抗生素如何起作用，抗生素耐药性如何演变？
抗生素如何起作用，抗生素耐药性如何演变？
抗生素是用于治疗和预防细菌感染的重要药物类型，但其使用受到抗生素耐药性水平日益增强的威胁。
有哪些不同类型的抗生素，它们是如何工作的？此外，抗生素耐药性是如何发展和传播的？
让我们更仔细地了解这些机制。
抗生素如何起作用？
细菌与其他细菌争夺营养物质和空间等资源。一些细菌产生抗生素来抑制或杀死竞争对手，使他们获得优势。1它们针对细菌细胞中对生长、繁殖或稳定性至关重要的特定过程。
我们今天使用的许多抗生素都来自大自然——来自产生化合物以相互竞争的细菌——我们已经利用了这一点。但这些细菌也处于军备竞赛中，并且已经开发出了抵抗抗生素的方法。
让我们更仔细地了解这些机制。
不同类别的抗生素针对细菌的不同特征，如下图所示。例如，β-内酰胺类抗生素，如青霉素，会阻断“肽聚糖层”的产生，这是细菌细胞壁的关键组成部分。这会削弱墙壁，导致细菌爆裂。阿拉伯数字
另一个例子是四环素类药物，它对许多革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌有效。四环素类药物以“核糖体”为靶点，核糖体构建蛋白质，对细菌的生长和生存至关重要。3
细菌如何对抗生素产生耐药性？
不幸的是，细菌会对抗生素产生耐药性。例如，它们可以产生称为“β-内酰胺酶”的酶，分解β-内酰胺类抗生素。6细菌还可以产生蛋白质，将四环素抗生素泵出细胞。7
为了解决这个问题，医生通常会开第二代或第三代抗生素，因为细菌对这些抗生素的耐药性较低。他们还可以开出联合疗法，其中包括抗生素和其他对抗细菌耐药性的药物，例如 β-内酰胺类药物与β-内酰胺酶抑制剂。然而，随着时间的推移，细菌也可以适应这些。
下图显示了抗生素耐药性演变的四种途径。
正如您在插图左上角看到的那样，细菌可以通过“从头创新”产生耐药性，例如自发的 DNA 突变或重排。它们还可以通过“水平基因转移”从其他细菌那里获得它们——这包括结合（直接转移）、转导（通过噬菌体）或转化（从环境中吸收 DNA）。8
耐药细菌还可以与环境中的其他细菌相互作用并影响它们的进化。有时，如果附近的其他细菌产生有助于它们避免耐药性的化合物，细菌也可能能够存活下来。
最后，耐药细菌可以在同一宿主的环境或地方之间迁移。
这些机制使细菌能够快速适应并共享耐药机制，包括在不同物种之间。
耐药机制也可能给细菌带来成本：例如，产生 β-内酰胺酶等酶或维持蛋白质泵会消耗能源或资源，从而减缓细菌生长。8
如果存活抗生素的好处大于成本，那么随着时间的推移，耐药细菌可能会占据主导地位。
但在一些细菌物种中，由于成本或进化限制，耐药性发展缓慢，或者根本没有。例如，梅毒仍然对青霉素敏感，A 组链球菌感染通常也敏感。9
细菌可能继续易感的原因有很多。它们可能缺乏产生酶、泵或其他耐药机制而不损害其生长和繁殖能力的遗传或代谢能力。或者它们可能缺乏通过水平基因转移从其他细菌获得耐药性的能力。这些限制可以减缓或阻止某些细菌种类的耐药性出现。10
尽管耐药性通常在实验室中持续数天到数周，但在个体中进化需要更长的时间（几天到几个月），在人群中传播需要更长的时间（数周到数年）。8
抗生素和细菌之间的军备竞赛仍在继续，因为抗生素会产生选择压力。产生耐药机制的细菌可能更有可能存活、繁殖和传递其耐药基因。
了解这些机制有助于我们通过选择针对特定细菌的最有效抗生素来更有效地使用抗生素。
它还有助于了解耐药性——我们可以看到抗生素耐药性很常见，并且可以在细菌之间共享。但抗生素仍然有效，尤其是在谨慎使用或耐药性会给细菌带来巨大成本的情况下。
最后，我们可以从自然界中细菌和抗生素之间的军备竞赛中学习，例如通过开发使抗生素耐药性非常难以进化的新技术。11