微生物第6章课件.ppt

1 第六章细菌的耐药性 2 抗生素antibiotics 由某些微生物产生的 能抑制微生物和其他细胞增殖的化学物质叫做抗生素 抗菌药物antimicrobialagents 一般是指具有杀菌或抑菌活性的药物 包括各种抗生素 及磺胺类 喹诺酮类等化学合成药物 3 4 目前使用的抗菌药物有上千种 1948年后 陆续发现了许多抗生素 抗生素时代开创了人类战胜细菌的新局面 很多传染病的发病率和病死率大大降低 人类寿命显著提高 5 细菌耐药问题接踵而至 金黄色葡萄球菌对青霉素的耐药率 20世纪40年代仅为1 20世纪末超过了90 全球关注的高耐药多重耐药菌多重耐药结核分枝杆菌甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌 万古霉素耐药金黄色葡萄球菌万古霉素耐药肠球菌多重耐药铜绿假单胞菌 6 7 1941青霉素1960甲氧苯青霉素 半合成 1943链霉素1962林可霉素1945头孢菌素1962喹诺酮类 人工合成 1950四环素1970青霉烯类1952红霉素1980单环 内酰胺类1956万古霉素2010 旧的抗菌药物在淘汰新抗菌药物的开发速度在减慢 8 开发新型抗生素的速度 远没有耐药细菌产生的速度快 照此下去 有专家估计 人类将进入 后抗生素时代 后抗生素时代 无药可用的时代 9 难道后抗生素时代真的会来吗 10 4月9日CCTV 新闻联播 北京大学第一医院呼吸内科收治了一名普通的咳嗽患者 尽管医生竭尽全力为这位患者试用了多种类型的抗生素 都遏制不了病情的发展 最后上了万古霉素 可还是没有效果 患者最终很快就死亡了 究竟是什么原因 在死者家属的同意下 专家们对尸体进行了医学解剖研究 然而检查结果却出人意料 尸体解剖发现他的体内存在着大量耐药菌感染 而目前使用的抗生素对这些耐药菌是没有效的 那么死者体内的那种致人死命的耐药菌又从何得来的呢 原来 他每天在单位食堂吃饭 顾虑单位食堂不干净 可能会有一些细菌在里面 所以每次吃完饭都要吃两粒抗生素 天天吃 日积月累 导致体内形成大量多重耐药菌 11 国内现状 细菌耐药严重 滥用抗生素的总体情况严重 意识淡漠 发展趋势难以预料 12 目前国内抗生素应用状况 应用范围应用类型有疑问的应用人类用住院患者中67 82 20 50 不需要社区80 农业用治疗性 40 80 高度怀疑预防或促生长80 WHO推荐 抗生素医院使用率为30 美英等发达国家医院 使用率22 25 中国卫生部要求抗生素使用在50 以内 13 个人环境人类 14 抗菌药物广泛应用带来的负效应 大量耐药菌株的出现 耐药菌感染问题成为人类在本世纪末面临的新的挑战 不合理使用抗菌药导致机体菌群失调 引起二重感染以及消化不良等症状 医护人员对抗菌药物过分依赖 忽视了抗感染治疗的一般原则 降低了对消毒 隔离 无菌操作等控制感染传播措施的认识 造成了院内感染的流行及抗感染治疗的失败 15 认识细菌耐药的严重性理解细菌耐药性形成的机制了解控制细菌耐药性的形成的措施 16 主要内容 一 抗菌药物的种类及其作用机制 药理学 二 细菌耐药性产生的生化机制三 细菌耐药性产生的遗传机制四 细菌耐药性的防治 17 一 抗菌药物的种类及其作用机制 18 青霉素类头孢菌素类 内酰胺类头霉素类碳青霉烯类单环菌素类 内酰胺酶抑制剂大环内酯类氨基糖甙类四环素类抗菌药物利福霉素类糖肽类合成抗真菌药喹诺酮类磺胺类 人工合成 19 抗菌药物的作用机制 抑制细菌细胞壁肽聚糖的合成增加细菌胞膜的通透性抑制细菌蛋白质合成抑制核酸代谢 20 1 抑制细菌细胞壁合成的抗菌药物 磷霉素 环丝氨酸 万古霉素 杆菌肽 内酰胺类抗生素 抑制肽聚糖的合成的不同阶段 导致细菌细胞壁不能承受细胞内较高的渗透压 菌体崩解死亡 21 三种不同细菌的细胞壁结构比较都具有肽聚糖 22 G 菌细胞壁肽聚糖 G 菌细胞壁肽聚糖 肽聚糖肽链的交联由转肽酶 D 羧肽酶 内肽酶等催化 23 内酰胺类抗生素 内酰胺类抗生素构型与D 丙氨酰 D 丙氨酸相似 竞争性与细胞膜上的转肽酶等结合 干扰侧肽链的交联 致细胞壁结构松散 无法承受胞内渗透压而膨胀破裂 对繁殖期细菌作用强 快速性杀菌剂 青霉素结合蛋白penicillin bindingproteins PBPs 转肽酶 D 羧肽酶 内肽酶等 24 内酰胺类抗生素构型与D 丙氨酰 D 丙氨酸相似 25 内酰胺青霉素类头孢菌素类 头霉素类碳青霉烯类单环 内酰胺类 内酰胺类抗生素的基本结构特征 26 内酰胺类抗生素对不同种细菌的作用主要取决于 抗生素通过胞壁达到膜壁间隙的能力 天然的 半合成青霉素与PBPs结合的能力 对 内酰胺酶水解作用的稳定性 内酰胺类抗生素与 内酰胺酶抑制剂的合剂 27 内酰胺类抗生素对不同种细菌的作用取决于 抗生素通过外膜胞壁达到膜壁间隙的能力 与靶酶PBPS结合的能力 对 内酰胺酶水解作用的稳定性 如何解决不利因素 某些耐药菌能产生 内酰胺酶 可使抗生素在发挥作用之前就被钝化 28 三种不同细菌的细胞壁结构比较 29 30 内酰胺酶抑制剂 lactamaseinhibitor 某些耐药菌能产生 内酰胺酶 青霉素酶 可使 内酰胺抗生素在发挥作用之前就被钝化 内酰胺酶抑制剂与 内酰胺酶有较高的亲和性 使酶灭活是自杀型 不可逆的 内酰胺酶抑制剂本身没有或只有很弱的抗菌活性 但与其它 内酰胺类抗生素联合应用 则可发挥抑酶保护 增效作用 31 2 增加细菌胞膜的通透性 多粘菌素类抗生素具有表面活性物质 能选择性地与细菌胞浆膜中的磷酯结合 能使胞浆膜通透性增加 导致菌体内的蛋白质 核苷酸 氨基酸 糖和盐类等外漏 从而使细菌死亡 32 3 抑制细菌蛋白质合成 氨基糖苷类 四环素类抗生素与细菌核糖体30S亚基发生不可逆结合 抑制蛋白合成 氯霉素 林可霉素和红霉素等大环内酯类抗生素与细菌核蛋白体50S或30S亚基结合 使蛋白质合成呈可逆性抑制 抗菌谱广 G 菌 G 菌 结核杆菌 33 4 抑制核酸代谢 利福平特异性地抑制细菌RNA多聚酶的活性 阻碍mRNA的合成 喹诺酮类抗生素抑制DNA回旋酶 妨碍细菌DNA的复制 磺胺类 甲氧苄啶 乙胺丁醇 异烟肼等 干扰细菌叶酸合成 使细菌不能获得嘌呤以合成核酸 34 抑制复制叉的前行 抑制双螺旋的形成 35 对氨基苯甲酸 磺胺类药物具有一个共同的母核 苯磺酸 与细菌合成叶酸的底物 苯甲酸结构相似 可干扰细菌叶酸的合成 进而影响核酸的合成 广谱抗菌药 苯磺酸 36 抗菌药物的作用机制 抑制细菌细胞壁合成影响胞浆膜的通透性抑制蛋白质合成抑制核酸合成 37 二 细菌耐药性产生的生化机制 细菌产生钝化酶细菌改变抗菌药物作用的靶位细菌降低通透性阻止或减少抗生素进入菌体细菌增强主动外排系统 把进入菌体的抗生素泵出菌体外细菌生物被膜的形成 对药物耐药的特异性 38 1 钝化酶的产生 钝化酶有两种 内酰胺酶 水解酶 如 内酰胺酶可水解 内酰胺类抗菌药物活性分子 氨基糖苷类钝化酶可催化某些基团结合到抗生素的OH基或NH2基上 使抗生素不易与靶位结合 氯霉素乙酰转移酶 39 耐药机制 水解具有 内酰胺环结构的抗生素 生理功能 参与细胞壁的合成由染色体或质粒编码 为诱导型合成 大部分G 菌和G 菌 分枝杆菌中都发现有不同特性的 内酰胺酶 内酰胺酶 最常见的耐药机制 在各种耐药机制中占80 40 1980年 Amble以 内酰胺酶的DNA碱基对为依据 将其分为四类 A组 青霉素酶和超广谱 内酰胺酶 羧苄青霉素酶 非金属碳青霉烯酶等 B组 金属酶或碳青霉烯酶 C组 头孢菌素酶 AmpC酶 D组 青霉素酶 包括邻氯青霉素酶 OXA 苯唑西林水解酶 A组被克拉维酸抑制 B C D组不被克拉维酸抑制 41 G 菌 内酰胺酶 称青霉素酶 常见菌 金黄色葡萄球菌 耐受的抗生素 青霉素G 敏感的抗生素 半合成青霉素 如苯唑西林 甲氧西林 萘夫西林等 头孢菌素 碳青酶烯类抗生素 42 G 菌的 内酰胺酶 在G 菌中发现多种的 内酰胺酶 青霉素酶 超广谱 内酰胺酶 头孢菌素酶金属酶等可由染色体 质粒介导 易于传播 是G 菌最危险的耐药形式 43 氨基糖苷类钝化酶 耐药机制 可修饰抗菌药物分子中某些保持抗菌活性所必需的基团 使其与作用靶位核糖体的亲和力大为降低 分3类 乙酰转移酶 AAC 游离氨基乙酰化磷酸转移酶 APH 游离羟基磷酸化核苷转移酶 AAD 游离羟基核苷化由染色体 质粒编码 可在细菌间转移播散 交叉耐药 一种氨基糖苷类抗生素可被多种钝化酶所作用 同一种酶可作用与几种结构相似的氨基糖苷类抗生素 44 氯霉素乙酰转移酶 耐药机制 使氯霉素的游离氨基乙酰化 使之失去抗菌活性 质粒编码 可在细菌间转移播散 45 2 抗菌药物作用靶位的改变 抗菌药物作用靶位 靶位的变化 靶位的结构发生细微变化 使之与抗菌药物的亲和力降低 靶位的过度表达或缺失 产生新的靶酶 靶位 多由基因突变引起 46 内酰胺类抗生素耐药 PBPs的变化喹诺酮类抗生素耐药 DNA螺旋酶 拓扑异构酶IV变构 氨基糖苷类抗生素耐药 核糖体30S亚基或50S亚基的靶位点发生改变 磺胺类抗生素耐药 二氢叶酸合成酶或二氢叶酸还原酶与磺胺类药物亲和力降低 或靶位酶的合成量增加 47 靶位改变 内酰胺类抗生素耐药 正常PBPs PBP1 PBP2 PBP3 PBP3 PBP4 48 3 细菌通透性的改变 抗菌药物的渗透障碍 原来允许某种抗菌药物通过的孔蛋白通道关闭或消失 或产生新的蛋白阻塞了孔 抗菌药物无法进入细菌内发挥作用 主要见于G 菌 G 杆菌外膜对青霉素G有天然屏障作用对广谱青霉素类 头孢菌素类的耐药 对氨基甙类耐药 对四环素耐药 49 4 主动外排机制 细菌外膜上特殊的药物主动外排系统可对抗菌药物的主动泵出 需能量 由外膜通道蛋白 融合蛋白和胞质膜外排蛋白构成 产生多重耐药性 主要对 内酰胺类 大环内酯类 四环素类 氯霉素类及喹诺酮类耐药在G 菌多重耐药性中起的重要作用 50 多重耐药主动外排泵 51 5 细菌生物被膜的形成 细菌生物被膜细菌菌膜的形成机制细菌菌膜的耐药性机制 52 细菌生物被膜 biofilm BF BF是存在于液体环境中被膜样的细菌群落 由附着于实体表面的细菌细胞及由其自身分泌的含水聚合性基质包裹形成的细菌群落 是一种在液体环境中与游走细胞相对应的细菌群体存在形式 在自然界细菌多以生物被膜存在 可吸附于惰性或活性实体表面 如机体粘膜或生物医学材料表面 53 细菌生物被膜的形成 54 细菌生物被膜的耐药性机制 研究显示细菌生物被膜对抗生素的抗性比浮游菌显著提高 55 细菌生物被膜的耐药性机制 生物被膜对抗生素的屏障作用 生物被膜内特殊的生态环境使细菌对抗菌药物敏感性降低 抗生素的活性减低 表型突变株和耐药株的形成 56 生物被膜 五 五 57 58 三 细菌耐药性的遗传机制 固有耐药性 intrinsicresistance 特点举例获得耐药性 acquiredresistance 产生的方式基因转移的方式基因转移的元件及介导的耐药 59 一 固有耐药的遗传机制 有些微生物天然具有某些独特的结构或代谢 使其对药物不敏感 如支原体无细胞壁 对 内酰胺类抗菌药物天然不敏感 常见革染氏阴性杆菌对氨苄青霉素耐药率为100 其原因为该菌外膜上的孔蛋白通透性极低 60 二 获得性耐药的遗传机制 1 基因突变2 获得外源基因 61 耐药突变株的形成是自发突变加上药物选择的结果 突变若发生在染色体上 则可代代相传 突变若发生在质粒上 则可广泛传播 1 基因突变 染色体上的基因能否转移到质粒上 敏感菌株 耐药菌株 滥用抗生素 长期使用抗生素 细菌可移动的基因元件 62 多重耐药菌株的形成 耐药基因的广泛播散 63 2 外源耐药基因的获得 可传递的耐药性 R质粒的转移转座子介导的耐药整合子与多重耐药 与细菌耐药相关的DNA片段 64 耐药决定子 耐药转移因子 R质粒由耐药传递因子 RTF 和耐药决定子r det组成 65 耐药转移因子 功能与F质粒相似 可编码性菌毛 决定质粒的复制和转移 耐药决定子 决定细菌耐药性 由于R质粒的致育性 可使耐药基因在细菌间广泛播散 R质粒的接合在细菌耐药性播散中发挥重要作用 66 整合子的移动及意义 整合子存在于质粒 转座子或染色体上 可随转座子在染色体和质粒间移动 可随质粒在细菌间转移 基因盒可以被切除和整合 在细菌耐药性播散中发挥重要作用 在细菌多重耐药性的形成中发挥重要作用 67 可在基因组中改变自身位置携带耐药性基因等 利于细菌间基因交换 抗性基因 转座子 transposon Tn 染色体 质粒 68 携带耐药基因的基因元件 质粒 转座子 整合子 噬菌体 通过转化 转导 接合等方式由供体菌转移到受体菌中 细菌获得外源耐药基因 形成耐药株或多重耐药株 耐药基因也因此在细菌间广泛传播 供体菌受体菌 耐药基因 69 耐药菌株产生的关键因素 内因 细菌耐药性形成的遗传机制 耐药基因突变使耐药谱增大 细菌间遗传物质相互交换使耐药基因在细菌间转移和播散 外因 抗生素选择压力增加 对细菌耐药性形成起到诱导和筛选作用 70 敏感菌株 耐药菌株 抗生素对耐药突变株的筛选作用 滥用抗生素 长期使用抗生素 71 食源性动物和人之间耐药菌株的传播 抗生素选择性压力造成耐药菌株的出现和传播 72 合理使用抗菌药物消毒隔离防止耐药菌交叉感染加强药政管理及制定相关法规研制新型抗生素及新的抗感染方法 四 细菌耐药性的防治 73 患者病情病原菌种类抗菌药物的作用特点抗菌药物在体内过程特点 合理使用抗菌药物抗菌药物治疗方案的制定的依据 药物的选择给药剂量给药途径给药次数疗程 大剂量 长疗程 造成对机体的伤害 小剂量 短疗程 诱发耐药菌株的产生 74 抗菌药物治疗性应用的基本原则 只能用于治疗细菌感染针对性经验治疗结合临床 依据临床标本的病原学检查和药敏实验结果调整用药 有多种药物可供选用时 应以窄谱 不良反应少 价廉者优先 有合理的治疗终点或疗程 一般感染待症状 体征及实验室检查明显好转或恢复正常后再继续用药2 3天 就可终止抗感染治疗 依据抗生素的抗菌谱 病原菌的耐药谱及其变迁情况 75 消毒隔离防止耐药菌交叉感染 隔离耐药菌感染患者医务人员检查病人前严格洗手定期检查医生 护士 护工带菌情况控制院内感染 76 第六章细菌的感染与免疫InfectionandImmunityofBacteria 微生物学及免疫学教研室杨维青 77 主要内容 正常菌群与机会致病菌细菌的致病作用宿主的免疫机制感染的发生与发展医院感染 78 一 正常菌群与条件致病菌 正常菌群 normalflora 的概念是正常人的体表和同外界相通的口腔 鼻咽腔 肠道 泌尿生殖道等腔道中都寄居着不同种类和数量的微生物 当人体免疫功能正常时 这些微生物对宿主无害 有些还对人有利 称为正常微生物群或正常菌群 79 正常微生物群 normalmicrobiotia 或正常菌群 normalflora 正常菌群在宿主出生后 接触外界环境即在体内建立并持续存在 有规律地定居于特定部位 总重量约1 5公斤 总数达1014个 正常菌群可视为 人体的正常器官 是宿主正常生理活动不可缺少的重要组成部分 对保持人体生态平衡和内环境的稳定有重