素 、 氯霉素 、 壮 观霉 素 、 阿齐霉 素等 的耐 药密切相 关 ，