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学而记

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耐药机制:革兰氏阳性菌改变靶点

作用靶点(Drug Target)的结构突变,使药物无法结合 对 甲氧西林(Methicillin) 敏感的 金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus) 体内有4种原装的 青霉素结合蛋白(PBP) : 青霉素结合蛋白(PBP) 分子量(kDa,kiloDalton) ---------------- ------------------

作用靶点(Drug Target)的结构突变,使药物无法结合

外源性获得完整基因:[[金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)]]

对[[甲氧西林(Methicillin)]]敏感的[[金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)]]体内有4种原装的[[青霉素结合蛋白(PBP)]]:

| [[青霉素结合蛋白(PBP)]] | 分子量(kDa,kiloDalton) | | ---------------- | ------------------- | | PBP1 | 80 | | PBP2 | 73 | | PBP3 | 70 | | PBP4 | 46 | 以上4种PBP对[[甲氧西林(Methicillin)]]的亲和力都很高。

随后[[金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)]]通过[[基因的水平转移(HGT)]]获得了PBP2a,分子量74kDa。PBP2a和[[甲氧西林(Methicillin)]]反应速度极其缓慢,比PBP1~4低上1~3个数量级。在选择压力下,PBP2a脱颖而出。

编码PBP2a的基因是mecA(methicillin resistance gene A),是被其他[[0. 葡萄球菌属(Staphylococcus)]]打包进一个可移动遗传元件中完整地传给[[金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)]]的。随后[[金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)]]将基因整合进[[细菌染色体、DNA]]中,而不是[[质粒(Plasmid)]]这种可抛弃的挂件上。从此变为核心代码,稳定地传给后代。再后来,如果外界没有抗生素,[[金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)]]会自主关闭mecA的基因表达。

而mecA有2.1万个碱基对那么大,这对于遗传物质总共不到300万个碱基对的[[金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)]]来说复制起来也是不小的额外负担。因此在抗生素长期缺失或者外界营养极度缺乏时,[[金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)]]会有小概率把mecA这个基因整个剪下来扔掉。

代价

• 为了保留制造PBP2a的能力,每次细胞分裂,都必须复制一段2.1万~6.7万个碱基对的DNA片段。消耗更多的资源、拖慢繁殖速度。

• mecA这样完整的基因就像外挂硬盘,和自身系统未必完全兼容,可能会出现表达冲突、调控干扰等问题。

• PBP2a主导的[[0. 细菌细胞壁]]建造效率低,致使细菌生长速率下降了20%。

• PBP2a主导的[[0. 细菌细胞壁]]质量差,其[[0. 肽聚糖(peptidoglycan)]]交联得不够致密,导致[[0. 细菌细胞壁]]机械强度大幅降低。14%的菌畸形,如细胞壁厚薄不均、分裂时隔膜结构紊乱等严重的形态学畸变。

捕获耐药基因残片进行基因重组:[[肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae,肺炎菌)]]

[[肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae,肺炎菌)]]的6种[[青霉素结合蛋白(PBP)]]有三种通过外源性基因整合升级成了【嵌合型的[[青霉素结合蛋白(PBP)]]】:

| [[青霉素结合蛋白(PBP)]] | 嵌合型PBP | | ---------------- | ------ | | 1a | √ | | 1b | | | 2a | | | 2x | √ | | 2b | √ | | 3 | | 这些【嵌合型的[[青霉素结合蛋白(PBP)]]】对[[0. β-内酰胺类(β-Lactam Antibiotics)]]亲和力显著降低,从而实现了耐药。

放大自身耐药基因的表达:[[0. 肠球菌属(Enterococcus)]]

[[0. 肠球菌属(Enterococcus)]]天生自带和[[甲氧西林(Methicillin)]]亲和力低的PBP5,但如果一开始用大剂量的[[氨苄西林(Ampicillin)]],还是可以把它杀灭掉。 但随着[[0. 肠球菌属(Enterococcus)]]耐药性越来越强,[[0. 青霉素类(Penicillins)]]用量一加再加。原因是[[0. 肠球菌属(Enterococcus)]]:

• 通过基因调控,大幅提高PBP5的产量

• 进化出了亲和力更低的新版PBP5