Nature | 气候变化是否在加剧抗生素耐药性？

今天为大家介绍的是来自Carissa Wong的一篇论文。研究人员正在研究极端天气和气温上升是如何促进耐药性感染传播的。他们在探索恶劣天气条件和温度变化如何影响病原体，尤其是那些对常用药物产生抗性的微生物。

2021年，生活在加纳首都阿克拉的微生物学家Adwoa Padiki Nartey感染了细菌，导致她的扁桃体肿胀。她之前的一年也出现了同样的症状；这两次病发都发生在阿克拉一年两次的雨季期间。在这些季节里，高湿度和潮湿环境会促进微生物的生长。医生给她开了抗生素，但与以前不同的是，这次药物没有起作用。细菌已经产生了耐药性。两周内，她的扁桃体炎症加剧。“喝水都痛，吃饭也痛，我几乎说不出话来。”Nartey说，她在加纳大学研究抗生素耐药性。

令她松了一口气的是，最后一种抗生素的组合起了作用，否则感染可能会致命。“这真的很可怕。” 这一事件显示了两个对人类健康构成重大威胁的因素 —— 气候变化和抗生素耐药性的传播 —— 如何交织在一起。Nartey说，气候变化导致加纳频繁出现大雨。这些条件反过来又促进了细菌的生长，包括抗生素耐药的微生物。洪水还将抗生素耐药细菌从污水系统传播到人们的家中和饮用水中。加州大学洛杉矶分校的进化生物学家Pamela Yeh说，尽管研究人员对气候变化如何加剧抗生素耐药性的上升有一定的了解，但科学家现在正在深入研究这一机制，并探索其影响有多大。“气候变化和抗生素耐药性是我们这个时代最大的两个健康问题，”她说。“研究人员开始研究它们是如何相互联系的。”

逐年上升的抗药性问题

抗药性细菌的增长趋势令人担忧。根据世界卫生组织（WHO）2022年发布的一份报告，2020年，由抗生素耐药的淋病奈瑟菌、大肠杆菌和沙门氏菌引起的人类血液感染比2017年至少增加了15%。Yeh表示，我们正迈向一个世界，在这个世界里，擦伤膝盖、分娩或进行简单的外科手术都可能致命。“这非常可怕。”抗生素经常被过度使用或误用来治疗人类、或者动物和植物的感染。细菌可以通过DNA变异发展出对药物的抗性，这些变异会改变细菌细胞壁，使抗生素失效，或者使细菌能够分解抗生素或将其排出细胞。耐药的菌株还可以与其他细菌共享抗生素耐药基因。如果治疗感染时使用了错误的抗生素，或者正确的药物剂量不足以杀死微生物，那么微生物就有更多时间繁殖并进化或传播耐药性。

但正如在加纳地区所见，有助于细菌生长的气候变化条件也是问题的一部分。由极端天气事件（如洪水、干旱、飓风和野火）引发的灾难会加剧这个问题，因为它们通常会减少人们获得清洁水的机会，导致卫生条件恶化。当受伤和感染开始增加时，更多的人会使用抗生素，从而增加耐药性发展的可能性。在去年十月发表的一项研究中，马里兰大学帕克分校的微生物学家Rita Colwell及其同事们展示了一场致命飓风如何导致佛罗里达州沿岸水域中抗生素耐药性的有害弧菌（包括一种食肉菌）数量激增。Colwell表示，强风激起了海底沉积物中细菌赖以生存的的营养物质。

温度变化带来的影响

除了极端天气造成的物理破坏外，研究人员还在探索气候变化导致的温度上升如何影响抗生素耐药性。2022年11月，中国广州中山大学的微生物学家Lianping Yang及其同事报告了三种常引起医院感染的抗生素耐药细菌的流行情况，这些感染通常非常严重甚至可能致命：鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌。研究人员通过比较中国28个省份和地区医院治疗患者收集的细菌数据与同一地区城市的平均气温信息，来寻找温度和抗生素耐药性之间的联系。团队还考虑了可能影响药物耐药率的因素，包括抗生素消费水平、平均湿度、年降雨量和人口密度。

他们发现，平均气温每升高1°C，耐碳青霉烯类抗生素的肺炎克雷伯菌样本比例就会增加14%。碳青霉烯类药物通常用于治疗对所有其他抗生素都耐药的细菌。此外还发现，平均气温每升高1°C，耐碳青霉烯类抗生素的铜绿假单胞菌样本比例增加了6%。但气温对耐药的鲍曼不动杆菌的流行程度没有显著影响。这些发现支持了渥太华大学微生物学家德Derek MacFadden及其同事在2018年和2020年的研究。团队发现，美国41个州和欧洲28个国家的平均最低气温增加与抗生素耐药率的上升有关。MacFadden表示，平均气温的逐渐升高可能通过加速细菌的生长率和进化速度来促进抗生素耐药性的上升。还有证据表明，在温暖条件下，细菌交换基因（包括传递抗生素耐药性的因素）比在冷条件下更容易。

极端温度条件下的研究

Lianping Yang提出的另一个想法是，随着全球变暖，虽然平均气温只是略有升高，但更频繁地经历极高温度可能会诱发细菌发生遗传变化，从而帮助它们抵抗抗生素。在2018年的一项研究中，Yeh及其同事将生长最佳温度为41°C的大肠杆菌置于44°C的高温环境，或暴露于12种抗生素中（故意以低剂量给药，以抑制而不是杀死所有细菌）。研究人员追踪了细菌对这些压力的反应，并发现基因表达的模式在温度和抗生素类型两种情况下以类似方式改变。在两种情况下，细菌都通过产生更多的“热休克”蛋白来应对压力。这些蛋白质有助于其他蛋白质正确折叠，显然也有助于细菌抵抗抗生素的攻击。

当大肠杆菌暴露在低至22°C的温度下时，微生物加速产生了“冷休克”蛋白——再次帮助它们产生生存所需的蛋白质。某些“冷”抗生素，如四环素，也以类似方式改变了细菌的基因活动。这些发现表明，在极热或极冷条件下进化的细菌可能对某些抗生素更具耐药性。但在一项尚未发表的研究中，Yeh的团队发现，高温暴露有时会使细菌对“热”抗生素的耐药性降低，这表明温度和耐药性之间的联系可能相当复杂。极端温度也可能通过改变人们之间的互动方式，促进抗生素耐药性。

在韩国，首尔巴斯德研究所的微生物学家Soojin Jang表示当我们达到最高温度时，人们倾向于呆在室内。细菌特别容易在室内密切接触的人群中传播。这可能有助于耐药菌株的传播，并且由于更多细菌在更多人中繁殖，增加了耐药性出现的机会。在过去的一年中，Jang及其团队一直在追踪从公共厕所、火车和公交车收集的细菌样本中抗生素耐药基因的存在。研究人员希望在未来十年内继续进行这项研究，并将抗生素耐药率与当地气温和社会行为等因素进行比较。这有助于揭示气候变化如何影响耐药性的传播。

应对抗药性问题

Colwell监测系统可以与气候和天气数据结合使用，帮助追踪或预测抗生素耐药细菌的传播。在去年二月发表的一项研究中，研究人员利用包括温度和卫星降雨数据在内的因素，预测了由水生细菌霍乱弧菌引起的霍乱爆发的时间和地点。提出的机器学习模型预测了也门各地区霍乱爆发的风险，平均准确率为72%，并能提前最多四周预测。将天气数据与通过监测废水来监测抗生素耐药基因的监控相结合，可以改善对高风险地区抗生素耐药的预测。除了改进监测外，研究人员已经知道如何减少抗生素耐药细菌传播的必要措施：改善清洁水源和卫生设施的获取，以及提高正确使用抗生素的意识。一些努力已经取得了成功。例如，在黎巴嫩，传染病研究员兼临床医生Souha Kanj表示，她和她的同事们2018年在贝鲁特大学启动的一个项目教育医生如何减少医院内碳青霉烯类抗生素的使用。到2020年，鲍曼不动杆菌感染中耐碳青霉烯类的比例从项目开始时的81%下降到了63%。与此同时， Padiki Nartey等人正在尝试开发新方法来杀死耐药细菌。一个特别有前途的方法是使用称为噬菌体的病毒，这种病毒可以感染细菌，但不会感染人类细胞。

全球行动

约克大学的国际律师和卫生政策研究员Steven Hoffman认为，寻求遏制抗生素耐药性上升的研究人员也可以从气候变化政治中学到教训。甘比亚大学的微生物学家Saffiatou Darboe表示，这种全球性威胁不受国家边界的限制。因此，各国应该借鉴气候变化的做法，共同达成一项全球性协议来解决这个问题。

2015年，世界卫生组织启动了全球抗微生物耐药和使用监测系统（GLASS），该系统帮助追踪全球抗生素消费和常见抗生素耐药感染的流行情况。这些数据作为联合国可持续发展目标的一个指标，用于监测解决抗微生物耐药问题的进展。但Hoffman认为需要采取更强有力的行动。在2022年的一项研究中，Hoffman和他的同事呼吁达成一项解决耐药性病原体问题的条约，类似于2015年的巴黎气候协议。他希望各国制定一个统一的目标，比如到2035年将耐药性感染减少35%，并希望他们能在9月联合国关于抗微生物耐药问题的会议上取得进展。这是联合国大会第二次将此问题作为讨论主题。Hoffman认为就像富裕国家同意向较贫穷国家提供资金帮助应对气候变化的影响一样，它们也应该在经济上支持那些面临更高抗生素耐药率的较贫穷国家。

编译 | 曾全晨

审稿 | 王建民

参考资料

Carissa Wong (2024). Antibiotic resistance is a growing threat — is climate change making it worse?  Nature. 

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-04077-0