基础微生物学_细菌耐药

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,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678220%-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.,12,个人环境人类,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,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,15,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,16,一、抗菌药物的种类及其作用机制,17,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,18,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,19,1、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。,20,三种不同细菌的细胞壁结构比较都具有肽聚糖,21,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。,22,-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。,23,-内酰胺类抗生素构型与D-丙氨酰-D-丙氨酸相似,24,-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,25,-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？,26,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,-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。,28,29,（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。,30,3、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主要作用于50S亚基，使蛋白质合成受阻。抗菌谱广：G菌、G菌，结核杆菌。,31,蛋白质合成的过程：,启动阶段：30S与mRNA的结合，形成30S启动复合物50S大亚基与复合体结合，形成70S启动复合体肽链延伸阶段：tRNA肽链终止阶段：肽链的释放,32,4、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，使细菌不能合成核酸。,33,抑制复制叉的前行,抑制双螺旋的形成,34,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（嘌呤、嘧啶的前体）的合成，进而影响核酸的合成。广谱抗菌药。,苯磺酸,35,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,36,二、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？,37,1、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,38,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%。,39,1980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。,-内酰胺酶抑制剂,40,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。,41,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。,42,2、抗菌药物作用靶位的改变,抗菌药物作用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）；,43,对内酰胺类药物的耐药：PBPs的变化对喹诺酮类抗生素的耐药：DNA螺旋酶、拓扑异构酶IV变构。对氨基糖苷类药物的耐药：核糖体30S亚基或50S亚基的靶位点发生改变。对磺胺类药物的耐药：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。,44,靶位改变内酰胺类抗生素耐药：,正常PBPs：PBP1，PBP2，PBP3，PBP3，PBP4,45,3、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。,46,4、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。,47,多重耐药主动外排泵,48,5、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,49,细菌生物被膜的形成,50,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。,51,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。,52,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。,53,生物被膜（五）,五,54,55,三、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,56,（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。,57,（二）获得性耐药的遗传机制,1.基因突变2.获得外源基因,58,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,59,多重耐药菌株的形成？耐药基因的广泛播散？,60,2、外源耐药基因的获得可传递的耐药性,R质粒转座子整合子,与细菌耐药相关的DNA片段。它们可介导耐药基因在细菌间转移和交换。,61,可在基因组中改变自身位置携带耐药性基因等。利于细菌间耐药基因交换。,抗性基因,转座子（transposon,Tn）,染色体,质粒,62,耐药决定子,耐药转移因子,R质粒的接合在细菌耐药性播散中发挥重要作用,63,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。,64,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,65,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,敏感菌株，耐药菌株,滥用抗生素,长期使用抗生素,66,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,67,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。,68,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,69,加强药政管理及制定相关法规，坚决制止在经济利益驱动下滥用抗菌药物；抗菌药物的“轮休即将某些抗菌药停用一段时期后再用，以恢复细菌对药物的敏感性。严格控制非医疗的农、林、牧、副、渔以及饲料的使用。,70,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,71,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,72,一、正常菌群与条件致病菌,1、正常菌群（normalflora)与微生态平衡2、,73,一、正常菌群与条件致病菌,1、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。,74,75,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要作用。,76,人体微生态由正常微生物群与宿主及环境组成。三者在长期进化过程中形成了动态平衡，即微生态平衡。,2、正常菌群与人体微生态平衡,1977年德国VolkerRush首先提出,正常菌群与宿主之间，正常菌群和宿主与环境之间，正常菌群中不同种类之间，始终处于动态平衡状态中。生理性组合。,77,生物拮抗营养作用免疫促进抗衰老抑瘤效应,3、正常菌群的生理学意义,78,肠道菌群的生物拮抗,双歧杆菌、乳杆菌等细菌紧附在肠黏膜的表面，组成了肠道菌群的膜菌群。膜菌群通过占位保护机体。大肠杆菌、梭状芽胞杆菌等细菌主要分布在肠腔中，这些细菌可称为腔细菌。产生细菌素、有机酸、过氧化氢等物质来阻挡或抑制致病菌或条件致病菌侵袭肠黏膜，或进一步侵袭至淋巴结、血流。,79,肠道菌群与食物的消化、吸收及营养,双歧杆菌等益生菌能分泌各种酶，以利于蛋白质、脂肪和碳水化合物的分解；能产酸，并使氧化还原电势下降，有利于铁、钙和维生素的吸收，并能产生维生素B1、B2、B6、B12、烟酸、叶酸等，其维生素K的产量为大肠杆菌的2倍。大肠杆菌能合成维生素K。,80,肠道菌群与胆固醇吸收、胆汁酸代谢,结肠菌群在肠道微生态平衡的情况下，可减少对胆固醇的吸收，降低血液中内毒素的浓度；参与胆汁酸的肝-肠循环；能够代谢胆固醇，产生特异性的中性固醇。研究表明，双歧杆菌、嗜乳酸杆菌制剂可使胆固醇转化为人体不吸收的粪甾醇。人体试验表明，食用含有保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的酸奶可降低血中胆固醇含量的510%，对于治疗和缓解胆固醇血症具有一定的疗效。,81,肠道菌群与机体免疫的关系,肠道菌群作为抗原，可促进免疫系统的发育与功能的成熟，肠道菌群产生的毒性产物具有广谱免疫原性（共同抗原），刺激免疫系统、使机体获得对许多致病菌及其毒性产物的抵抗能力。,82,肠道菌群与机体肿瘤的关系,大肠杆菌、梭状芽胞杆菌、肠球菌、拟杆菌等能促使食物中的亚硝酸盐与胺结合成具有较强致癌作用的亚硝酸胺。然而肠道菌群中的有些菌群如双歧杆菌、乳杆菌等能将亚硝酸胺降解为亚硝酸盐与胺，起到抑癌作用。所以肠道菌群是促癌还是抑癌，关键取决于哪些菌群占优势。在肠道微生态平衡的情况下，抑癌的菌群占优势。,83,正常菌群的生理作用,生物拮抗生物屏障：自然菌膜的非特异性保护（受体竞争）化学屏障：降低pH、氧化还原电势，产生抗菌物质营养竞争：竞争养料免疫作用：免疫促进及疫苗作用。营养作用：抗衰老及抑瘤效应：产生过氧化物歧化酶,清除自由基(O2-);产生自身抑癌产物；激活巨噬细胞等发挥免疫功能抑制肿瘤。,84,4、机会致病菌与人体微生态失调,正常微生物群与其宿主之间、正常微生物群之间，在外环境影响下由生理性组合转变为病理性组合，即微生态失调。不致病的正常菌群成为机会致病菌（opportunisticpathogen)或条件致病菌（conditionedpathogen)。,85,定位转移：菌群失调：长期使用广谱抗生素引起。免疫功能下降：处于营养不良状态、长期使用激素、免疫抑制剂。,微生态失调,86,二、机会致病菌,正常菌群寄居部位的改变（定位转移）大肠杆菌肠道外感染宿主免疫功能降低：处于营养不良状态、长期使用激素、免疫抑制剂。菌群失调长期使用广谱抗生素引起。,87,菌群失调：在某一微生境的正常菌群中细菌的种类和数量发生较大幅度变化而超出正常范围的状态,主要是量的变化，故又称为比例失调。抗生素是引起菌群失调的重要诱因过度使用或滥用,则可能“滥杀无辜”破坏微生态平衡，引起菌群失调。亦称二重感染,即在抗菌药物治疗原感染性疾病过程中,造成体内菌群失调而产生的一种新感染，菌群失调症。,菌群失调(dysbacteriosis),88,二重感染多发生在用药后23周,发生率为2%3%,主要表现为消化道感染，医院内肺炎，尿路感染，败血症等。引起二重感染主要以金黄色葡萄球、绿脓杆菌、大肠杆菌、肺炎杆菌、厌氧菌（如类杆菌）、白假丝酵母菌及深部真菌。常对多数抗菌药物耐药。病人抵抗力因原发病而显著降低，因此，二重感染常难以控制，呈急性状态，病情凶恶，病死率较高。,89,例如，在腹外科手术时，为防止手术后感染，给病人先服用了红霉素和新霉素，使体内需氧菌和厌氧菌的总数降至原来的20%和35%的水平。结果服用抗生素的病人手术后伤口感染率为9%，未服用抗生素的病人手术后其感染率为35%。这是一个好的方面，然而由于采用抗生素后引起有益菌减少的生态空间很快被条件致病菌所充填并引发各种不良症状。,肠道菌群失调引起的消化道感染,90,例如：是当采用氨苄青霉素治疗时，导致有益菌下降，有害菌艰难梭状芽胞杆菌爆发性繁殖，最终引起假膜性结肠炎，再由该菌产生的毒素使得结肠黏膜表面被破坏，发生溃疡、便血及严重性的体重降低等症状。例如：是由于采用广谱性抗生素，导致另一种致病菌金黄色葡萄球菌的大量增加，引起肠炎。,肠道菌群失调引起的感染,91,若发生二重感染,应立即停用正在服用的抗菌药物外,并对检材培养中的优势菌进行药敏试验，治疗.应用微生态疗法:补充正常菌群,92,病例分析,W,21岁,因咳痰、发热而入院,静脉滴注第三代头孢菌素,连用4d,每天6g,无效；第4d换用林可霉素治疗，患者出现寒战,烦躁不安,意识障碍,腹痛,大量水样腹泻,逐渐频繁,并见大量白色膜状物。镜检发现有大量革兰阳性粗大杆菌。问题:所出现的新的疾病最可能是什么?如何治疗该疾病?,93,假膜性肠炎是一种较为严重的抗生素相关性肠炎，临床表现为腹泻，腹痛，发热。常出现在抗生素治疗过程中或停药后12周。假膜性肠炎主要由艰难梭菌引起，艰难梭菌毒素A为肠毒素,引起肠液分泌，毒素B为细胞毒素,引起黏膜损伤和