一直以来，抗生素在治疗细菌性感染、预防疾病传播和将感染的严重并发症减少至最低程度等方面发挥着重要作用，它曾经挽救了无数生命，但也会因使用不当增加耐药细菌的种类和数量。在这场细菌与抗生素的“战斗”中，“知己知彼”成为科学家对付各类新型疾病的不二法门。
近日，中国工程院院士、中国农业大学动物医学院教授沈建忠团队发现了新型替加环素高水平耐药机制，间接地对四环素类药物，尤其是金霉素和土霉素作为抗菌促生长剂在畜禽养殖业中的使用起到了警示作用。相关研究日前发表在《自然—微生物学》上。
筑造健康防御塔
土霉素片、金霉素眼膏，这些名词大家可能都不陌生。作为抗生素药物四环素类的一种，它们的新兄弟替加环素来得可不算早，直到2011年才走入国人的生活。
不过，好戏总是在后头。“姗姗来迟”的替加环素刚出场就展现了惊人的实力，对抑制一些高适应性细菌生长发挥着良好的功效。世界卫生组织（WHO）将其列为治疗临床多重耐药菌感染极其重要的抗菌药物，用于皮肤和皮肤组织感染及腹腔内复杂感染的治疗。
“当前医学临床中多重耐药革兰氏阴性菌对碳青霉烯类的耐药性日益严峻，细菌的‘反击’能力远远超出了人类的想象。多重耐药菌、超级细菌不断击破抗生素为人类健康筑起的‘防御塔’。”论文作者之一、中国农业大学动物医学院教授沈建忠团队核心骨干汪洋博士告诉《中国科学报》，他们开展动物源病原菌耐药性监测已持续多年，“实力显著”的替加环素就是其中的重点监测对象。
“监测工作就像机体防御一样，你需要时刻关注细菌的升级变化，以便及时反应与控制。我们在山东、广东等重点畜禽养殖地区都设有耐药监测点。长期监测结果发现，大肠杆菌对替加环素耐药性都较低，仅需1mg/L的抗生素浓度就可抑制其生长。”他说。
发现新型耐药机制
然而，一切在2017年发生了变化。
汪洋介绍，在某次试验中，他们发现一些动物源细菌对替加环素的最小抑菌浓度由原先的1 mg/L提升到了32 mg/L甚至64 mg/L，这意味着细菌提高了对抗生素的“战斗能力”。
鉴于这惊人发现，他们决定继续对病原菌的替加环素耐药性进行监控。为此，课题组联合江苏省农科院研究人员展开了试验。在猪源样本中，研究人员发现了携带tet（X）基因变异体的鲍曼不动杆菌和大肠杆菌各1株，其编码蛋白分别与已发现的野生型TetX具有85.1% 和93.8%的氨基酸同源性，因此命名为tet（X3）和tet（X4）。
随后，课题组运用功能性克隆、蛋白三级结构预测、分子对接，并辅以蛋白酶动力学、质谱及核磁共振等多种技术方法验证了两类新型变异体对四环素类药物的修饰功能。
在基因可转移性研究中，科研人员发现，tet（X3）和tet（X4）均位于细菌的多重耐药质粒上，可通过接合转移进入肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌和大肠杆菌等临床重要病原菌中。更重要的是，动物试验模型证实了tet（X）变异体可导致临床上替加环素对携带该类耐药基因病原菌感染治疗的失败。
流行病学回溯性调查表明，tet（X3）和tet（X4）在国内动物源和食品源细菌中的平均检出率为6.9%，其中某些地区猪源大肠杆菌的检出率达到了66.7%，且有5株牛源不动杆菌同时携带了碳青霉烯耐药基因blaNDM-1和tet（X3）。另外，课题组还从3株人医临床感染源大肠杆菌和1株鲍曼不动杆菌中检出了tet（X4），虽然检出率较低（0.07%），但其风险不容忽视。
尤其值得注意的是，这两类新型tet（X）变异体还存在交叉耐药性，可介导对传统的一、二代四环素类药物耐药。
“当前，以金霉素、土霉素和多西环素为代表的一、二代四环素类药物是畜禽养殖业中用量最大的抗菌药物，广泛应用于畜禽促生长与感染性疾病的预防治疗。较强的药物选择压力可能会促使tet（X）变异体及其携带菌在畜禽体内及养殖环境中的富集与转移，增加其通过食物链或环境传播的可能性。”汪洋说。
抗生素使用需合理谨慎
尽管替加环素尚未应用到畜禽动物养殖中，但是此项研究对四环素类药物，尤其是金霉素和土霉素作为促生长剂在畜禽养殖业中的使用起到了警示作用。
据统计，世界范围内四环素类药物在养殖动物中的使用占所有兽用抗生素总量的48％，尤其在欧洲、美洲和非洲地区市场占有率排名第一，在亚洲地区仅次于磺胺类药物。
汪洋介绍，多数西方国家仅用四环素类药物治疗和预防动物细菌感染性疾病，明令禁止用作促生长剂，然而在我国却暂未禁止。“不过这是普遍的现象，世界上超过25个国家包括美国在内，都将四环素类药物用作抗菌促生长剂。”
他指出，药物使用最重要的原则是遵守其使用规定。畜禽等在进入市场前需有一定时间的休药期，以便抗生素的代谢排出。不过鉴于层出不穷的抗生素污染，国家农业农村部拟计划在2020年取缔包括四环素类在内的抗菌药物用作促生长剂，仅保留中药类饲料添加剂，以保证畜禽的健康养殖。
“不过这会出现一个问题，即在健康状况下中药可保持养殖动物的稳定生长，但在疾病暴发时，中药类添加剂无法彻底替代抗生素。”汪洋表示，在这种情况下抗生素更应合理谨慎地使用，比如选择只对特定细菌发挥药效而不影响其它正常菌群的药物。未来团队将针对畜禽感染性疾病的精确诊断与治疗开展进一步研究；同时继续评估四环素类抗生素在食品动物中使用的风险。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41564-019-0445-2
18926578588