抗生素

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自從1929年亞歷山大·弗萊明偶然發現青黴素以來，市場上已經出現了多種抗生素，它們對各種各樣的細菌病原體有效。這些抗生素的作用方式不同，有的影響細胞壁合成，有的影響蛋白質合成，有的影響核酸合成。儘管一度被認為是“神奇子彈”，但許多常用的抗生素現在對某些病原體無效了。這是由於這些病原體產生了抗生素耐藥性，原因是在不同環境中濫用抗生素。本文試圖探討抗生素的性質、作用方式以及細菌抗生素耐藥性現象。

什麼是抗生素？

微生物，特別是細菌，會導致人類和其他動物的一些致命感染。因此，控制它們勢在必行。“抗生素”一詞意為“對抗生命”。從這個意義上說，抗生素被定義為抑制生物體（特別是細菌）生長的藥物。抗生素是由許多真菌和細菌菌株在其自然環境中作為防禦機制產生的抗菌化學物質。這些物質已被用來對抗感染人類和其他動物的致病菌。這些物質已知可以殺死或減緩致病菌的生長，因此具有重要的醫學意義。

儘管大多數抗生素都是天然提取的，但如今許多抗生素都是天然存在的抗菌化學物質的化學衍生物。例如，青黴素G已被用來合成各種其他青黴素。

抗生素的用途

抗生素在各種不同的環境中使用，包括：

• 在醫院和治療機構中治療疾病並在手術後預防細菌感染。

• 在食品生產中使用——對牲畜進行治療以促進生長和抗病能力。

• 對作物和樹木進行處理以防止細菌感染的發展。

• 水產養殖。

  有趣的是，幾乎60%的抗生素都用於農業。

抗生素的型別

• 根據抗生素對細菌的影響，可以將其分為殺菌劑（殺死細菌）和抑菌劑（抑制細菌生長和繁殖）。

• 抗生素可能是廣譜的或窄譜的，這取決於不同細菌群對其的敏感性。窄譜抗生素僅對革蘭氏陽性菌或革蘭氏陰性菌有效。另一方面，廣譜抗生素對這兩類細菌都有效。

• 根據其性質，即天然或合成：

1. 天然抗生素	I. 細菌來源 1. 鏈黴菌屬：鏈黴素、兩性黴素B、卡那黴素、新黴素、氯黴素 2. 單孢菌屬：慶大黴素 3. 芽孢桿菌屬：桿菌肽 II. 真菌來源 1. 青黴屬：青黴素G、灰黃黴素 2. 頭孢菌屬：頭孢菌素
2. 合成抗生素	在實驗室環境下製造 例子 磺胺類藥物、 氯黴素、 環丙沙星、 甲氧苄啶、 異煙肼、 氨苯碸等。
3. 半合成抗生素	來源於天然來源，透過新增化學基團進行修飾 例子： 氨苄西林、甲氧西林、羧苄西林等，均來源於青黴素G

• 根據作用機制，抗生素可以分為以下幾類：

序號	作用機制	抗生素示例
1	抑制細胞壁合成（破壞肽聚糖合成）	青黴素、頭孢菌素、萬古黴素及其衍生物
2	破壞細胞膜（透過在細胞膜中形成孔）	多粘菌素、達託黴素等。
3	抑制蛋白質合成（透過鏈終止或合成完全抑制）	氨基糖苷類、四環素類、大環內酯類、氯黴素等
4	抑制DNA合成	喹諾酮類和氟喹諾酮類、利福平
5	抑制RNA合成	利福平、放線菌素
6	抗代謝物（主要透過靶向葉酸合成）	磺胺類藥物、異煙肼、氨苯碸、甲氧苄啶

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抗生素示例

抗生素通常根據其結構組成進行分類。在此基礎上，我們有以下示例：

• β-內醯胺類——頭孢菌素、青黴素等。

• 氨基糖苷類——鏈黴素、卡那黴素、慶大黴素等。

• 四環素類——四環素、多西環素等。

• 大環內酯類——紅黴素、阿奇黴素等。

• 喹諾酮類——萘啶酸、環丙沙星等。

• 磺胺類藥物——磺胺、磺胺甲惡唑等。

• 多肽類——萬古黴素、桿菌肽等。

抗體在抗生素中的作用

抗體是由免疫系統響應病原體入侵而產生的蛋白質。已知抗生素藥物可以調節宿主對病原體的防禦能力。免疫調節是指抗生素觸發宿主免疫系統對抗病原體。因此，抗生素對抗體的活性有積極影響。免疫功能低下患者的恢復情況表明，個體的恢復依賴於抗體和抗生素的共同作用。

抗生素可以改變細菌結構並暴露出抗原的表位，從而促進抗體的作用。此外，抗生素可能有助於減少或抑制某些毒力基因的表達，否則這些基因會抑制免疫反應。因此，抗生素與抗體相結合有助於減少免疫系統引起的炎症反應。在最近的研究中，抗體-抗生素偶聯物 (AAC) 已顯示出其對抗致病菌的作用，對金黃色葡萄球菌感染有效。

什麼是抗生素耐藥性？

抗生素耐藥性是指細菌能夠存活（抵抗）對抗其使用的抗生素的作用。這種不被抗生素殺死或不受影響的細菌細胞被稱為耐藥菌。細菌會受到環境中存在的抗生素施加的選擇壓力，從而促進耐藥菌種的生存和繁殖，而敏感菌種則被淘汰。抗生素耐藥性是指細菌能夠存活（抵抗）對抗其使用的抗生素的作用。這種不被抗生素殺死或不受影響的細菌細胞被稱為耐藥菌。細菌會受到環境中存在的抗生素施加的選擇壓力，從而促進耐藥菌種的生存和繁殖，而敏感菌種則被淘汰。

細菌產生抗生素耐藥性的原因包括但不限於：

• 抗生素的濫用，包括患者的濫用處方和自行診斷。

• 不適當的處方，例如對病毒感染開抗生素。

• 未能完成整個療程的抗生素，導致耐藥菌的存活。

• 在牲畜飼料中非治療性地使用抗生素作為生長促進劑。

• 同種和不同種細菌之間抗生素耐藥基因的水平轉移。

抗生素透過靶向細菌靶細胞的細胞壁合成、蛋白質合成或DNA複製過程發揮作用。然而，細菌染色體中的隨機突變和選擇壓力會導致耐藥機制的發展。細菌產生抗生素耐藥性的主要機制有四種。

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• 失活藥物透過破壞（例如，透過青黴素酶水解青黴素的β-內醯胺環）。

• 修飾或改變細菌細胞中藥物靶標的代謝途徑（例如，增加葉酸產量以對抗磺胺的抑制作用）。

• 防止抗菌劑透過降低細胞通透性或代謝旁路到達靶標（例如，革蘭氏陰性菌中的青黴素G耐藥性）。

• 透過外排泵排出抗菌劑（例如，大腸桿菌、金黃色葡萄球菌中的四環素耐藥性）。

這些機制編碼在稱為抗生素耐藥基因 (ARG) 的基因中。這些基因可以透過水平基因轉移從一組細菌轉移到另一組細菌。轉移也可能發生在兩種不同細菌物種之間。這種耐藥基因的轉移是抗生素耐藥性廣泛發生的關鍵因素。

耐藥菌的例子：

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• 耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA)。

• 耐萬古黴素糞腸球菌 (VRE)。

• 耐萬古黴素金黃色葡萄球菌 (VRSA)。

• 多藥耐藥結核分枝桿菌 (MDR-TB)。

• 廣泛耐藥結核分枝桿菌 (XDR-TB) 等。

隨著時間的推移，已經發展出幾種多藥耐藥病原體。“超級細菌”一詞通常用來指代此類微生物。如果消費者和相關部門沒有采取適當的應對措施，到2050年，耐藥性感染可能會導致全球約1000萬人死亡！這也會導致前所未有的經濟損失。

結論

• 抗生素是具有殺菌或抑菌作用的藥物，可對抗許多致病菌。

• 抗生素可以天然產生或合成產生，可以是廣譜的或窄譜的。

• 抗生素不僅用於治療人類的致病性感染，也用作畜牧業中的生長促進劑。

• 抗生素的作用機制不同，包括抑制細胞壁合成、抑制細胞膜、抑制核酸合成等。

• 持續不合理地使用抗生素導致許多致病菌（如MRSA、VRSA、MDR-TB等）產生了耐藥菌株。

• 抗生素耐藥機制包括外排泵、藥物失活、抗生素或靶標的修飾等。

常見問題

問1. 組合療法是什麼意思？

答：組合療法是指使用一種以上藥物或任何其他形式的藥物來治療特定疾病，例如治療多藥耐藥病原體。

問2. MDR-TB和XDR-TB有什麼區別？

答：耐多藥肺結核（MDR-TB）是由結核分枝桿菌菌株引起的，這種菌株對一線抗結核藥物（即異煙肼和利福平）具有耐藥性。而廣泛耐藥肺結核（XDR-TB）則不僅耐藥於這兩種藥物，還耐藥於作為第二道防線的藥物，例如氟喹諾酮類藥物和注射藥物，如卡那黴素、卡普雷黴素等。

問3：使用抗生素的一些副作用是什麼？

答：腹瀉、嘔吐、過敏和皮疹是抗生素的常見副作用。

問4：為什麼抗生素不會傷害人類？

答：這是因為用於治療人類的抗生素具有選擇性毒性。選擇性毒性是指抗生素能夠損害病原體而不損害宿主的這種能力。

問5：對抗生素耐藥性日益增長的替代方案有哪些？

答：近年來，單克隆抗體或多克隆抗體的使用已被提出作為對抗日益增多的抗生素耐藥病例的替代方案。