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细菌是怎样获得耐药性的?

经过几十年的潜伏和发展,耐药性细菌的问题已经到了大爆发的前夕。人类对抗传染病的未来阴云密布,耐药菌成为我们和我们的下一代将要面临的一个严重的健康问题。

        1945年,英国科学家亚历山大·弗莱明因为发现青霉素而分享诺贝尔生理学和医学奖。在获奖感言中,他预测会出现耐药性细菌。出乎人们意料的是,这个预言很快成为了现实。随着抗生素的相继问世,耐药菌不断出现且越趋越烈。每一种新的抗生素出现后没有多久,就会出现针对该抗生素的耐药性细菌,使得近代制药业在很大程度上成了和耐药性细菌之间的竞赛。

        耐药性细菌的出现和抗生素长期广泛使用有关,特别是抗生素滥用。这一点很容易理解,因为抗生素大规模滥用、抗生素低剂量使用等,筛选出具有耐药基因的细菌——不耐药的细菌都被杀死了,使得耐药性细菌具备了生存优势。但是仅仅如此,细菌耐药性问题并不会如此严重,导致耐药菌泛滥的真正原因在于细菌之间的基因交换

过去几十年,抗生素耐药菌主要在医院内存在,现在则开始在健康人群中出现。以美国为例,每年有200万例耐药菌感染,其中有些无药可治,导致23000人死亡。另外一些国家包括中国,抗生素耐药问题更为严重,只不过没有谁去认真统计过。

抗生素耐药菌的形成首先得益于细菌本身的变异。细菌基因变异比例大约是3%,这是微生物这种低级生物在基因合成时出现的错误。其中大部分变异对细菌本身并没有好处甚至有害,这些无益变异或者没有保存下来,或者不被人们注意。其中有很小比例的基因变异是有益变异,大约0.5%。这些基因变异有很多是耐药性基因变异,使细菌能够抵抗抗生素的毒性,所以对于细菌来说,可以增强其生存和适应能力。

这些变异的比例虽然很低,但细菌繁殖周期极短。在12小时内,一个细菌就会导致2亿3000万基因变异,其中150万有可能对细菌的生存和适应有益;其中只要有少数几个存在下来,就有可能使得这种细菌获得某种耐药能力。

其次,细菌不仅能够在同种之间进行基因交换,还能在同属之间、同科之间、同目之间和同门之间进行基因交换,也就是说,天下细菌之间都能够进行基因交换。

对转基因安全的顾虑之一就是这种基因交换,其实大可不必顾虑。因为人类的基因交换只能通过生殖,而且局限于同类。人和同科的猩猩之间都不可能有基因交换,更不要说和同目的猴子交换了,半人半猴、半人半猩猩是不可能出现的。稍稍高级一点的动物都不会这么随便地接收外来基因的,也只有细菌这种低级生物才能进行如此广泛的基因交换。

正因为能够交换基因,细菌获得耐药性的主要途径并不一定是自己的基因变异出来的,而是可以通过交换基因获得的。一旦耐药性基因在细菌界存在,就可能通过基因交换而广泛存在,相当于流行病,这才是耐药性细菌最可怕之处。

细菌基因交换有不少意想不到之处。例如科学家发现,雨水会把耐药菌冲到湿地,和生存在那里的细菌进行基因交换,使得很多自然存在的细菌具备了抗生素耐药性。如果其中有对人类致命的细菌的话,就会成为一种很凶险的潜在危险。如果人感染上这种已经具备了耐药性的细菌,很可能无药可治。

除了这种自然界的细菌耐药性基因交换外,还有人体内的基因交换。人的肠道中生存着各种细菌,婴儿出生后,会从母体和环境中获取细菌,形成自己的肠道菌群。肠道菌群的形成要花2~3年时间。如果婴幼儿过度使用抗生素,在耐药性细菌越来越多的情况下,儿童的肠道中就会存在耐药性细菌,并可能通过基因交换而占据主导地位。虽然这些细菌对人体是无害的,但当致病菌进入肠道并和耐药性肠道菌群进行基因交换的话,就会在人体内形成致病性耐药性细菌。

有一种耐药性很强的细菌是金黄色葡萄球菌,对甲氧西林耐药,被称为MRSA(Methicillin-resistant S. aureus)。金黄色葡萄球菌感染通常只有皮肤症状,但5~10%的感染者因为细菌入血,其症状严重到威胁生命。美国一年有将近10万名严重MRSA病人,其中19000人死亡,超过艾滋病死亡人数。

        金黄色葡萄球菌存在于人的体表,绝大多数是无害的,很多MRSA感染者是无症状的。严重的MRSA感染中,90%是通过接触无症状病菌携带者而被感染的。感染场合主要是家庭内部,其次是学校,因此控制MRSA感染和扩散要从日常生活入手。

另外一个来源是家畜。研究发现,接触家畜、家禽或者从事饲养业者,更有可能携带耐药性细菌。猪粪也是一个重要来源,所以使用农家肥会扩散耐药菌。因为家畜、家禽被喂食了大量的抗生素,导致耐药菌出现;而家畜、家禽居住很拥挤,使得耐药基因在动物中广泛存在。其中有些耐药菌或者通过接触,或者通过动物粪便传给人,这些耐药菌可以使得人类得病。

要解决这一传播源,就要避免饲养业抗生素滥用。美国生产的抗生素8%用在饲养业上,中国的情况更为严重。目前有关专家呼吁FDA等部门立法,不要给没有生病的动物喂抗生素,因为这对人类的健康是一种巨大的威胁。但做到这一点不是一朝一夕之功。面对这种情况,使用农家肥的有机农业就成为耐药菌从动物传给人的一个不容小觑的途径。

耐药性基因是细菌适应环境的一种方式,是抗生素出现的后果。经过几十年的潜伏和发展,耐药性细菌的问题已经到了大爆发的前夕。人类对抗传染病的未来阴云密布,耐药菌成为我们和我们的下一代将要面临的一个严重的健康问题。

作者:京虎子

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