第三章 细菌耐药机制

红霉素酯化酶 机制：此酶由质粒介导表达，主要作 用是水解红霉素及大环内酯类抗生素 结构中的内酯而使之失去抗菌活性。
氨基糖苷类钝化酶 可分为3类： ①使游离氨基乙酰化的乙酰转移酶 ②使游离羟基磷酸化的磷酸转移酶 ③使游离羟基腺苷化的腺苷转移酶
机制：这些酶通过磷酸化、乙酰化和 腺苷酸化等途径对氨基糖苷类抗生素 进行修饰使不易与细菌核糖体30S亚 基结合，从而失去抗菌作用
细菌耐药的生化机制
一、灭活酶或钝化酶的产生 1.β-内酰胺酶 2.氯霉素乙酰基转移酶 3.红霉素酯化酶 4.氨基糖苷类钝化酶（乙酰转移酶： 磷酸转移酶：核苷转移酶）
β-内酰胺酶 机制：使青霉素类和头孢菌素类β-内 酰胺环的酰胺键断裂而失去抗菌活性。 分类： A组活性部位为丝氨酸残基 B组为金属酶，活性部位为硫巯基 C组水解头孢菌素 D组为邻氨西林酶，水解苯唑西林
第三章 细菌耐药机制
细菌耐药性 (Resistance to Drug)：
又称抗药性，是指细菌对于抗菌药物 作用的耐受性，耐药性一旦产生，药 物的化疗作用就明显下降。
产生原因：
细菌耐药性是细菌产生对抗生素不 敏感的现象，产生原因是细菌在自身 生存过程中的一种特殊表现形式。天 然抗生素是细菌产生的次级代谢产物， 用于抵御其他微生物，保护自身安全 的化学物质。人类将细菌产生的这种 物质制成抗菌药物用于杀灭感染的微 生物，微生物接触到抗菌药，也会通 过改变代谢途径或制造出相应的灭活 物质抵抗抗菌药物。
青霉素结合蛋白( PBP)具有酶活性,参与细菌细 胞壁的合成。青霉素可专一性地与细菌细胞 内膜上的(PBP结合,干扰细菌壁肽聚糖合成 而导致细菌死亡。 细菌可改变靶位酶,使其不为抗生素所作用,还 可复制或产生新的靶位而获得对某抗生素的 耐药性。这种由PBP 介导的耐药性在G+ 菌 中比G- 菌中更常见,其中最常见的耐甲氧西 林金黄色葡萄球菌(MRSA) ,由于细菌产生一 种新的PBP而对青霉素、头孢菌素类不敏感。 某些淋球菌、肺炎链球菌、铜绿假单胞菌等 能改变其PBP的结构,使与β-内酰胺类抗生素 的亲合力降低而导致耐药。
渗透限制： 生物被膜中的大量胞外多糖形成分子 屏障和电荷屏障，可阻止或延缓抗生 素的渗入，而且被膜中细菌分泌的一 些水解酶类浓度较高，可促使进入被 膜的抗生素灭活。
二、细菌药物作用靶位改变
由于抗菌药作用的靶位发生突变或被 细菌产生的某种酶修饰而使抗菌药物 无法结合或亲和力下降，这种耐药机 制在细菌耐药中普遍存在。
主要有三种种方式： 1. 改变细菌靶蛋白 抗生素结合位点的蛋白质结构发生 改变或被修饰，均可导致亲和力的降 低 2. 产生新的靶位 细菌遗传物质变异产生新的低亲和 力蛋白酶，替代原先途径，拮抗抗菌 药物作用 3.增加靶蛋白的数量， 使药物存在时仍有足够量的靶蛋白 可以维持细菌的正常功能和形态，导 致细菌继续生长、繁殖，从而对抗抗 菌药物产生耐药。
染色体介导的耐药：
一般是由于染色体上遗传基因DNA 发生突变，细菌突变后的变异株对抗 生素的耐药。一般突变率很低，而且 细菌的这类耐药性，只对一种或两种 相类似的药物耐药，但比较稳定，耐 药性的产生与消失与药物接触无关， 在自然界中这类耐药菌占次要地位。
质粒介导的耐药：
这类耐药性是由于细菌获得外源新基 因而产生的。发生的遗传基础是细菌 获得了新的DNA片段，这些片段上 含有耐药基因。这些DNA片段既可 以存在于质粒上，还可以整合到染色 体上。
肺炎链球菌对青霉素的高度耐药就是通过此 机制产生的；细菌与抗生素接触之后产生 一种新的原来敏感菌没有的靶蛋白，使抗 生素不能与新的靶蛋白结合，产生高度耐 药。 肠球菌对β-内酰胺类的耐药性是既产生β-内 酰胺酶又增加青霉素结合蛋白的量，同时 降低青霉素结合与抗生素的亲和力，形成 多重耐药机制。
三、细菌细胞膜渗透性改变
已报道的具有主动流出机制的致病菌： 铜绿假单胞菌、不动杆菌、链球菌、 金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、空 肠弯曲杆菌等。 已报道的能被泵出菌体外引起耐药的 抗菌药物：四环素类、氟喹诺酮类、 大环内酯类、氯霉素、 β-内酰胺类。 有些抗菌药物（常见的如四环素类及 喹诺酮类）能诱导细菌的主动外运， 造成对抗菌药物耐药程度的普遍提高。
2. 获得性耐药：细菌本来对抗生素无 抗药性，当细菌与抗生素接触后，通 过改变自身的代谢途径，使其不被抗 生素杀灭，从而获得的耐药性。主要 是由于细菌在生长繁殖过程中，其 DNA发生改变而使其形成或获得了 耐药性表型。 如：金黄色葡萄球菌对β-内酰胺类抗 生素产生的耐药。
获得性耐药产生类型：
1.染色体介导的耐药性 2.质粒介导的耐药性
五、细菌生物被膜的形成
细菌生物被膜是指细菌粘附于固体或 有机腔道表面,形成微菌落,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。
铜绿假单胞菌的生物被膜 电子显微镜 放大5000倍
生物被膜耐药机制： 当细菌以生物被膜形式存在时耐药性 明显增强(10-1000倍)，抗生素应用 Hale Waihona Puke Baidu能有效清除BF，还可诱导耐药性 产生。
流出系统有三个蛋白组成，即转运子 （efflux transporter）、附加蛋白 （accessory protein）和外膜蛋白 （outer membrane channel ），三 者缺一不可，又称三联外排系统。外 膜蛋白类似于通道蛋白，位于外膜 （G-菌）或细胞壁（G+菌），是药 物被泵出细胞的外膜通道。附加蛋白 位于转运子与外膜蛋白之间，起桥梁 作用，转运子位于胞浆膜，它起着泵 的作用。
1.转化 主要指耐药菌溶解后释放出的DNA进 入敏感菌体内，其耐药基因与敏感菌 的同种基因重新组合，使敏感菌成为 耐药菌。转化过程常限于革兰氏阴性 菌。
2.转导 主要是借助于噬菌体将耐药基因转移 给敏感菌，由于噬菌体有特异性，且 通过噬菌体传播的DNA量很少，因 此耐药性的转导现象仅能发生在同种 细菌内，通常仅能传递对一种抗菌药 的耐药性。临床上是金黄色葡萄球菌 耐药性转移的惟一的方式。
质粒（ Plasmid）是 细胞中的非细 胞染色体或核 区DNA，原有 的能够自主复 制的较小的 DNA分子，大 部分的质粒是 环状构形。
细菌耐药性的获得方式主要有：
转化(transformation)、 转导(transduction)、 接合(conjugation)、 转座(transposion)。
3.接合 由接合传递的耐药性也叫感染性耐药， 主要是通过耐药菌与敏感菌菌体的直 接接触，由耐药菌将耐药因子转移给 敏感菌。接合转移不仅可在同种菌之 间进行，也可在属间不同种菌之间进 行，通过接合方式，一次可完成对多 种抗菌药耐药性的转移。这种方式主 要出现在革兰氏阴性细菌中，特别是 在肠道菌中。
4.转座子 它是一种比质粒更小的DNA片段，它能够 随意地插入或跃出其它DNA分子中，将耐 药性的遗传信息进行传递，转座子不能进 行自身复制，必须依赖于细菌的染色体、 噬菌体或质粒中而得以复制和繁殖。转座 子的宿主范围广，它可在革兰氏阴性菌和 革兰氏阳性菌之间转移，从而使耐药基因 的宿主范围也扩大，是耐药性传播的一个 重要原因。
“先天不足”
铜绿假单胞菌的细胞外膜上没有大多数革 兰阴性菌所具有的典型的高渗透性孔蛋白 ，它的孔蛋白通道对小分子物质的渗透速 度仅为典型孔蛋白通道的1%。
“后天获得”
敏感菌可以通过降低外膜的渗透性而发展 成为耐药菌，即原有的孔蛋白通道由于细 菌发生突变而关闭或消失，细菌就会对该 抗菌药物产生很高的耐药性。 亚胺培南主要是通过一个特殊的孔蛋白通 道OprD2进入细菌，一旦这一孔蛋白通道 消失，则产生耐药性。
使抗菌药物外排，降低细菌细胞内的 药物浓度而耐药，而且是导致多重耐 药的重要机制 目前研究表明主要有两大类外排系统： 特异性（单一性）外排系统和多种药 物耐药性（multidrug resistance， MDR）外排系统。
一般来说，两个外排系统的作用都各 不相同,其中特异性外排系统一般只 作用于单一的底物（药物），常常是 某一类的抗生素，如四环素、氯霉素、 链霉素等。而多种药物耐药性外排系 统可以作用于多种抗菌药或者一些结 构和功能不相关的复合物。
β-内酰胺酶分布广泛，几乎所有细菌 只要接触β-内酰胺类抗生素后均可产 生相应的酶。编码此酶的基因既可在 细菌染色体上，也可位于质粒或转座 子上。 应对方法： 1.开发耐β-内酰胺酶的药物 2.与酶抑制剂合用
氯霉素乙酰转移酶 机制：将氯霉素乙酰化，使其不能与 细菌50S核糖体亚基结合而失去抗菌 活性。 由细菌质粒或染色体基因编码，能在 大肠杆菌中稳定表达
正常情况下细菌外膜的通道蛋白以OmpF 和OmpC组成非特异性跨膜通道，允许抗 生素等药物分子进入菌体，当细菌多次接
触抗生素后，菌株发生突变，产生OmpF
蛋白的结构基因失活而发生障碍，引起
OmpF通道蛋白丢失，导致β-内酰胺类、
喹诺酮类等药物进入菌体内减少。
四、药物主动外排系统
某些细菌能将进入菌体的药物泵出体 外，这种泵因需能量，故称主动流出 系统（active efflux system）。由于 这种主动流出系统的存在及它对抗菌 药物选择性的特点，使大肠埃希菌、 金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、铜 绿假单胞菌、空肠弯曲杆菌对四环素、 氟喹诺酮类、大环内酯类、氯霉素、 β-内酰胺类产生多重耐药。
在革兰氏阴性致病菌中60%一90% 的耐药基因由R质粒携带。这种质粒 介导的多重耐药性菌株不但治疗困 难，亦难控制其流行，常常引起医 院内感染的早发流行。许多医院内 感染资料表明，院内感染分离由来 的耐药菌株中，R质粒检出率达50% 一100%。
R因子的特点：
(1)可从宿主菌检出R质粒; (2)以多重耐药性常见; (3)易因丢失质粒成为敏感株; (4)耐药性可经接合转移.
细菌耐药现状
特点： 1.耐药性形成越来越快 2.细菌耐药谱越来越广 3.细菌耐药性传播速度越来越快 4.耐药强度越来越高
细菌耐药的基因机制
细菌耐药性可分为两类 1. 固有性耐药：来源于该细菌本身染色体 上的耐药基因,代代相传,具有典型的种属 特异性。 如：链球菌对氨基糖苷类抗生素天然耐药； 肠道G-杆菌对青霉素天然耐药；
R因子决定的耐药性：
R因子又称耐药性传递因子。R因子 与细菌的染色体无关，具有质粒的特 性，是一种传递性质粒。质粒 (P1asmld) 是细菌染色体外具有遗传 功能的双链去氧核糖核酸，携带有耐 药性基因的质粒称为耐药性质粒，耐 药质粒可通过细菌之间的接合作用进 行传递，故称传递性耐药质粒，简称 R质粒。
细菌耐药的生化机制
1. 产生灭活酶或钝化酶； 2. 抗菌药物作用靶位改变； 3. 影响主动流出系统； 4. 细菌生物被膜的形成； 5. 细菌生物被膜的形成； 6.交叉耐药性。
细菌耐药的生化机制
一、灭活酶或钝化酶的产生
细菌产生灭活的抗菌药物酶使抗菌药 物失活是耐药性产生的最重要机制之 一，使抗菌药物作用于细菌之前即被 酶破坏而失去抗菌作用。这些灭活酶 可由质粒和染色体基因表达。
目前的研究表明，β-内酰胺类抗菌药物的作 用靶位为青霉素结合蛋白(PBP),氨基糖苷类 和四环素抗菌药物的作用靶位为核糖体的50 S亚基，大环内酯类和氯霉素以及克林霉素 的作用靶位为核糖体的30 S亚基，利福霉素 类的作用靶位为依赖于DNA的RNA聚合酶， 哇诺酮类的作用靶位为DNA促旋酶，磺胺类 的作用靶位为二氢碟酸合成酶和二氢叶酸还 原酶，万古霉素的作用靶位为细胞壁五肽末 端的D-丙氨酰-D-丙氨酸末端的游离羧基。 这些作用靶位结构的细微变化都有可能产生 很高的耐药性。
革兰氏阴性菌细胞壁的外膜上的通道 蛋白，是抗生素药物进入细菌体内的 主要通道。细菌接触抗生素后，可以 通过改变通道蛋白（porin）性质和 数量来降低细菌的膜通透性，不仅使 细菌不易受到机体杀菌物质的作用， 还可阻止某些抗菌药的进入，是细菌 耐药的机制之一。
革兰阴性细菌细胞膜
而在革兰氏阳性菌中细胞膜被一层厚 厚的肽聚糖细胞壁所包裹。尽管细胞 壁具有很强的机械强度，但由于其结 构比较粗糙，几乎不影响抗菌药物这 样的小分子物质扩散至细胞内。