气候变化会使抗生素耐药性变得更糟吗？

来源：https://www.nature.com/articles/d41586-023-04077-0

2021年，微生物学家Adwoa Padiki Nartey感染了细菌，她的扁桃体开始肿胀。她在前一年也有同样的症状；这两种疾病都发生在她居住的加纳首都阿克拉的两个年度雨季中的一个。她知道，在这些季节，潮湿会刺激微生物的生长。医生开了抗生素，但与以前不同的是，这些药物无效。细菌已经产生了耐药性。

两个多星期后，她的扁桃体发炎越来越重。阿克拉加纳大学研究抗生素耐药性的Padiki Nartey说：“喝酒很痛苦。吃饭很痛苦。我几乎不能说话。”。“我很担心。”

让她松了一口气的是，两种抗生素的组合最后起了作用。否则，感染可能会杀死她，她说。“这太可怕了。”

这一事件展示了对人类健康的两大威胁——气候变化和抗生素耐药性的传播——是如何交叉的。Padiki Nartey说，气候变化导致加纳的强降雨更加频繁。这些条件反过来又促进了细菌的生长，包括抗生素耐药性微生物的生长。她补充道，洪水还将抗抗生素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将如何加剧抗生素耐药性的上升有一定的了解，但科学家们现在正在深入研究其机制，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之间的联系。”

能够躲避药品的细菌正在增加。根据世界卫生组织(世界卫生组织)2022年发布的一份报告，2020年，耐抗生素淋球菌、大肠杆菌和沙门氏菌引起的人类血液感染比2017年增加了至少15%。Yeh说：“我们正朝着一个刮膝盖、生孩子或做简单手术都可能导致死亡的世界前进。”。“这太可怕了，”她说。

关键问题是抗生素在对抗人类、其他动物和植物感染方面经常被过度使用或滥用。细菌可以通过DNA突变产生对药物的耐药性，这种突变会改变细菌细胞壁，使抗生素无法发挥作用，或者赋予分解抗生素或将其泵出细胞的能力。产生耐药性的菌株也可以与其他细菌共享抗生素耐药性基因。如果使用错误的抗生素来治疗感染，或者使用正确的药物的剂量不足以杀死微生物，那么微生物有更多的时间繁殖、进化或传播耐药性。

但与加纳一样，有助于细菌繁殖的天气条件的变化也起到了一定作用。洪水、干旱、飓风和野火等极端天气事件引发的灾害可能会加剧这一问题，因为它们往往会减少获得清洁水的机会，导致不卫生的条件。当受伤和感染开始增加时，更多的人使用抗生素，这反过来又增加了产生耐药性的可能性。

在去年10月发表的一项研究中，马里兰大学学院公园分校的微生物学家Rita Colwell和她的同事表明，一场致命的飓风导致佛罗里达海岸附近水域中抗生素耐药性弧菌的有害物种激增，其中包括一种食肉物种。Colwell说，强风从海洋沉积物中提取营养物质，细菌在这些沉积物中茁壮成长。

除了极端天气造成的物理损害外，研究人员正在探索气候变化导致的气温上升如何影响抗生素耐药性。2022年11月，中国广州中山大学微生物学家杨连平和他的同事报告了三种抗生素耐药性医院感染背后的细菌的流行情况，这些细菌通常是严重的，可能是致命的：鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌。

研究人员通过将从中国28个省和地区的医院接受治疗的人身上收集的细菌数据与同一地区城市的平均气温信息进行比较，寻找温度与抗生素耐药性之间的联系。该团队校正了可能影响耐药性的因素，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℃，含有肺炎克雷伯菌的样本中对一种名为碳青霉烯类抗生素具有耐药性的比例就会增加14%。这些药物通常用于治疗对所有其他抗生素都有耐药性的细菌。

杨和他的同事还将平均气温升高1℃与含有碳青霉烯类耐药铜绿假单胞菌的样本比例增加6%联系起来。但温度对耐药鲍曼不动杆菌的患病率没有显著影响。

这些发现支持了渥太华大学微生物学家Derek MacFadden及其同事2018年和2020年的研究。研究小组发现，美国41个州3和欧洲28个国家的平均最低气温升高与抗生素耐药性升高有关。然而，杨说，这些研究并没有显示温度和抗生素耐药性之间的因果关系。

麦克法登说，平均气温的逐渐升高可能会导致抗生素耐药性的一种方法是增加细菌的生长速度，加快它们的进化。还有证据表明，细菌在温暖的环境中比在寒冷的环境中更容易共享基因，包括产生抗生素耐药性的元素。

杨说，另一种观点是，随着全球变暖，即使平均温度只略有上升，也会更频繁地经历非常高的温度，这可能会导致细菌的基因变化，从而帮助它们抵抗抗生素。

在2018年的一项研究中，Yeh和她的同事将在41℃下生长最好的大肠杆菌暴露在44℃的温度下，或暴露在一系列12种抗生素(故意低剂量使用，以抑制但不能杀死所有细菌)下。研究人员追踪了细菌对这些压力源的反应，发现温度和抗生素类型的基因表达模式变化相似。在这两种情况下，细菌对压力的反应都是产生更多的“热休克”蛋白。Yeh说，这些有助于其他蛋白质正确折叠，显然也有助于细菌在抗生素攻击中存活下来。她说：“我们有时会把模仿高温条件的抗生素称为‘热’药物。”。

当大肠杆菌暴露在低至22℃以下时，微生物会增加“冷休克”蛋白，再次帮助它们产生生存所需的蛋白质。一些“感冒”抗生素，如四环素，以类似的方式改变了细菌的基因活性。

Yeh说，这些发现表明，在极端炎热或寒冷的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，暴露在高温下有时会使细菌对“热”抗生素的耐药性降低，这突出表明温度和耐药性之间的联系可能很复杂，她说。

麦克法登说，极端温度也可能通过改变人们之间的互动而导致抗生素耐药性。

首尔韩国巴斯德研究所的微生物学家Soojin Jang说，在韩国，“当我们达到最高温度时，人们往往呆在室内”。她说，细菌往往特别容易在室内密切接触的人之间传播。这可能有助于传播耐药性菌株，而且——因为更多的细菌在更多的人身上繁殖——增加了耐药性出现的机会。

在过去的一年里，张和她的团队一直在追踪从公共厕所、火车和公共汽车上采集的细菌样本中是否存在抗生素耐药性基因。研究人员希望在未来十年继续这样做，并将抗生素耐药性与当地气温和社会行为等因素进行比较。张说，这可能有助于揭示气候变化如何影响抵抗力的传播。

Colwell说，像张这样的监测可以与气候和天气数据相结合，帮助追踪或预测抗生素耐药性细菌的传播。在去年2月发表的一项研究中，她和她的同事利用卫星提供的温度和降雨量数据等因素来预测霍乱爆发的时间和地点，霍乱爆发是由水传播细菌霍乱弧菌引起的。他们的机器学习模型提前四周预测了也门各地区霍乱爆发的风险，平均准确率为72%。

Colwell说，通过监测废水，将天气数据与抗生素耐药性基因监测相结合，可以提高对抗生素耐药性高风险地区的预测。这是她的团队正在研究的一种方法。

除了改善监测，研究人员已经知道减少抗生素耐药性细菌传播需要什么：改善清洁水和卫生设施的使用，提高人们对如何适当使用抗生素的认识。

一些努力取得了成功。例如，在黎巴嫩，临床医生和传染病研究人员Souha Kanj说，她和她的同事于2018年在贝鲁特美国大学开始的一个项目教育医生如何减少医院中卡巴烯类抗生素的使用。2020年，对碳青霉烯耐药的鲍曼不动杆菌感染比例已从项目开始时的81%降至63%。

与此同时，Padiki Nartey是那些试图开发新方法来杀死耐药细菌的人之一。一种特别有前途的方法是使用被称为噬菌体的病毒，噬菌体感染细菌，但不会感染人类细胞。

多伦多约克大学的国际律师和卫生政策研究员、加拿大公共卫生署的史蒂文·霍夫曼说，试图阻止抗生素耐药性上升的研究人员也可以从气候变化政治中吸取教训。Serrekunda冈比亚大学的微生物学家Saffiatou Darboe说，这种全球威胁不局限于国界。Hoffman说，因此，将其与气候变化相提并论，各国应该就解决这一问题达成一项全球条约。

2015年，世界卫生组织启动了全球抗菌药物耐药性和使用监测系统(GLASS)，该系统有助于跟踪全球抗生素消费情况和常见抗菌药物耐药性感染的流行情况。这些数据被用作联合国可持续发展目标中的一个指标，以监测解决抗微生物耐药性的进展情况。

但霍夫曼说，还需要采取更强有力的行动。在2022年的一项研究中，他和他的同事呼吁制定一项应对耐药病原体的条约，相当于2015年的《巴黎气候协定》。他希望各国阐明一个统一的目标，例如到2035年将耐药感染减少35%，并希望各国在9月召开的联合国抗微生物耐药性会议上取得进展。这次会议是该问题第二次成为联合国大会的主题。

霍夫曼补充道，正如富裕国家同意向贫穷国家支付费用以帮助应对气候变化的影响一样，他们也应该在财政上支持面临更高抗生素耐药性流行率的贫穷国家。他说：“富裕国家从抗菌药物中受益的时间要长得多。”。