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在多药耐药（MDR）细菌感染严重威胁公共健康的当下，研究人员开展 “ESKAPE 病原体对研发中抗生素体外耐药性研究”。他们发现候选抗生素与现有抗生素耐药性相似，不过某些组合不易产生耐药。这为开发有效抗生素提供了指导。
在医疗领域，细菌感染一直是人类健康的大敌，而多药耐药（MDR）细菌的出现更是让情况雪上加霜。如今，MDR 细菌感染导致全球范围内大量的发病和死亡案例，许多制药公司因 MDR 细菌耐药性的快速传播，中断了抗生素研究项目。比如，葛兰素史克（GSK）曾花费大量资金研发 GSK2251052 分子，却因耐药性问题而终止项目；达巴万星上市 2 年后也出现了耐药情况。面对如此严峻的形势，科学家们迫切需要找到新的方法，开发出更有效的抗生素，以应对 MDR 细菌的挑战。
匈牙利塞格德生物研究中心（HUN - REN Biological Research Centre）等机构的研究人员开展了相关研究。他们旨在探究候选抗生素与现有临床使用抗生素在耐药性发展方面的差异。研究发现，包括大肠杆菌（Escherichia coli）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）、鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）在内的关键革兰氏阴性 ESKAPE 病原体，在体外接触抗生素后短时间内就会产生耐药性。而且，实验室进化过程中积累的基因突变在临床细菌分离株基因组中也普遍存在，这意味着新抗生素的耐药性可能通过选择预先存在的耐药菌株产生。此外，研究还发现针对候选抗生素的移动耐药基因在临床分离株、土壤和人类肠道微生物群中广泛存在。不过，研究也指出某些抗生素和细菌菌株的组合不太容易产生耐药性，这为开发窄谱抗菌疗法提供了潜在方向。该研究成果发表在《Nature Microbiology》上，为未来抗生素的研发提供了重要的参考依据。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：
- 实验室进化（Laboratory evolution）：选取 40 种临床相关的致病菌株，通过自发耐药频率（FoR）分析和适应性实验室进化（ALE）实验，研究细菌对抗生素的耐药性进化情况。
- 功能宏基因组学（Functional metagenomics）：从印度抗生素污染场地的土壤、欧洲个体的肠道以及临床分离的 MDR 细菌样本构建宏基因组文库，筛选赋予细菌耐药性的 DNA 片段，分析移动耐药基因的多样性和分布。
- 全基因组测序（Whole - genome sequencing）：对耐药菌株进行全基因组测序，识别潜在的抗生素耐药突变，分析突变基因在不同菌株背景下的分布情况，并与公共数据库中的细菌基因组进行比较。
研究结果如下：
- 耐药性重叠：通过对 40 株细菌的体外药敏试验发现，近期研发的候选抗生素与临床使用多年的对照抗生素在耐药性谱上存在重叠。具有相似作用模式的两类抗生素会聚集在一起，且 MDR 和广泛耐药（XDR）菌株对两类抗生素的敏感性普遍降低。不过，某些膜靶向抗生素如 POL - 7306 和 SPR - 206 对 MDR 和 XDR 菌株的抗菌效果与对敏感菌株相当，展现出良好的抗菌潜力。
- 耐药性进化：在实验室中，以大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌为研究对象，分别选取敏感和 MDR 菌株进行实验。FoR 分析显示，在 48 小时内，部分突变株的最低抑菌浓度（MIC）达到或超过药物的峰值血浆浓度；ALE 实验表明，经过约 120 代（60 天）的进化，细菌普遍产生耐药性，且近期和对照抗生素引发细菌耐药的倾向相当。研究还发现，初始 MIC 在一定程度上能预测抗生素的长期疗效，细菌种群的初始遗传组成对抗生素耐药性进化有重要影响，且这种影响具有抗生素特异性。
- 突变谱重叠：对耐药菌株进行全基因组测序，发现大量独特的突变事件，其中非同义突变显著多于同义突变。许多突变基因在不同抗生素处理的菌株中都出现了突变，表明不同抗生素处理下的突变谱存在重叠。以拓扑异构酶抑制剂为例，对莫西沙星（moxifloxacin）耐药的突变组合会降低对处于临床开发阶段的拓扑异构酶抑制剂的敏感性。
- 环境中的突变：分析实验室进化菌株中的突变在自然分离株中的流行情况，发现大肠杆菌和鲍曼不动杆菌实验室进化株中的部分突变在自然分离株中存在，且在致病分离株中更为富集。
- 移动耐药基因：利用功能宏基因组学分析环境和临床耐药组中的移动耐药基因，发现临床微生物组对抗生素耐药性 DNA 片段的贡献最大。虽然研发中的抗生素与对照抗生素在耐药性 DNA 片段数量上无显著差异，但未检测到针对 tridecaptin M152 - P3 的耐药片段。此外，还发现一些 DNA 片段可对多种抗生素产生耐药性，且抗生素结构相似性与共耐药性相关。
- 耐药基因的健康风险：运用基于组学的框架评估耐药基因的健康风险，发现部分耐药基因具有潜在风险，且不同抗生素相关的潜在风险耐药基因频率存在差异。例如，硫酸安普霉素（apramycin sulfate）相关的潜在风险耐药基因较少，而头孢地尔（cefiderocol）等近期抗生素则检测到较多潜在风险耐药基因。
研究结论和讨论部分指出，细菌对目前正在研发的抗生素在体外普遍快速产生耐药性，这一现象对新抗生素的开发提出了严峻挑战。研究中涉及的具有新作用模式或双作用模式的化合物，以往被认为在实验室中相对不易产生耐药性，但实际情况并非如此。这表明，仅依靠现有细菌病原体的药敏指标来开发抗生素存在局限性，未来抗生素的开发需要综合考虑更多因素。同时，研究中发现的某些抗生素和细菌菌株组合不易产生耐药性的现象，为开发更有效的抗生素提供了新的思路。此外，研究还强调了在抗生素临床使用前，运用多种互补方法在多种相关细菌物种中测试耐药性进化及其机制的重要性，这有助于更准确地评估抗生素的疗效、长期效用和耐药性出现的可能性。
