抗生素可以挽救生命-但使用它們還可以幫助抗藥性菌株進化和傳播。根據疾病控制與預防中心的數據，每年美國大約有280萬人感染抗生素抗藥性細菌，殺死35,000多人。對兩種或更多種抗生素具有抗藥性的耐多藥(MDR)細菌引起的感染特別難以治療。

    華盛頓大學和愛達荷州大學的科學家們發現，耐多藥細菌容易出現。在4月6日發表于《自然生態與進化》上的一篇論文中，研究人員報告說，對于已經對抗生素具有耐藥性的細菌病原體，長時間暴露于該抗生素不僅會增強其保留其抗性基因的能力，而且會使病原體更容易吸收并維持對第二種抗生素的耐藥性，成為耐多藥菌株。

    研究小組的實驗表明，長時間接觸一種抗生素本質上是“引發”細菌的。這種引發作用使細菌更有可能獲得對其他抗生素的抗性，即使在沒有進一步暴露于抗生素的情況下也是如此，并幫助該菌株世代保持了這些抗藥性特征。

    威斯康星大學生物學教授，該論文的共同資深作者本杰明·克爾(Benjamin Kerr)說：“暴露于抗生素似乎間接地選擇了更穩定的抗生素耐藥性系統。”菌株中更穩定的系統將增加其對多種抗生素產生抗藥性的機會。”

    他們的發現還表明，抗生素暴露如何影響細菌內的進化動力學。

    “這不僅可以解釋細菌對多藥耐藥性的上升，而且還可以解釋抗生素耐藥性如何在環境中(在醫療機構中，在農業徑流中的土壤中)持續存在和擴散，甚至在抗生素暴露結束很長時間后仍然如此。”愛達荷大學生物學教授伊娃·托普(Eva Top)說。

    研究人員測試了傳播抗生素抗性的常見機制：質粒。這些是DNA的環狀鏈，可以包含許多類型的基因，包括抗生素抗性基因。細菌很容易共享質粒，即使跨物種也是如此。

    然而質粒有其缺點，過去的研究表明，細菌很容易使它們脫落。

    威斯康星大學生物學研究科學家漢娜·霍爾特說：“即使質粒可以攜帶有益基因，質粒也可以干擾細菌細胞內部的許多類型的過程，例如代謝或DNA復制。”“因此，科學家們普遍認為質粒對宿主細胞而言既昂貴又麻煩。”

    愛達荷州立大學的團隊處理了含有四環素抗性質粒的大腸桿菌細胞和含有氯霉素抗性質粒的肺炎克雷伯菌細胞。兩種宿主以前都沒有在抗生素的作用下生長，它們對它們的質粒沒有很高的忠誠度。在無抗生素的環境中放置9天后，仍帶有質粒的克雷伯菌的比例降至50%以下。對于大腸桿菌，保留其質粒的不到20%。

    當研究人員將菌株暴露于抗生素后，各自在各自的抗生素中生長了400代，即使解除了抗生素的威脅，菌株對它們的質粒也顯示出更高的親和力。在不含抗生素的生長培養基中放置9天后，超過一半的大腸桿菌和克雷伯菌細胞保持各自的質粒。

    喬德特說：“當然，細胞需要它們的質粒來幫助它們在暴露于抗生素中幸存下來。但是即使在消除了選擇壓力之后，兩種菌株仍將它們的質粒保持在比暴露于抗生素之前顯著更高的水平。”

    另外，其他實驗表明，抗生素暴露增加了耐多藥克雷伯菌的發生。即使不接觸抗生素，肺炎克雷伯菌也可以獲取多個質粒。例如，當研究人員將未經抗生素處理的克雷伯菌和帶有大腸桿菌質粒的菌株一起培養時，一小部分克雷伯菌通過保留其耐氯霉素的質粒并從大腸桿菌獲得四環素的質粒而成為MDR。但是，當研究人員使用暴露于抗生素的細菌重復該實驗時，他們發現MDR克雷伯氏菌多出大約1000倍。

    以前長時間只接觸一種抗生素-氯霉素-增加了耐氯霉素的克雷伯菌在無抗生素環境中從大腸桿菌中獲得抗四環素質粒的可能性。此外，研究小組的實驗還表明，當MDR細胞在無抗生素的環境中生長以后，暴露于氯霉素的克雷伯菌更容易保留在兩種抗性質粒上。

    研究人員說：進化可以解釋抗生素抗性質粒的持久性和克雷伯菌的MDR升高，研究人員說：將菌株暴露于選擇的各自抗生素中以進行基因組突變，以小化質粒與宿主之間的沖突，從而降低成本保留該質粒以及其他質粒。

    克爾說：“我們相信，通過穩定一種質粒，這些突變使它們更有可能穩定另外獲得的質粒。”

    其他實驗可能會鑒定出有助于大腸桿菌和克雷伯菌保持其質粒的特定突變，以及為什么克雷伯菌比大腸桿菌更能發育成MDR菌株的原因。即使暴露于抗生素會產生選擇性壓力，以保持質粒和獲取新質粒，但不同物種如何保持，共享和接收質粒仍然存在廣泛差異。