基础微生物学细菌耐药

1,第五章 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 antimicrobial agents ： 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,1943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？,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,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,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 院患者中6782 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 2225中国卫生部要求抗生素使用在50以内.,13,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。,14,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。,15,理解细菌耐药性形成的机制认识细菌耐药的严重性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,第一节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-binding proteins, 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取决于：,抗生素通过外膜胞壁达到膜壁间隙的能力；天然的青霉素不能与靶酶PBPS结合的能力；对内酰胺酶水解作用的稳定性。,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。,27,三种不同细菌的细胞壁结构比较,28,-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； 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,如何解决不利因素？,29,-内酰胺酶抑制剂（lactamase inhibitor）,-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。,30,31,2.增加细菌胞膜的通透性的抗菌药物,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的抗菌药物,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,生化机制遗传机制,第二节 细菌耐药性产生的机制,38,一、 细菌耐药性产生的生化机制,细菌产生抗生素灭活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？,39,1、钝化酶的产生,灭活酶有两种：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,40,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，占各种耐药机制的80%。,41,1980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。,42,G+菌-内酰胺酶,称青霉素酶。共涉及三个基因：bla、blaR1和blaR2。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,43,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 。,44,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。,45,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。,46,2、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，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,47,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 。,48,靶位改变内酰胺类抗生素耐药：,正常PBPs：PBP1，PBP2，PBP3，PBP3，PBP4,49,3、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。,50,4、细菌药物主动转运的耐药机制,细菌对抗菌药物的主动泵出作用（需能量） 主动药物转运（active drug efflux) 或称外排泵系统（efflux pump system)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 。,51,多重耐药主动外排泵,52,5、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,见书72页,53,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。,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）,五,57,58,二、细菌耐药性的遗传机制,固有耐药性（intrinsic resistance） 获得耐药性（acquired resistance） 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？质粒上的基因能否转移到染色体上？,62,金葡菌对苯唑西林高水平耐药，编码青霉素结合蛋白基因突变（MecA） ，表达PBP-2a。PBP2a与内酰胺类抗生素亲和力极低，很少或不被内酰胺类抗生素结合。当其它PBP与内酰胺结合而活性受到抑制时，PBP2a就可替代它们起到合成细胞壁的作用，从而产生耐药性。染色体上编码DNA回旋酶的gyrA基因、qnrA基因突变，引起DNA回旋酶A亚基变构，对喹诺酮类抗生素的亲和力降低。,63,多重耐药菌株的形成？耐药基因的广泛播散？,64,携带耐药基因的基因元件（质粒、转座子、整合子）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,2、外源耐药基因的获得,65,耐药性质粒（drug-resistance plasmid）,编码细菌耐药相关性状接合性耐药质粒，称 R 质粒， 可通过接合方式在细菌间转移。非接合性耐药质粒，称 r 质粒， 不能通过接合方式在细菌间转移。,能通在细菌间转移 ?,诱动或转化,66,抗性基因,转座子,67,5,3,intI,gene2,gene1,整合子结构示意图,attI,A,B,C,P1,P2,P,attC,5端保守区,3端保守区,中间的可变区：1个或多个基因盒（耐药基因、毒力基因）,整合酶基因、重组位点、启动子,68,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。基因盒可以被整合和切除。 切合：游离基因盒通过转化等在细菌间播散 整合：积累基因盒,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。,69,转化(transformation) :游离的DNA片段： 耐药菌溶解后释放出的DNA（质粒、转座因子、整合子）， 抗生素产生菌的耐药基因片段直接进入敏感菌内，其耐药基因与敏感菌的基因发生重组，使敏感菌成为耐药菌。常见于革兰阴性菌间。,70,转导(transduction) :借助于噬菌体将宿主菌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间。是金黄色葡萄球菌耐药性转移的方式。,71,接合(conjugation) :借助于性菌毛，耐药菌与敏感菌菌体的直接接触，将耐药因子(质粒或染色体)转移给敏感菌。由接合传递的耐药性也叫感染性耐药，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。主要出现在革兰阴性细菌中，特别是在肠道菌。,72,73,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,74,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,75,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抗菌药物的“轮休”研制新型抗生素及新的抗感染方法破坏耐药基因,第三节 细菌耐药性的防治,76,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23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。,77,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,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。,78,第六章 细菌的感染与免疫Infection and Immunity of Bacteria,微生物学及免疫学教研室 杨维青,79,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,80,一、正常菌群与条件致病菌,正常菌群（normal flora)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。,81,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。,82,83,正常微生物群(normal microbiot