细菌耐药性和抗生素效价的研究

抗生素在如今的社会中已经得到广泛的应用，那么抗生素在细菌中发挥作用的机理是怎样的呢？本篇综述主要叙述了抗生素对于细菌生长的影响的三个方面。

抗生素治疗的靶点

(一)   抗生素作用于细菌之后，改变了细菌的正常代谢，致使细菌生长停滞或者导致细菌死亡。

再过去的几十年间，抗生素效价与细菌的生长速度有一定的正相关性已经得到了证实。在治疗结核分枝杆菌的过程中，研究人员就发现了细菌生长过程对于抗生素的治疗有一定的相关关系。抗生素的杀菌机制主要在与抑制某些细胞内的代谢进程，如细胞生物膜的生物合成，DNA的复制，转录以及某些蛋白质的合成。于是近年来科研人员就把研究细菌代谢放在抗生素效价之前研究。例如抗生素对结核分枝杆菌的效价就取决于环境中的溶解氧的浓度，溶解氧的浓度越大抗生素的效价就越高。另外，有研究表明，抗生素作用于结核分枝杆菌中的dCTP，并使之氧化，这也提高了抗生素的效价。但是dCTP的氧化不仅出现在DNA复制 受阻的细胞中，也存在于用利福平和链霉素这些不是主要抑制DNA复制机制的药物中。抑制ATP合成酶的杀菌抗生素的作用机制已经证明是补偿细胞内某些依赖能量的代谢受阻的结果。当然这些并不只是发生在结核分枝杆菌中，在大肠杆菌和金黄色葡萄球菌中也得到了证实。某些抗生素诱导细胞产生大量自由基，这些自由基和细胞大分子物质发生反应，破坏了细胞内的大分子物质，最终导致细胞死亡。杀菌抗生素的作用会使细菌产生无效循环，增加代谢，造成细菌细胞内资源的浪费，致使细菌死亡。有些抗生素即使从细胞内移除后任然可以发挥杀菌作用，虽然机制还没有搞清楚，但是增加代谢活性和大分子损伤的能量无效循环会在杀菌药物接触到细菌时杀死细菌。

抗生素的作用机制主要在于增加代谢活性，而抑菌素的机理则是抑制细菌代谢活动的进行。用抑菌剂处理大肠杆菌会使细菌的呼吸减慢。当抗生素和抑菌剂共同发挥作用时，对细菌的影响和抑菌剂的一样。如，用氯霉素和喹诺酮类处理大肠杆菌，会导致细菌停滞并不是死亡。

(二)   细菌内部的代谢状态影响了对抗生素的敏感性。

抗生素的抑菌和杀菌作用

抗生素可以改变细菌的代谢状态，反过来细菌的代谢也会影响它对抗生素的敏感性。细菌生长的稳定期的特征是细菌的代谢活动受到抑制，资源枯竭，以及对抗生素的耐药性增加。比如，大肠杆菌在进入到稳定期是ATP的浓度显著降低，和营养充足的大肠杆菌相比，碳缺乏型的细胞中的琥珀酸和谷胱甘肽含量明显降低，这和用抑菌剂处理的结果是一致的。在用抑菌剂处理细胞后发现细菌的呼吸速率降低，并且代谢下游的糖酵解，糖异生三羧酸循环等都受到了抑制，并积累ATP, ADP, AMP, NADH以及中心碳原子。那么抑菌剂是如何同时降低代谢和积累细胞内的代谢物浓度呢？可能在于全球的能量流动。细胞没有足够的资源产生腺苷酸来进行代谢活动的驱动，导致细菌代谢降低，抑制了细胞内大分子物质的积累，从而减少了没有使用的代谢产物的积累。如用氯霉素处理细菌会导致细菌的代谢活性降低，氨基酸，核苷酸和脂质等物质的积累，利福平的作用也是这样。这些物质还可以抑制细胞周期的下游过程，导致了杀菌抗生素的效价降低。事实上，由于药物在通过生物膜的过程中具有不透过性，因此插入细胞膜的细菌很难被根除，生物膜从边缘到中心有对氧气的利用率的梯度，导致大多数位于生物膜内的细菌处于休眠状态。

(三)   通过改变细菌的代谢状态提高抗生素的效价。

添加某些物质调节细菌的代谢活性可以改变抗生素的效价。大肠杆菌中添加大庆霉素和糖酵解代谢产物可以杀死大肠杆菌的效果比单独使用大庆霉素的效果好。事实上，这些代谢产物激活了电子传递链的进行，增加了氨基糖苷的吸收，从而提高了细胞内的抗生素浓度，蛋白质的生物合成在某些代谢活动受到抑制的情况下也可以进行。这也一方面说明了氨基糖苷类可以作为抗生素的添加剂来增强抗生素的杀菌作用。在自发产生卡那霉素抗药性的迟钝爱德华菌LTB 4细胞和野生型细菌相比缺乏丙氨酸和葡萄糖，而这两种中的任何一种都可以和卡那霉素联合使用增强抗生素的杀菌效价。这种作用机制也是通过代谢活动的增强来增加对抗生素的吸收。但是与此同时，利用添加丙氨酸和葡萄糖增加卡那霉素的效价对其他耐药性细菌的治疗不起作用。除了代谢产物可以增加抗生素的效价以外，还有其他方法可以和抗生素协同发挥作用。如，福喹诺酮与葡萄糖和某些末端电子受体可以杀死大肠杆菌，这种作用机理是损坏了呼吸代谢，这与添加代谢物阻遏的作用机理不同。在培养基中添加嘌呤或者嘧啶都可以增加代谢活动，有助于抗生素对细菌的杀灭。添加嘌呤尤其是腺嘌呤补充剂可以刺激嘌呤等生物合成，增加ATP的需求。添加嘧啶尤其是尿嘧啶会降低嘧啶的合成，导致PRPP的积累，刺激了嘌呤的合成。因此，通过外源添加某种代谢物可以增强抗生素的杀菌作用，通过调节细菌的代谢可以克服细菌耐药性的产生。

通过对各种组学的研究，发现代谢调节可以改变细菌的抗药性和敏感性。添加特定的代谢佐剂可以增强抗生素的杀菌能力。当敲除大肠杆菌的特定基因后会增加其对环丙沙星的敏感性，但是这与非常生长对环丙沙星敏感的突变株的抑制条件不同。有些药物可以破坏细菌的细胞膜而增加抗生素的敏感性导致细菌的死亡，这种药物有严重的毒性，会对人体造成伤害。所以，设计细菌特异性的药物是分产关键的。环丙沙星的抑菌作用主要发生在一个特定的细胞亚群中，通过改变大肠杆菌的DNA复制并导致急救修复。事实上利用人类共生的微生物来进行细菌感染的治疗是非常有效的方法，这是因为微生物之间的相互作用，但是具体的原理还没有证实，但是这可以为治疗细菌感染提供一个新思路。另外，学科交叉在如今的研究中心也发挥着重要的作用。

克服抗生素耐药菌的途径