抗生素可以挽救生命-但使用它們還可以幫助抗藥性菌株進化和傳播。根據(jù)疾病控制與預(yù)防中心的數(shù)據(jù)，每年美國大約有280萬人感染抗生素抗藥性細菌，殺死35,000多人。對兩種或更多種抗生素具有抗藥性的耐多藥(MDR)細菌引起的感染特別難以治療。
華盛頓大學(xué)和愛達荷州大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，耐多藥細菌容易出現(xiàn)。在4月6日發(fā)表于《自然生態(tài)與進化》上的一篇論文中，研究人員報告說，對于已經(jīng)對抗生素具有耐藥性的細菌病原體，長時間暴露于該抗生素不僅會增強其保留其抗性基因的能力，而且會使病原體更容易吸收并維持對第二種抗生素的耐藥性，成為耐多藥菌株。
研究小組的實驗表明，長時間接觸一種抗生素本質(zhì)上是“引發(fā)”細菌的。這種引發(fā)作用使細菌更有可能獲得對其他抗生素的抗性，即使在沒有進一步暴露于抗生素的情況下也是如此，并幫助該菌株世代保持了這些抗藥性特征。
威斯康星大學(xué)生物學(xué)教授，該論文的共同資深作者本杰明·克爾(Benjamin Kerr)說：“暴露于抗生素似乎間接地選擇了更穩(wěn)定的抗生素耐藥性系統(tǒng)。”菌株中更穩(wěn)定的系統(tǒng)將增加其對多種抗生素產(chǎn)生抗藥性的機會。”
他們的發(fā)現(xiàn)還表明，抗生素暴露如何影響細菌內(nèi)的進化動力學(xué)。
“這不僅可以解釋細菌對多藥耐藥性的上升，而且還可以解釋抗生素耐藥性如何在環(huán)境中(在醫(yī)療機構(gòu)中，在農(nóng)業(yè)徑流中的土壤中)持續(xù)存在和擴散，甚至在抗生素暴露結(jié)束很長時間后仍然如此。”愛達荷大學(xué)生物學(xué)教授伊娃·托普(Eva Top)說。
研究人員測試了傳播抗生素抗性的常見機制：質(zhì)粒。這些是DNA的環(huán)狀鏈，可以包含許多類型的基因，包括抗生素抗性基因。細菌很容易共享質(zhì)粒，即使跨物種也是如此。
然而質(zhì)粒有其缺點，過去的研究表明，細菌很容易使它們脫落。
威斯康星大學(xué)生物學(xué)研究科學(xué)家漢娜·霍爾特說：“即使質(zhì)粒可以攜帶有益基因，質(zhì)粒也可以干擾細菌細胞內(nèi)部的許多類型的過程，例如代謝或DNA復(fù)制。”“因此，科學(xué)家們普遍認為質(zhì)粒對宿主細胞而言既昂貴又麻煩。”
愛達荷州立大學(xué)的團隊處理了含有四環(huán)素抗性質(zhì)粒的大腸桿菌細胞和含有氯霉素抗性質(zhì)粒的肺炎克雷伯菌細胞。兩種宿主以前都沒有在抗生素的作用下生長，它們對它們的質(zhì)粒沒有很高的忠誠度。在無抗生素的環(huán)境中放置9天后，仍帶有質(zhì)粒的克雷伯菌的比例降至50%以下。對于大腸桿菌，保留其質(zhì)粒的不到20%。
當(dāng)研究人員將菌株暴露于抗生素后，各自在各自的抗生素中生長了400代，即使解除了抗生素的威脅，菌株對它們的質(zhì)粒也顯示出更高的親和力。在不含抗生素的生長培養(yǎng)基中放置9天后，超過一半的大腸桿菌和克雷伯菌細胞保持各自的質(zhì)粒。
喬德特說：“當(dāng)然，細胞需要它們的質(zhì)粒來幫助它們在暴露于抗生素中幸存下來。但是即使在消除了選擇壓力之后，兩種菌株仍將它們的質(zhì)粒保持在比暴露于抗生素之前顯著更高的水平。”
另外，其他實驗表明，抗生素暴露增加了耐多藥克雷伯菌的發(fā)生。即使不接觸抗生素，肺炎克雷伯菌也可以獲取多個質(zhì)粒。例如，當(dāng)研究人員將未經(jīng)抗生素處理的克雷伯菌和帶有大腸桿菌質(zhì)粒的菌株一起培養(yǎng)時，一小部分克雷伯菌通過保留其耐氯霉素的質(zhì)粒并從大腸桿菌獲得四環(huán)素的質(zhì)粒而成為MDR。但是，當(dāng)研究人員使用暴露于抗生素的細菌重復(fù)該實驗時，他們發(fā)現(xiàn)MDR克雷伯氏菌多出大約1000倍。
以前長時間只接觸一種抗生素-氯霉素-增加了耐氯霉素的克雷伯菌在無抗生素環(huán)境中從大腸桿菌中獲得抗四環(huán)素質(zhì)粒的可能性。此外，研究小組的實驗還表明，當(dāng)MDR細胞在無抗生素的環(huán)境中生長以后，暴露于氯霉素的克雷伯菌更容易保留在兩種抗性質(zhì)粒上。
研究人員說：進化可以解釋抗生素抗性質(zhì)粒的持久性和克雷伯菌的MDR升高，研究人員說：將菌株暴露于選擇的各自抗生素中以進行基因組突變，以小化質(zhì)粒與宿主之間的沖突，從而降低成本保留該質(zhì)粒以及其他質(zhì)粒。
克爾說：“我們相信，通過穩(wěn)定一種質(zhì)粒，這些突變使它們更有可能穩(wěn)定另外獲得的質(zhì)粒。”
其他實驗可能會鑒定出有助于大腸桿菌和克雷伯菌保持其質(zhì)粒的特定突變，以及為什么克雷伯菌比大腸桿菌更能發(fā)育成MDR菌株的原因。即使暴露于抗生素會產(chǎn)生選擇性壓力，以保持質(zhì)粒和獲取新質(zhì)粒，但不同物種如何保持，共享和接收質(zhì)粒仍然存在廣泛差異。
