前言

人类与微生物的未来，可能会上演一部名为《人类智慧与微生物基因》的悬疑惊悚大片。
——乔舒亚·莱德伯格(Joshua Lederberg)
诺贝尔生理学或医学奖获得者
细菌遗传学开拓者

本书为什么值得一读？
抗生素影响着我们每个人，大部分人在生命中的某些时段使用过抗生素，即便从未使用过抗生素的人也难免受抗生素的影响。
从根本上来说，抗生素类药物有别于其他药物。抗生素是人类的共享资源、共同财产。使用抗生素会促使耐药菌出现，有时甚至会提升耐药菌的生存优势。抗生素对地球上的整个微生物格局和各大生物系统都有影响。当一个人使用青霉素或其他抗生素类药物后，药物并未消失，而是会留下雪泥鸿爪。人类使用的各种抗生素已对地球产生了深远的影响。
一个世纪前，割伤手指就可能让人丢掉性命，因为当时缺乏有效的治疗方法，一旦具有毒力的细菌(例如链球菌)从皮肤破损处侵入人体，它们就会在人体内大量繁殖并扩散至全身，生死完全取决于人体免疫系统能否遏制住感染。免疫力较弱的幼儿和老年人更容易死于普通感染，即便是健康的年轻人也可能死于葡萄球菌、链球菌等细菌引起的严重感染。如果致病菌在产妇分娩后侵入其体内，产妇可能会死于分娩。轻伤、外科手术或阑尾炎都有可能导致死亡。“老年人的冤家”——肺炎，也常使患者以病死告终。在直至第一次世界大战前的历次战争和冲突中，死于感染的人比直接死于武器攻击的人还要多。
细菌无处不在，它存在于人类、动物的体内与体表，也存在于空气、土壤、水等环境中，可以说，我们生活在包含细菌在内的微生物的海洋中。只有一小部分微生物会对我们造成伤害，许多微生物对于我们每个人，甚至地球上的所有已知生命而言都是必不可少的。微生物数量巨大，具有遗传多样性，适应性强，并且能够快速变化。细菌占地球生命的很大一部分。我们体内的常驻细菌有助于塑造免疫系统、消化食物、抵御外界入侵的细菌，具备我们才刚刚开始了解的各种功能。
细菌也可能致人于死地，而几十年的抗生素应用已挽救了数百万人的性命。目前，抗生素治疗是许多常见的或不那么常见的感染的最佳治疗方法。抗生素类药物有较强的药效，可快速逆转多种感染，神奇地将患者从死亡边缘拉回来。这就不难理解为什么抗生素类药物甫一问世就被视为“灵丹妙药”。
抗生素会产生即时和长期的后果。一些细菌通过基因突变和水平基因转移，以及各种各样分子层面的方式迅速变化，从而逃避抗生素的作用，并将耐药性传递给同种的其他细菌，甚至是其他种属的细菌。细菌暴露于抗生素(以及其他抗菌剂、消毒剂、农药等)会促进细菌自身产生耐药性。抗生素的广泛应用塑造了一个新的微生物世界，这里所产生的耐药菌远多于抗生素应用之前就存在的耐药菌。
因为抗生素类药物价格相对便宜、容易获取、公众认知度高，且总体安全，所以它们经常被随意地、不加区别地、未经考虑地使用。抗生素被用于治疗人类疾病，也大量应用于食用动物、役用动物、伴侣动物以及植物。抗生素类药物的广泛应用最终会降低它们对每个个体的疗效。这样，一个主要矛盾就摆在了我们面前：我们该如何使用这些药物，才能在挽救生命的同时，又尽可能长久地维持这些药物的应用价值？太多时候，我们在浪费宝贵的资源。
许多全球性组织、国家政府和社会机构已经意识到抗生素耐药性的严重性，并试图找到办法扭转这种耐药威胁日益加剧的局面，但谈何容易。由于各种抗生素耐药菌和抗性基因可以在世界范围内肆意传播，要扭转局面，必须展开全球协作。耐药菌和抗性基因可以通过人类、动物、食物、供水系统等传播，在某些地区，耐药菌和抗性基因已对我们的土壤和水等资源造成了污染。
应对抗生素耐药性问题的干预措施，必须由各界共同执行。“全健康”(One Health)的理念除了涵盖人类自身的健康之外，还涵盖动植物健康和环境健康。当前的迫切需求包括：为缺乏清洁用水和卫生设施的人口提供相关基础设施和服务，提供有效的疫苗，研究新型诊断方法和治疗方法，研发新型疫苗和新型抗生素。实施“抗生素管理项目”有助于改善抗生素的使用情况，并可能使现有抗生素类药物得到更长久的应用。但仅靠管理是不够的，对那些可以避免的感染，我们还需降低其发病率，以减少对抗生素类药物的用药需求。就上述需求而言，提供清洁用水和卫生设施、提高免疫接种率、采取措施减少卫生保健相关感染的发生是三大重点。
2018年，世界卫生组织发布了一份报告，列出了65个国家的抗生素消耗量(以每千人每日的限定日剂量限定日剂量(defined daily dose，DDD)，指药品用于治疗其主要临床适应证时的成人平均日用量。——译者注描述)。其中，各个国家的抗生素消耗量差异较大，布隆迪最低(4.44剂)，蒙古国最高(64.41剂)。即便是在高收入国家和中等收入国家之间，抗生素消耗量也相差显著。同一国家的不同城市和不同地区之间，抗生素消耗量差距也非常大。各国和地区在抗生素消耗量上的显著差异表明，许多国家和地区可以通过大幅削减抗生素消耗量来应对抗生素耐药性问题。
从全球视角来看，抗生素应用所呈现出的特点是：某些人群和某些地区过度消耗抗生素，而某些(低收入)人群无法获得抗生素。耐药菌和抗性基因在缺乏清洁用水和卫生设施的地区会传播得更为迅速和广泛。一般而言，低收入国家的感染负担比高收入国家更大，对抗生素的需求也更大。

我为什么要写这本书？
许多人有使用抗生素治疗感染的经历，他们可能会狭隘地认为，抗生素不过就是一种吃了能治病的药物罢了。本书旨在宏观地介绍抗生素应用的范围和规模，以及在全球范围内对个人、群体、环境等各类生物系统已产生和正在产生的影响。抗生素的广泛应用会削弱其在长远应用中的有效性。对抗生素的作用机制、存在的局限性，及其所产生的广泛影响进行更深入的了解，可能有助于我们更加谨慎、合理地应用抗生素。最近的一项调查表明，美国约有1/3的人仍认为抗生素可用于治疗病毒感染。这些人通常援引自己的亲身经历，即当他们感染病毒时，使用抗生素使得病情有所好转。但此类结论的问题在于，即使没有使用抗生素，他们的病情也会好转，且康复时间与使用抗生素治疗没有明显的差别。
本书全面介绍了抗生素的各个方面，包括来源、发现历程、作用机制，以及在人类、食用动物、伴侣动物、植物、水产养殖中的应用。本书详细阐述了使用抗生素的后果，包括药物不良反应及对微生物群的影响，并着重介绍了抗生素耐药菌和抗性基因的产生、传播。抗生素耐药菌引起的后果已然显现。如今，有人因抗生素治疗无效的耐药菌感染、抗生素滥用导致的继发性感染(例如艰难梭菌结肠炎)而死亡。从简单的洗手，到复杂、成本高昂的干预措施，人们通过各种办法来减轻感染带来的负担，并减少对抗生素的需求。我们在关注这些问题的同时，还应积极支持研发更好的诊断方法、新型疫苗、新型抗生素及其他非抗生素治疗方法。
新型抗生素研发成功并获批(一个漫长、成本高昂、结局难料的过程)后，随着时间的推移，会有越来越多的细菌对其产生耐药性。抗生素将继续在抗感染治疗中发挥积极作用，但是我们不应将所有的研究精力都集中在寻找更多的传统抗生素上。当前可用的抗生素中，大多数只是用来消灭致病菌的粗放型工具，因为抗生素在破坏致病菌的同时，也会破坏许多人体益生菌。目前，我们还不完全了解微生物群遭到破坏所产生的后果。我们需要更好、更精准的治疗工具，理想情况下，它们应该直击目标细菌而不会破坏其他细菌。
随着对微生物组的了解越来越多，以及对服务于我们整个生命历程的微生物群所发挥的各种作用的理解更深入，我们对寄生于人类体表、体内的细菌的认知有了很大提升。我们逐渐意识到，人体微生物群是一个需要维护和滋养的宝藏。意识到这一点，是因为我们发现，许多高收入国家居民的体内微生物群贫乏。人们正在努力建立微生物库，以挽救那些即将从人体中消失的微生物。新的策略应是找到与有益微生物共存的方法，并对它们加以利用，而非“搜索并销毁”的粗暴策略。微生物对我们的干预有超强的适应能力，我们必须依靠自己的智慧生存。
在本书中，我试图通过回首过去、展望未来的视角，向读者传达我对抗生素的理解和看法，包括抗生素为何是一种宝贵但被滥用、脆弱且并不完美的资源，我们应尊重人类与微生物之间微妙且复杂的关系，并针对抗生素这一引人入胜的主题所唤起的种种挑战提供实用的信息和清晰的视野。

1抗生素的来源和功能1

什么是抗生素？2
抗生素和抗微生物药物的区别是什么？2
抗生素是如何发挥作用的？9
广谱抗生素和窄谱抗生素有什么区别？11
抗生素品种为何如此繁多？13
抗生素可以对付病毒吗？17
人们为什么会混淆细菌和病毒？18
抗生素是如何被发现的？19
抗生素是从哪儿来的？32
抗生素是如何生产的？37
新型抗生素：在实验室中创造还是从自然界中寻找？39
发现具有抗菌活性的化合物后接着要做些什么呢？如何
将其用于感染治疗？39
全世界都使用相同的抗生素吗？46
假冒伪劣抗生素有多普遍？47
什么是《世界卫生组织基本药物标准清单》？50

2抗生素的临床应用51
抗生素如何使用？除口服和注射外还有什么用药方法？用药方法由什么决定？52
口服和注射一样有效吗？55
进入体内的抗生素都去哪儿了？它会到达所有器官和组织吗？抗生素在人体内的最终命运如何？部分抗生素会通
过尿液或粪便排出体外吗？58
抗生素排出人体后会发生什么？61
为何使用那些不被胃肠道吸收的抗生素？62
如何决定使用哪种抗生素？64
药师、医生、患者能获得哪些抗生素相关信息？67
抗生素用药后多久才起效？为什么有些抗生素只需用药一次，而有些要用药几周甚至更长时间？70
抗生素的安全剂量由什么决定？71
抗生素可以过量使用吗？73
除了对致病菌有效外，抗生素还有其他作用吗？74
抗生素的药效可以维持多久？76
为什么治疗结核病之类的感染时总是要同时使用多种抗生素？77
患者必须全疗程使用医生处方中开具的抗生素吗？79
治疗用剩下的抗生素可用于治疗新发感染吗？可以送给家人或朋友吗？81
剩余抗生素该怎么处理呢？82
使用过期抗生素危险吗？83
什么时候可以使用抗生素预防感染(而非治疗已发生的感染)？86
手术时如何使用抗生素预防感染？88
其他什么情况下可以使用抗生素预防感染？90
什么情况下需要进行大规模抗生素治疗？94
大规模使用抗生素会产生什么后果？98
抗生素在人群中是如何使用的？什么人需要使用抗生素？102
开具抗生素处方的主要原因是什么？103
为何治疗呼吸道感染时会如此普遍地使用抗生素？105
抗生素的使用情况是否因地而异？106
抗生素消耗量在增加还是减少？109
美国人用抗生素的支出有多少？111

3抗生素使用后果：人用抗生素不良反应113
过敏反应和不良反应有什么区别？过敏反应的表现和症状是什么？114
抗生素不良反应有多常见？120
引起不良反应需要多大剂量的抗生素？122
遗传因素会影响抗生素不良反应吗？123
什么是药物相互作用？125
晒太阳是否会导致人们产生抗生素不良反应？125
环丙沙星等氟喹诺酮类抗生素的副作用为何引起如此多的关注？125
什么是艰难梭菌结肠炎？它来自何处？129
导致艰难梭菌感染病例增加的原因是什么？132
导致艰难梭菌感染与传播的原因有哪些？134
艰难梭菌结肠炎如何治疗？137
什么是粪菌移植？138
粪菌移植可用于治疗其他疾病吗？143
为什么使用抗生素治疗期间和之后会发生真菌感染？144
什么是微生物组？为什么它如此重要？145
什么是人类微生物组计划？151
人类微生物组的功能是什么？154
抗生素如何影响人类微生物组？158
人类使用抗生素和其他药物会影响动物微生物群吗？161
除抗生素外，其他药物也会影响人类微生物组吗？163
肠道微生物群能否免受抗生素的影响？165

4抗生素的其他用途(非人类用途)167
除了用于治疗人类感染，抗生素还有哪些用途？168
近年来生产的抗生素有多大比例用于人类？168
为什么给健康的动物使用抗生素？169
抗生素都用于哪些动物了？174
动物使用了哪些抗生素？人类使用的抗生素会用于动物吗？175
美国以外的国家会把抗生素用于食用动物吗？177
水产养殖业的抗生素使用情况如何？177
鱼类和其他动物使用的抗生素可以用于人类吗？181
给动物使用抗生素会产生什么后果？182
人们购买的肉鱼蛋奶中会有抗生素残留吗？184
为什么要给蜜蜂使用抗生素？186
植物也会发生感染吗？抗生素为什么被用于植物？使用频率如何？187
植物感染会传播给人类吗？189
植物感染如何影响人类健康？189
植物性食物是否会被抗生素污染？192
在大型养殖场(例如工业化的鸡、猪、牛养殖场)给动物使用抗生素是否会对当地环境产生影响？197
环境中抗生素的其他来源有哪些？198

5抗生素耐药性201
什么是抗生素耐药性？202
抗生素耐药性来自何处？207
细菌逃避抗生素的机制是什么？211
细菌如何破坏抗生素或使抗生素失效？212
细菌如何通过修饰抗生素产生耐药性？216
细菌如何阻止抗生素通过细菌细胞壁？216
细菌如何将抗生素排出细胞外？217
细菌如何改变抗生素的作用靶点？218
细菌如何在关键功能受到抗生素影响时得以生存？219
细菌逃避抗生素作用的其他耐药机制有哪些？220
如何检测细菌对抗生素的耐药性？222
抗生素耐药性是如何在细菌间传递的？225
细菌间抗性基因转移发生在何处？228
耐药菌和抗性基因是如何在世界各地传播与转移的？旅行在其中发挥着什么样的作用？230
旅行者是如何感染多重耐药菌的？耐药菌通常在何处被发现？234
旅行者感染耐药菌的频率如何？他们是否会将耐药菌传播给其他人？240
什么是医疗旅行？在国外接受医疗服务的旅行者有感染耐药菌的风险吗？243
大型集会是重要的传染源吗？会加剧感染或耐药菌的传播吗？245
什么是污水流行病学？246
耐药菌如何在医疗机构传播？248
有没有不依赖人类活动的耐药菌传播方式？251
伴侣动物是否会携带抗生素耐药菌？253
细菌从动物传播给人类有其他哪些途径？254
抗生素耐药性会消失吗？255
哪些细菌产生了耐药性？255
为什么结核病仍然是一个严重的全球问题？256
多耐药结核病与广泛耐药结核病有何区别？263
为什么淋病如此难治？266
抗生素耐药菌已经遍布全球了吗？272
抗生素耐药性水平是否受抗生素消耗量的影响？273
如何延缓或阻止抗生素耐药性的产生？273

6抗生素耐药性的影响275
抗生素耐药菌感染的严重后果有哪些？276
与抗生素敏感菌相比，抗生素耐药菌引起的感染会更轻、更重，还是同样严重？278
抗生素耐药菌感染的后果是否更糟？279
如果抗生素变得无效会有什么后果？人们所说的“后抗生素时代”是什么意思？281
当前哪些医疗操作依赖高效的抗生素预防性应用？282
当细菌对一线抗生素耐药时，我们是否还有其他抗生素可用？285
与一线抗生素相比，其他抗生素是否一样安全有效？人们是否买得到也用得起？285
当细菌产生耐药性后，抗生素还能用于预防性治疗吗？286
如今会有人死于抗生素耐药菌感染吗？286
抗生素为什么被认为是社区药物？为什么服用抗生素会影响到邻居和社区？290

7减少抗生素需求的干预措施和抗生素替代疗法293
有哪些方法可以降低感染风险，从而减少抗生素需求？294
为什么提供清洁用水和卫生设施可以减少抗生素的使用？294
食品加工和处理如何影响抗生素的使用？298
如何通过接种疫苗来减少抗生素需求？300
预防病毒感染的疫苗如何帮助减少抗生素的使用？流感病毒为何备受关注？303
疫苗能否用于预防动物感染？能否预防可能影响人类的动物感染？310
如何通过控制蚊子和蜱等病媒生物来减少抗生素的使用？311
卫生保健相关感染是使用抗生素的主要原因吗？312
消毒剂和含酒精免洗洗手液对所有病原微生物都有效吗？317
如何使用金属铜来减少感染？320
有没有不使用抗生素的治疗感染的方法——不像使用
抗生素那样导致耐药性的治疗方法？324
还有哪些治疗感染的方法可以不使用抗生素？326
什么是噬菌体疗法？它的工作原理是什么？这种疗法的使用现状如何？328
噬菌体疗法：展望未来334
目前，噬菌体和细菌素的应用状况如何？335

8抗生素有效性的维持与新型抗菌疗法的研发339
抗生素滥用的现象有多普遍？340
哪些方法能促进抗生素合理使用，减少不合理处方？344
如何从患者角度减少抗生素不合理用药？349
何谓抗生素管理项目？351
抗生素管理项目成效如何？353
抗生素过敏是如何成为抗生素管理项目的关注重点的？354
准确的诊断检测如何在减少抗生素使用中发挥作用？357
什么是降钙素原？降钙素原水平可以指导抗生素治疗吗？359
降钙素原水平对新生儿感染治疗有指导意义吗？362
为什么有些情况下快速诊断检测反而会导致抗生素使用增加？364
能否利用尿液、唾液、呼出气体或其他标本来诊断感染？366
各国机构和国际机构在减少抗生素滥用方面发挥什么作用？370
为什么制药公司不研发更多新型抗生素？为什么药物研发项目中没有更多的抗生素？372
哪些细菌是研发新型抗生素的首要目标？374
目前正在研发的抗生素或抗菌产品有哪些？375
谁负责研发新型抗生素？谁来承担研发成本？什么激励
措施或方法会促进新型抗生素的研发？376
细菌感染治疗产品的研发主要集中在哪些领域？378

参考文献383