医学微生物学 第5章 细菌的耐药性

转座子介导的耐药性
• 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，是耐药性传播的另一重要 原因。
整合子 (integron)
• 整合子是移动性DNA序列，它可捕获外源基因并 使之转变为功能性基因的表达单位。
• 整合子在同一类整合子上可携带不同的耐药基因 盒，同一个耐药基因又可出现在不同的整合子上。
② 二氢叶酸合成酶，使二氢叶酸合成减少，影 响核酸的合成，抑制细菌繁殖。 ③ 甲氧苄胺嘧啶(TMP)与二氢叶酸分子中的蝶 啶相似，能竞争抑制二氢叶酸还原酶，使四氢 叶酸的生成受到抑制。因此，TMP与磺胺药合 用(如复方新诺明)有协同作用。
第二节 细菌的耐药机制
（一）细菌耐药性
1. 概念 细菌耐药性（drug resistance）亦称抗药性，
2. 损伤细胞膜的功能
有两种作用机制： ① 多粘菌素类是两极性抗生素分子，其亲水端与细胞膜的蛋白 质部分结合，亲脂端与细胞膜内磷脂相结合，导致细菌胞膜裂开， 胞内成分外漏，细菌死亡。 ② 两性霉素和制霉菌素能与真菌细胞膜上的固醇类结合，酮康 唑抑制真菌细胞膜中固醇类的生物合成，均导致细胞膜通透性增 加。
• 整合子在细菌耐药性的传播和扩散中起到了至关 重要的作用。
2. 细菌耐药的生化机制
细菌耐药继之除遗传机制外，还有生化机制， 包括：药物作用靶位的改变、抗菌药物的渗透障 碍、主动外排机制、钝化酶的产生和细菌自身代 谢状态改变等。
细菌 耐药 性的 生化 机制
改变药物作用靶位 （细菌改变胞膜通透性或药物靶点结构）
是指细菌对某抗菌药物（抗生素或消毒剂）的 相对抵抗性。通常某菌株能被某种抗菌药物抑 制或杀灭，则该菌株对该抗菌药物敏感；反之， 则为耐药。
2. 临床判定标准 某菌株的MIC小于该抗菌药物临床常用治
疗浓度，则为判定为敏感；某菌株的MIC大于 该抗菌药物临床常用治疗浓度，则为判定为耐 药。
3. 细菌耐药性严重性 耐药的速度越来越快； 耐药的程度越来越重； 耐药的细菌越来越多； 细菌耐药谱越来越广 ； 耐药的几率越来越高。 已成为一个全球性亟待解决问题，世界卫生
这些酶类分别通过羟基磷酸化、氨基乙酰化或 羧基腺苷酰化作用，使药物的分子结构发生改变， 不易与细菌核糖体30S亚基结合，失去抗菌作用。
由于氨基糖苷类抗生素结构相似，故常出现明 显的交叉耐药现象。
3）氯霉素乙酰转移酶 (chloramphenicol acetyl transferase，CAT)
由细菌质粒或染色体基因编码，能在大肠杆菌 中稳定表达
表5-2 抗菌药物主要作用部位及作用机制
药物作用
机制
抑制细胞壁的形成 导致细菌细胞破裂死亡
举例
如β-内酰胺类、万古霉 素、杆菌肽、环丝氨酸
破坏细胞膜的结构，导致渗透 如多粘菌素、制霉菌素、
影响细胞膜的功能 性增加，细胞物质泄漏。
两性霉素、酮康唑
抑制生物蛋白酶的合成来 干扰蛋白质的合成
抑制微生物生长
举例
青霉素类、头孢菌素类、等 红霉素、乙酰螺旋霉素、麦迪霉素、罗红霉素 等 链霉素、庆大霉素、卡那霉素等 四环素、土霉素、金霉素及强力霉素等 氯霉素、甲砜霉素等。 磺胺类、喹诺酮类如吡哌酸、环丙沙星等 多粘菌素、万古霉素、杆菌肽、林克霉素、克 林霉素等 异烟肼、利福平、乙胺丁醇等 灰黄霉素两性霉素B、克念菌素、制霉菌素、 曲古霉素等 丝裂霉素、放线菌素D、博莱霉素、阿霉素等。 环孢霉素
耐药R质粒的转移
• 在G+和G-细菌中广泛存在耐药质粒，质粒介导 的耐药性传播在临床上最常见。
• 耐药质粒具有自我复制、传递和遗传交换能力。 可稳定传递给后代，能在不同细菌间转移。一 种质粒可带数种耐药性基因群,通过细菌间接 合、转导和转化作用而将耐药质粒转移到细菌 群中。
耐药R质粒的转移
• 质粒能编码多种酶,对多数抗生素进行生化修饰 而使之钝化。
重要的钝化酶有以下几种： β内酰胺酶 氨基糖苷类钝化酶 氯霉素乙酰基转移酶 红霉素酯化酶 甲基化酶
1）β内酰胺酶 ( lactamase)
对青霉素类和头孢菌素类耐药的菌株可产生 β-内酰胺酶,该酶能特异性的使酰胺键断裂，打开 药物分子结构中的β-内酰胺环，使其完全失去抗 菌活性，故称灭活酶 (inactivated enzyme)。β-内 酰胺酶可由细菌染色体、质粒或转座子编码，分 布广泛。
作用机制：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。
4）红霉素酯化酶 由质粒介导，作用机制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。 5）甲基化酶
50S亚基嘌呤甲基化耐红霉素
（2）药物作用靶位的改变
• 细菌能改变抗生素作用靶位的蛋白结构和数量， 导致其与抗生素结合的有效部位发生修饰或改变， 影响药物的结合，使细菌对抗生素不再敏感。
第一节 抗菌药物的种类及其作用机制
概念 1.抗菌药物 (antibacterial agents) 抗菌药物指具有杀菌和抑菌 活性、用于预防和治疗细菌性感染的药物。包括抗生素和化 学合成的药物。 2.抗生素 (antibiotics) 指对特异微生物有杀灭和抑制作用的微 生物产物，分子量较低，低浓度时就能发挥其生物活性，有 天然和人工半合成两类。
医学微生物学
细菌的耐药性
本章重点与难点
（一）教学目的 1.掌握细菌的耐药性及产生机制。 2.熟悉细菌耐药性的控制策略。 3.了解抗菌药物的种类及其作用机制
（二）重点和难点 1.细菌耐药性的概念和种类 2.耐药机制。
讲课内容
第一节 抗菌药物的种类及其作用机制 第二节 细菌的耐药机制 第三节 细菌耐药性的防治
1) 染色体突变(chromosomal mutation) 所有的细菌群体都会经常发生自发的随机突
变，只是频率很低，其中有些突变可赋予细菌耐 药性。 2) 可传递的耐药性(transferable antibiotic resistance)
耐药基因能在①质粒,②转座子,③整合子等可 移动的遗传元件介导下进行转移并传播。
这些作用靶位结构和功能变化都有可能产生 很高的耐药性。
（3）抗菌药物的渗透障碍
• 抗生素必须进入细菌内部到达作用靶位后，才 能发挥抗菌效能。细菌的细胞壁障碍和(或)外 膜通透性的改变，将严重影响抗菌效能，耐药 屏蔽是耐药的一种机制。
组织建议各国加强细菌耐药性监测，严格执行预 防和控制措施
（二）细菌的耐药机制
概述
产生耐药性有内因和外因两种因素： ① 内因指细菌的遗传因素； ② 外因包括医疗过程中滥用抗生素、饲料中滥加抗生素 和消毒剂的不合理应用等。 细菌耐药机制的研究涉及细菌的结构、生理代谢、生
物化学、遗传学、药理学和分子生物学等多个学科，耐药 机制的研究已深入到分子水平。
（二）抗菌药物的作用机制
抗菌药物必须对病原菌具有较强的选择性毒性作用（有 效性和特异性），对患者不造成损害，没有或具有较低的毒 副作用（安全性）。
抗菌药物可以通过多种途径和作用机制发挥有效的治疗 作用，根据对病原菌的作用靶位，可将抗菌药物的作用机制 分为四类(表5-2)。
了解抗菌药物的机制是研究细菌耐药性的基础，也是临 床合理选用抗菌药物的前提。
四环素类、氯霉素、链 霉素、红霉素、氨基糖 苷类、林可霉素类等
阻碍核酸的合成
抑制DNA或RNA合成而抑制 如利福霉素、博莱霉素
微生物的生长繁殖
喹诺酮类、磺胺药等
1. 干扰细菌细胞壁的合成
细菌(支原体除外)具有细胞壁，其主要组分均有肽聚糖。 β-内酰胺抗生素可与细胞膜上的青霉素结合蛋白 (penicillin-binding protein，PBP) 共价结合。青霉素作用的 主要靶位是PBPs ，两者结合后，可以抑制转肽酶活性，导 致肽聚糖合成受阻，使细菌无法形成坚韧的细胞壁。细菌一 旦失去细胞壁的保护作用，在相对低渗环境中会变形、裂解 而死亡。
特点：
①源于细菌本身染色体上的耐药基因,是染色体介导 的耐药性，是细菌遗传基因DNA自发变化的结果。
②具有典型的种属特异性，可以代代相传，可以预测。 ③耐药性比较稳定，一般对1～2 种相类似药物耐药。 ④耐药性产生与消失与药物接触无关，自然界中这类
耐药菌占次要地位。
（2）获得耐药性 (acquired resistance)
3. 影响蛋白质的合成
抗生素多可影响细菌蛋白质的合成，其作用部 位及作用时段各不相同。
氨基糖苷类及四环素类主要作用于细菌核糖体 的30S亚单位；
氯霉素、红霉素和林可霉素类则主要作用于 50S亚单位，导致细菌蛋白质合成受阻。
4. 抑制核酸合成
抗生素可通过影响细菌核酸合成发挥抗菌作用。 ①利福平与依赖DNA的RNA多聚酶结合，抑制 mRNA的转录。 喹诺酮类药物可作用于细菌DNA旋转酶而抑制细 菌繁殖。 磺胺类药物与对氨基苯甲酸(PABA)的化学结构相 似，二者竞争。
• 作用靶位发生改变使抗生素失去作用靶点和（或） 亲和力降低无法结合，但细菌的生理功能正常。
• 如青霉素结合蛋白的改变导致对β-内酰胺类抗生 素耐药。
常用抗生素的作用靶位
抗生素 青霉素 喹诺酮类 利福平 大环内脂类 克林霉素类 链霉素核糖体
靶位
PBPs DNA旋转酶 RNA聚合酶β亚基 核糖体50S亚基 核糖体50S亚基 核糖体30S亚基S12
在革兰阴性杆菌中，对β-内酰胺抗生素的耐药 性主要由两种β-内酰胺酶介导：
• 超广谱β-内酰胺酶 (extended spectrum β1actamases，ESBLs)
• AmpC β-内酰胺酶
2）氨基糖苷类钝化酶 (aminoglycoside-modified enzymes)
细菌能产生30多种氨基糖苷类钝化酶，并均由 质粒介导。
（一）抗菌药物的种类
抗菌药物的种类多，分类方法也多
包括： 按化学结构和性质分类（表5-1）， 按抗菌谱分类或按作用机制分类， 按产生抗菌药物的微生物分类。
表5-1 临床常用抗菌药物分类（按化学结构与性质分类）
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 其他
类型 β-内酰胺类 大环内酯类 氨基糖甙类 四环素类 氯霉素类 化学合成 多肽类 抗结核药物 抗真菌药物 抗肿瘤抗生素 免疫抑制作用的抗生素
• 质粒传播耐药性受宿主范围限制,尚未发现可在 G+和G-菌中都能复制的质粒。
转座子介导的耐药性
• 转座子(transposon，Tn) 比质粒更小的DNA片段。 • 转座子又名跳跃基因它可以在染色体中跳跃移动，
能够随意地插入或跃出其它DNA分子，实现细 菌间的基因转移或交换，使结构基因的产物大量 增加，使宿主细胞失去对抗菌药物的敏感性。
改变细菌胞壁的通透性 （如形成生物被膜产生渗透障碍或改便通透性）
主动外排机制与细菌分泌系统结构与功能的改变 （如外膜上的药物主动外排系统与细菌的多重耐药性相关）
β内酰胺酶（如对青霉素类、头孢霉素类耐药）
产生钝化酶
氨基糖苷类钝化酶（如对链、卡那、庆大霉素耐药） 氯霉素乙酰转化酶（如对氯霉素、甲砜霉素耐药） 甲基化酶（如对磺胺类药物耐药） 红霉素酯化酶
药物 进入
药物进 入障碍
药物靶位结 构功能改变
药物活化
药物 活化
药物去毒 发挥作用
药物靶位
细菌的分泌系统 药物外排
药物效应
药物外排
药物钝化
药物代谢 失活
图5-1 细菌耐药性的生化机制示意图
（1）钝化酶的产生
钝化酶(modified enzyme)指一类由耐药菌株产生、 具有破坏或灭活抗菌药物活性的某种酶，它通过水解 或修饰作用破坏抗生素的结构使其失去活性,如分解 青霉素的酶或改变氨基糖苷类抗生素结构的酶。
• 获得耐药性指原先对药物敏感的细菌群体中出 现了对抗菌药物的耐药性，这是获得耐药性与 固有耐药性的重要区别。
• 获得耐药性是细菌因多种因素使其DNA改变 导致细菌获得耐药性表型。
• 耐药性细菌的耐药基因来源于： ① 基因突变， ② 获得新基因。 作用方式为接合、转导或转化。可发生于染
色体DNA、质粒、转座子等结构基因,也可发生 于某些调节基因。
细菌耐药性的类型与机制
细菌耐药性 的类型
固有耐药性 获得耐药性
染色体突变 （自发随机突变）
可传Байду номын сангаас的 耐药性
R质粒转移 转座子介导 整合子介导
1. 细菌耐药的遗传机制
根据遗传特性，将细菌耐药性分为两类： （1）固有耐药性 (intrinsic resistance)
固有耐药性指细菌对某些抗菌药物的天然不敏 感，亦称为天然耐药性细菌。