大腸桿菌的抗藥性機制

大腸桿菌可以藉由不同的機制產生抗藥性，將其分為四類：

2-2-1. 細胞膜通透性的改變

通常抗生素要進入細菌體內時，須通過細胞外膜 (outer membrane, OM) 才能到 達所要標的的位置。革蘭氏陰性菌細胞外膜是由雙層脂質 (doubled-layer lipid) 和 孔蛋白 (porins) 組成，理論上疏水性抗生素如喹諾酮類 (quinolones) 和大環內酯 類 (macrolides) 是通過雙層脂質進入細菌體內，而親水性的抗生素如 β-內醯胺類 (β-lactams) 就藉由通過孔蛋白進入細菌體內。然而細胞外膜若是發生結構的改變 或者氨基酸的改變，就有可能影響細菌外膜對藥物的通透性進而產生抗藥性 [30]。

大腸桿菌有兩個外膜蛋白 (outer membrane protein, Omp)分別為：OmpF 和 OmpC，此兩者都是孔蛋白。他們作為穿過外膜的被動擴散孔，這兩個蛋白質的表 達受到滲透壓相互調控，在低滲透壓情況下 OmpF 會被優先製造出來，反之 OmpC 幾乎僅在高滲透壓被製造出來，OmpF 孔徑較大、通透性較高，而 OmpC 孔徑較 小、通透性較低，所以跨越外膜的被動擴散孔的大小對於大腸桿菌的調節有很重 要的關係，若是大腸桿菌減少 OmpF 並增加 OmpC 的表現，就有可能產生抗藥性，

若多種不同抗生素經由相同的 Omp 作為通道，這樣就有可能造成多重抗藥性 (multidrug resistance) 的出現 [31, 32]。

2-2-2. 藥物排出幫浦系統

排出幫浦 (Efflux pump) 的機制首次被發現是在 20 世紀 70 年代，在帶有抗四 環黴素 (tetracycline) 的抗藥性的大腸桿菌中所被發現 [30]，細菌的藥物幫浦蛋白 通常分為五類，主要為 MFS 家族 (major facilitator super family)、ABC 家族 (ATP-binding cassette family)、RN D 家族 (resistance-nodulation-division family)、

SMR 家族 (small multidrug resistance family)、MATE 家族 (multidrug and toxic compound extrusion family)。除了 ABC 家族的幫浦蛋白是藉由水解 ATP 產生能量

差將藥物排出之外，其餘家族的幫浦蛋白需要有離子的催化例如氫離子和鈉離子，

才能產生能量差將藥物排出。Efflux 幫浦被認為是導致細菌具有多重抗藥性 (multi-drug resistance, MDR)的主要機制之一 [33]。

2-2-3. 改變藥物與標的物的結合或流程 (altered target or bypass)

細菌經由基因中的點突變或者因為抗藥性基因的轉移，改變抗生素的作用的 結合標的，使抗生素無法接合上去而失去作用，這改變對細菌的適應性影響最小，

例如合成的氟喹諾酮 (fluoroquinolone) 抗生素如環丙沙星 (ciprofloxacin) 目標為 拓撲異構酶 (topoisomerases)，其在複製叉處鬆弛超螺旋 DNA 並在細菌 DNA 複製 期間對 daughter strain 進行脫離，導致原本環丙沙星抗生素可以作用的標的物現在 無法接合上去，而產生抗藥性 [34]。

質體介導的喹諾酮抗性 (plasmid- mediated quinolone resistance, PMDR)，是一 個 target site 被保護很好的例子，一些蛋白質能夠保護旋轉酶 (gyrase) 免受喹諾酮 類 (quinolones) 藥物抑制，這些獨特的蛋白質進行編碼的等位基因，現在稱為 qnr，

並主要散佈於抗藥性質體 (resistant plasmids)，大多伴隨著 ESBLs [30]。

2-2-4. 產生酵素將藥物不活化

細菌會分泌酵素，而這些酵素可以在抗生素上添加支鏈使抗生素無法進入菌 體中或導致無法與特定受器結合，也有可能破壞抗生素的部分鍵結，進而導致抗 生素的結構被破壞或失去活性，無法作用於菌體上。例如，細菌可以產生乙內醯 胺酶，而乙內醯胺酶可以與乙內醯胺酶環形成非共價鍵鍵結，再藉由醯基化 (acylation) 的作用將乙內醯胺環打斷，最後水解釋放出乙內醯胺酶及被去活化的乙 內醯胺抗生素結構，導致抗生素失效 [35]。由於此類抗藥性機制多存在於多重抗 藥性質體 (multidrug resistant plasmids) 上，因此容易在細菌之間傳遞，造成抗藥 性細菌的盛行。

抗藥性的產生除了上述 4 種抗藥性機制外，細菌還可以藉由其他方式獲得抗 藥性基因如 [33]：

1. Transformation：游離的 DNA 片段 (free DNA segment) 進入細菌菌體內與染色 體發生重組 (recombination)，以獲得外源遺傳物質。

2. Transduction：噬菌體 (bacteriophages) 將帶有跳躍子 (transposable elements) 或 移動性遺傳因子 (mobile genetic elements) 的抗藥性基因以感染細菌的方式進 入菌體內。

3. Conjugation：細菌和細菌之間利用性線毛 (sex pili) 拉近彼此的距離，然後形 成接合管，傳遞帶有抗藥性的基因。

4. Mutation：細菌染色體因為突變產生抗藥性。

同種或者異種細菌之間可以經由質體或是抗藥性基因片段上的崁入序列 (insertion sequence, IS) 進行基因片段重組，使抗藥性基因在細菌間傳播。