1化学组成和结构介导的抗性(天然抗性)
肠杆菌科的许多菌株不如革兰阳性菌对多种消毒剂和抗菌剂敏感,其原因可能是细胞外层的化学组成及结构不同。革兰阴性菌的胞壁组成复杂,胞壁外膜为此类菌所独有,该膜的化学成分为磷脂、脂多糖和蛋白质。外膜蛋白彼此之间,以及与磷脂、脂多糖及一些肽聚糖牢牢结合,使外膜对细菌起到保护作用 。革兰阳性菌菌壁虽厚,但组成简单,没有外膜〔1〕。以上细菌细胞外层的化学组成及结构特点在细菌对消毒剂的天然抗性方面分别起下列作用。
1.1外膜蛋白的作用
与细菌对消毒剂抗性有关的孔道蛋白是由外膜蛋白组成〔2〕 。比如,绿脓杆菌有大量的特殊渗透通道及溶质低速度扩散的孔道蛋白,使其有较高程度的先天耐药性。Brozel研究绿脓杆菌外膜蛋白(T蛋白)发现,由于它不仅含有半胱氨酸,也含有易受异噻唑酮影响的氨基酸如赖氨酸、精氨酸及组氨酸,故比其它外膜蛋白更易于对异噻唑酮敏感。当T蛋白受抑制时,绿脓杆菌对异噻唑酮产生抗性〔3〕。外膜蛋白是膜的主要功能成分之一,由于其本身特性及在接触消毒剂过程中的适应性改变,会导致细菌对消毒剂产生抗性,但外膜蛋白的作用可能不是主要的。
1.2脂多糖的作用
外膜限制了胞浆分子穿透到细胞外面,也限制环境中分子进入细胞内。膜的疏水性意味着它可能是很多抗菌剂的天然屏障。光滑菌株的外膜上有完整的脂多糖分子,粗糙菌株的脂多糖有不同缺失,因而磷脂常常出现在粗糙突变株的典型膜结构上。有完整脂多糖分子的正常肠杆菌的磷脂可能由脂多糖及外膜蛋白覆盖,以致光滑菌株对疏水性分子的抗性比粗糙菌株强〔4〕。Nikaido等研究表明,对抑菌剂的抗性不一定直接与脂多糖量的变化有关,而是与突变株外膜上的磷脂片段暴露与否有关,磷脂片段暴露的粗糙突变株能使疏水性分子通过细胞壁〔5〕 。Klemerper假设,磷脂在氯己定(洗必泰)通过大肠杆菌外膜过程中有辅助作用。此假设通过下述试验结果得以证实,即:缺磷培养基中培养的大肠杆菌外膜磷脂含量少于缺碳培养基中
培养者,而前者对氯己定的敏感性低于后者〔6〕 。绿脓杆菌对苯扎溴铵(新洁尔灭)的抗性研究表明,敏感及抗性菌的菌壁脂类含量不同〔7〕。
1.3结构的作用
大多数抗菌物质必须进入细菌细胞内才产生抑菌或杀菌作用。为此,它们必须通过细菌外层结构,有时甚至要通过其内膜才能到达细胞内作用点。灭菌剂或防腐剂透过膜进入细菌细胞内会受到各种限制。Grenier等研究发现,胞壁外膜形成的泡对消毒剂的抗性有重要作用。如牙龈紫单胞菌#FK(Porphyromonas gingivalis)FS合成的泡即有保护作用,可吸附氯己定,使其在溶液中浓度下降。脂多糖有利于泡的吸附作用〔8〕。
以上结果表明,某些菌株对特定消毒剂有先天抗性,应根据菌株种类选择消毒剂,以免受先天抗性的影响。
2基因物质介导的抗性
细菌细胞基因的改变可产生获得性抗力,一般可通过突变或从其它细胞得到抗性基因物质。有人研究了质粒在革兰阴性菌和革兰阳性菌对化学治疗剂、无机和有机汞化合物产生抗性中的作用〔9〕。质粒分为窄谱质粒和宽谱质粒。窄谱质粒使细菌对无机汞离子和几种有机汞离子具有抗性,宽谱质粒则使细菌对其余有机汞化合物具有抗性。质粒可携带专门的抗性基因。如肠杆菌科细菌的质粒携有对抗生素的抗性基因,某些菌的质粒中携有对汞、钴、镍离子和硝酸盐的抗性基
因〔10〕。Brown证明,金黄色葡萄球菌对汞离子的抗性及大肠杆菌对甲醛的抗性均有其相应的基因,同时还证明对重金属离子、六氯双酚、甲醛、苯扎氯铵(洁尔灭)及氯己定的抗性是由质粒介导的〔11〕。Belliveau证明,使仙人掌杆菌产生对汞抗性的诱导性汞还原酶是质粒编码的〔12〕。
有的质粒可以转移,有的则不能转移。Mchugh等从一用硝酸银处理的烧伤病人体分离到对
硝酸银、氯化汞和某些抗生素有抗性的鼠伤寒沙门氏菌。在试管进行配对试验表明,其抗性能转移到大肠杆菌〔13〕。而从使用硝酸银治疗的烧伤部位分离出的2株抗硝酸银菌,含有对羧苄青霉素、卡那霉素等具有抗性的质粒,但其对硝酸银的抗性不能转移〔14〕。由于质粒的转移作用,在用消毒剂处理伤口时要时刻注意抗性的转移,以防产生抗性菌株。
Morby研究了基因片段与抗性的关系。从绿脓杆菌分离得到的易位子Tn501有二个与对汞抗性有关的基因片段,即merT与merP。merT的第一个跨膜区的cys-24及cys-25,对跨细胞质膜的汞离子转运是必要的。merT的Cys-76-ser、Cys-82-ser或Cys-38-Asp的突变,或merP的Cys-36-ser突变,导致对汞离子的转运减少或有抗性,merP的Cys-33-ser突变似乎限制了merT对汞离子的转#O
&运〔15〕。Raymond 指出,位于大肠埃希氏菌染色质基因片段的tehAB可介导对亚碲酸盐的抗性,且此抗性是高复制率质粒的过度表达所致,并且tehAB片段的过度表达可对氯化四苯基磷、龙胆紫、原黄素等产生抗性〔16〕。Leelaporn等研究从医院分离的凝固酶阴性的金黄色葡萄球菌对灭菌剂、消毒剂的抗性,指出,细菌抗性与负责使多种药物排出的基因有关〔17〕。
Kummerle等研究了大肠埃希氏菌VU3695对甲醛的抗性机制指出,该菌其抗性是由4.6 kb的
质粒介导的,此质粒包含着对甲醛抗性基因片段,已明确其基因顺序是一个简单的导致产生甲醛脱氢酶的1107bp可译框。并证明了大肠埃希氏菌VU3695及肠杆菌科的其它菌对甲醛的抗性机理,均是高水平的甲醛脱氢酶对甲醛的分解〔18〕。由突变基因所产生相对应的抗性物质,使细菌对有关消毒剂的抗性较持久。抗性基因的出现常由于细菌多次接触消毒剂,经亚致死量消毒剂作用所致。因此,在应用消毒剂时,以大剂量一次将菌全部杀死为宜。此外,细菌在长时间脱离接触某消毒剂后,对该药的抗性可能会消失,故最好几种消毒剂交替使用。
3选择性压力的作用
此作用可产生抗性突变株。Kurihara研究178株临床分离的绿脓杆菌对氯己定与苯扎溴铵的抗性及诱导抗性时发现,研究的菌株对氯己定均敏感,试管内也不能诱导产生抗性;对苯扎溴铵敏感的150株中,6株在试管内能诱导产生对苯扎溴铵的抗性。该现象说明,绿脓杆菌对苯扎溴铵的抗性能诱导产生,但抗性获得率很低〔19〕。Yu等用汞离子抗性操纵子Lac-Z的融合,汞离子诱导酶merA基因的点突变及互补作用等的研究表明,汞离子浓度可决定转录作用的激活。对汞离子诱导酶被激活的细胞,汞离子浓度为毫微克分子时操纵子可表达;而在汞离子诱导酶被人工抑制情况下的细胞,当汞离子浓度为微克分子时操纵子才能有效的表达〔20〕。只要有消毒剂,细菌就会受到选择压力的作用。因此,选择压力在细菌对消毒剂抗性中的作用是不容忽视的。
4结语
上述对细菌抗消毒剂机理的研究,已初步揭示了外膜及基因物质在细菌产生抗性中的作用。但其中仍有一些问题认识尚不统一。例如,对内膜决定抗性机理中的部分结论;在质粒介导性方面,Nagai等认为对多种消毒剂有抗性的菌,质粒可能不起作用〔21〕;对消毒剂抗性与对抗生素抗力的相联关系方面亦存在不同看法等等。这些不同意见,是否与研究中的对象及条件选择不同有关,抑或有其他原因,均有待进一步深入研究以展示其真象。
参考文献
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〔2〕Hammond SM, Lambert PA, Rycroft AN. The Bacterial Cell Surface. London: Croom Helm, 1984.
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〔6〕Klemperer RMM, Ishmail NTA. Effects of R- plasmid RP1 and mutrieny depletion on the resistance of Escherichia coli to cetrimide, chlorhexidine and phenol. J Appl Bacteriol 1980; 48 : 349.
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