解惑:抗生素,超级细菌,人类与细菌的生存竞赛

细菌想要存活,人类也是如此——二者都想要保护自己、免受对方侵害,这是一场没有休止的竞赛。”-西交利物浦大学抗生素领域学者张潜博士

假如你在切洋葱的时候划破了手,或许你会贴上一张创可贴,一个小小的伤口并不会引起我们的重视。

第二天,伤口出现了感染的迹象——肿胀、微微化脓。但没关系,你只需要去找医生开些抗生素,就不会有大问题,甚至下周的时候你可能连发生过这件事都想不起来。

但是如果药不管用怎么办?如果引发感染的细菌对抗生素有耐药性,又超出了身体的自然防御能力,接下来会发生什么呢?

耐药性细菌导致的死亡数量每年都在增加,世界卫生组织将其列为“全球健康的最大威胁之一”。而不幸的是,抗生素的开发速度落后于细菌耐药性的发展,且难以追赶。我们现在使用的大多数抗生素都是五十多年前发明的。

为什么抗生素的研发停滞不前?抗生素开发的前景如何?耐药细菌导致的死亡不断攀升,背后原因何在?我们是否注定要进入“后抗生素时代”,哪怕常见感染或小伤口都能危及生命?

我们将通过这篇文章试图解答上述问题,并阐明为什么我们要在生存竞赛中与细菌正面交锋。

什么是抗生素?它们的作用机制是什么?

抗生素是能抑制、杀死细菌的化学物质,并且能够治疗感染。

目前使用的抗生素有多种作用机制。有些破坏了细菌的外部保护层,从而杀死细菌;还有的通过阻断细菌赖以生存的重要环节从而抑制细菌的作用方式。

有的细菌外部有膜包覆,如革兰氏阴性菌,使得抗生素很难进入细胞(下图)。因此一些药物无法进入细菌干预细菌的生长或繁殖,使得抗生素失效。革兰氏阴性菌引发了大多数抗生素耐药性导致的死亡。

革兰氏阴性菌的外膜能阻隔目前使用的很多数抗生素,使其对该细菌失效。20多年来,几乎没有发现任何帮助抗生素避开该外膜的新机制。

有时,在针对顽固细菌的联合疗法中,会使用两种及以上的抗生素。这类方法在败血症和肺结核的治疗中很常见。

联合用药能够降低产生耐药性的可能,因为即便细菌对一种抗生素产生了耐药性,另一种药物仍可以杀死细菌。然而,这类疗法也有相当的局限性。主要问题是,两种药物需要同时达成各自的目标和最佳浓度,这一点很难实现。因为每个人的身体吸收和输送药物的方式各有不同,使细菌有机会躲过这类疗法。

什么是抗生素耐药性?什么是超级细菌?

细菌繁殖速度快、突变率高,所以在用抗生素治疗感染时,“罪魁祸首”的细菌可能会发生突变。而突变又可能在存活的细胞中传播和繁殖,使得一众细胞都具有耐药性。对多种药物都具有耐药性的细菌称作“超级细菌”。

张潜博士在西交利物浦大学从事抗生素的研究,他说:“无论何时,只要对细菌使用抗生素,产生耐药性只是时间问题。幸运的是,大多数细菌都需要数年才能产生耐药性。然而,有些却在短短几个月内发生,甚至是在感染一个人的过程中就能产生。”

为什么耐药性愈发强大?

抗生素耐药性是由多种因素引发的,包括缺乏价格合理的优质药物、对耐药性缺少认识和了解、执法不力,以及在人畜的治疗中过度使用、滥用抗生素。

人类也需要更快速的诊断检测,获得有关感染的详细信息。现在我们去看医生的时候,只需要验血就能快速确诊细菌感染。而挑战在于由于缺少更为详细的信息,医生开出的抗生素缺乏针对性,例如如何确定引发感染的细菌种类,器官被感染的具体位置,而这又回导致细菌突变,从而产生耐药性。

在人类对抗抗生素耐药性的竞赛中,还有一个问题,即今天我们使用的抗生素大多数都是在上世纪30到60年代发明的。自2000年以来,仅开发了六类新的抗生素,且没有一种对革兰氏阴性菌有效。这主要是因为抗生素的研发缺少资金。

张潜博士之前曾在一家制药初创企业工作,他表示:“金融市场对药物研发有很大的影响。新药研发获取资金越来越难了,尤其是在研发后期,比如临床试验和上市阶段,都需要政府和大公司的资金支持。”

我们需要担心吗?

根据近日发表在《柳叶刀》上的研究,包含抗生素耐药性在内的抗菌素耐药性(AMR),是全球主要的死亡原因。研究表示,2019年,每天有3500人死于细菌对抗生素的耐药性——比疟疾或艾滋病造成的死亡还要多。而这一数字预计只增不减。根据英国政府委托的报告,到2050年,AMR将导致多达1000万人死亡。因此,世卫组织将AMR列为人类面临的全球十大威胁之一。

还有希望吗?未来会怎样?

抗生素耐药性与日俱增,而又缺乏新的抗生素应对威胁。因此,人类需要综合所有可能的手段来应对耐药性。

研究人员正努力开发针对细菌不同组成部分和存活方式的新型抗生素。其中,西浦的张潜博士和Sekar Raju博士就正在研究一种前景乐观的策略:偶联抗生素。这类药物由两种现存的抗生素组成,通过化学链接形成了新的单一药物,可能实现帮助应对抗生素耐药性,且可能有效治疗革兰氏阴性菌的潜力。

想要更好地了解细菌和抗生素背后的机制,就需要针对抗生素研究的不断投资。人工智能也将在其中发挥重要作用,因为人们已经在使用机器学习算法帮助发掘新药。此外,政府也需要严格监管抗生素的生产、销售和使用。最后,提高对抗生素耐药性的危险和原因的认识,对于应对这一全球威胁至关重要。只有如此,人类才能赢得与耐药细菌的竞赛。

减少抗生素耐药性风险,你该怎么做?

  1. 不要滥用抗生素。服用前请咨询医生。医生会帮你检查是否患有细菌感染。
  2. 不要将自己的抗生素药物分享给他人。
  3. 完整服用整个疗程的抗生素,不要提前断药!

Scanning electron micrograph of methicillin-resistant Staphylococcus aureus bacteria (yellow) and a dead human white blood cell (coloured red)

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(黄色)和死亡的人类白细胞(红色)的扫描电子显微镜图

更多信息请访问世卫组织、粮农组织和联合国的抗生素相关网页。

记者: Catherine Diamond 和王璐谣

编辑:Patricia Pieterse和寇博

翻译:韩香音

来源:西交利物浦大学