耐抗生素的细菌会变成耐多种药物的细菌

抗生素可以拯救生命，但使用它们也有助于耐抗生素菌株的进化和传播. 每年，抗生素耐药细菌感染大约2亿人.在美国有800万人, 杀死超过35人,000, 根据疾病控制和预防中心. 多药耐药细菌感染, 哪些对两种或两种以上抗生素有耐药性, 是否特别难以治疗.

华盛顿大学和bet365亚洲官网的科学家们已经发现耐多药细菌是多么容易出现. 在4月6日发表的一篇论文中 自然生态 & 进化, 研究人员报告说, 对于已经对抗生素有抗药性的细菌病原体, 长期接触这种抗生素不仅增强了它保留抗性基因的能力, 但也使病原体更容易获得并保持对第二种抗生素的耐药性，成为耐多药菌株.

该团队的实验表明，长时间暴露于一种抗生素中，本质上是“启动”了细菌. 这种启动效应使细菌更有可能获得对其他抗生素的耐药性, 即使没有进一步的抗生素接触, 并帮助菌株在几代人的时间里保持这些抗生素抗性特征.

“接触抗生素似乎间接选择了更稳定的抗生素耐药性系统,本杰明·科尔说, 他是华盛顿大学的生物学教授，也是该论文的资深作者之一. “菌株中更稳定的系统将增加它对多种抗生素产生耐药性的机会.”

他们的发现还显示了抗生素暴露如何影响细菌内部的进化动态.

“这不仅有助于解释细菌多药耐药性的上升, 还有抗生素耐药性如何在环境中——在卫生保健环境中——持续存在和传播, 在农业径流的土壤中——甚至在抗生素暴露结束很久之后,共同资深作者说 伊娃前他是 生物学 他在bet365亚洲官网工作.

研究人员测试了一种常见的抗生素耐药性传播机制:质粒. 这些环状DNA链可以包含多种类型的基因, 包括抗生素抗性基因. 细菌很容易共享质粒，甚至跨物种也是如此.

然而，质粒也有其缺点，过去的研究表明，细菌很容易脱落质粒.

“尽管它们可以携带有益的基因, 质粒还可以干扰细菌细胞内许多类型的过程, 比如新陈代谢或DNA复制,首席作者汉娜·约特说, 华盛顿大学生物学研究科学家. “因此，科学家们普遍认为质粒对宿主细胞来说是昂贵且负担沉重的.”

威斯康星大学爱达荷分校的研究小组与E. 含有四环素耐药质粒的大肠杆菌细胞和含有氯霉素耐药质粒的肺炎克雷伯菌细胞. 两台主机, 哪些细菌以前没有在抗生素的环境下生长, 对它们的质粒不太忠诚. 在无抗生素环境中待了九天之后, 仍然携带质粒的克雷伯氏菌的比例下降到不到50%. 对E. 大肠杆菌中只有不到20%的人保留了质粒.

当研究人员将菌株暴露于抗生素中时, 在各自的抗生素中生长400代, 即使在抗生素威胁解除后，菌株对其质粒也表现出更大的亲和力. 在不含抗生素的培养基中生长9天后，超过一半的E. 大肠杆菌和克雷伯氏菌的细胞都附着在各自的质粒上.

“当然，细胞需要它们的质粒来帮助它们在抗生素暴露中存活下来. 但即使我们去掉了选择压力, 这两种菌株的质粒含量都明显高于接触抗生素之前的水平,乔特说。.

除了, 其他实验表明，抗生素暴露增加了耐多药克雷伯氏菌的发生. 即使不接触抗生素，肺炎克雷伯菌也能获得多个质粒. 例如，当研究人员培养不需要抗生素的克雷伯氏菌和E. 大肠杆菌质粒承载菌株, 一小部分克雷伯氏菌通过保留其氯霉素耐药质粒和从克雷伯氏菌获得四环素耐药质粒而成为耐多药. 杆菌. 但当研究人员使用暴露于抗生素的细菌重复实验时, 他们发现了大约1,多出1000倍的耐多药克雷伯氏菌.

这不仅有助于解释细菌多药耐药性的上升, 还有抗生素耐药性是如何在环境中持续和传播的. 伊娃·托普，生物科学

先前长期暴露于一种抗生素——氯霉素——增加了氯霉素耐药克雷伯菌从大肠杆菌获得四环素耐药质粒的可能性. 大肠杆菌在无抗生素环境中. 除了, 研究小组的实验也证明了这一点, 当耐多药细胞在无抗生素环境中生长时, 暴露于氯霉素的克雷伯氏菌更容易抓住这两种抗性质粒.

进化既可以解释耐药质粒的持续存在，也可以解释克雷伯菌耐多药耐药性的增加, 研究人员说:将这些菌株暴露在它们各自的抗生素中，这些抗生素是根据它们基因组中的突变而选择的，以尽量减少质粒和宿主之间的冲突, 这就降低了保存这种质粒和其他质粒的成本.

“我们相信，通过稳定一个质粒, 这些突变使它们更有可能稳定额外获得的质粒,科尔说。.

进一步的实验可能会确定帮助E. 大肠杆菌和克雷伯氏菌保留了它们的质粒, 以及为什么克雷伯氏菌比大肠杆菌更容易发展成耐多药菌株. 杆菌. 尽管接触抗生素会产生保留质粒和获取新质粒的选择性压力, 不同物种的保存方式仍然存在广泛的差异, 分享和接收质粒.

托普说:“未来还有很多很多细节需要解决. “但我们在这里看到的是，即使短期接触一种抗生素也会加速多药耐药性的发展, 当我们在医疗保健中使用这些药物时，哪一点应该让我们三思呢, 农业和其他环境.”

Co-authors on the paper are UW doctoral student Olivia Kosterlitz; Thibault Stalder, a research scientist 他在bet365亚洲官网工作; and José Ponciano, 佛罗里达大学的生物学副教授. 这项研究由美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会资助.

文章由詹姆斯·厄顿提供，华盛顿大学新闻.

照片来自国家过敏和传染病研究所.

最初发表于2020年5月.

该项目由国家过敏和传染病研究所资助, 美国国立卫生研究院资助R01 AI084918. 项目资金总额为2,797,959美元，其中100%为联邦份额. 本项目由美国国家科学基金会资助，编号为DBI-0939454，资助对象为密歇根州立大学. 项目资金总额为48,035,209美元，其中100%为联邦份额.