1928年，微生物学家亚历山大·弗莱明在观察实验室中培养细菌的培养皿时，注意到了一些奇特之处。在培养皿中生长的小圆状细菌菌落中，出现了一种污染性霉菌。他发现，靠近霉菌的细菌菌落正在死亡，而远离霉菌的菌落则显得健康。弗莱明推测，这种霉菌（后来被鉴定为青霉菌）正在产生一种对细菌有致命作用的物质——抗生素。
弗莱明的假设被证明是正确的，不到十年，我们熟知的抗生素青霉素就诞生了。在1945年获得诺贝尔奖时，弗莱明留下了一个极具预见性但被很大程度上忽视的警告：“轻率使用青霉素治疗的人，在道德上对那些因感染耐青霉素生物而死亡的人负有责任。我希望这种弊端能够被避免。”
虽然青霉素曾被誉为拯救了无数生命的“奇迹药物”，但现在它对某些感染已无能为力，因为目标细菌已经对该药物产生了耐药性。细菌之所以能做到这一点，是因为它们繁殖迅速，从而能够快速进化。由于这种加速进化，细菌产生耐药性的速度远远快于研究人员开发新药的速度。
超级细菌被定义为对多种抗生素产生耐药性的感染性细菌，使得医生几乎没有或根本没有治疗选择。一些最危险的超级细菌包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、艰难梭菌、碳青霉烯类耐药肠杆菌科和淋病奈瑟菌（淋病的病原体）。疾病控制与预防中心（CDC）报告称，美国每年发生超过280万例抗生素耐药感染，并导致超过3.5万人死亡。
细菌如何产生抗生素耐药性
细菌能够采取多种多样的策略来对抗抗生素的“攻击”。这些策略通常涉及一种能赋予药物耐药性的基因突变，或者从其他细菌那里获得耐药基因。耐药基因可以通过一种称为菌毛的结构从一个细菌传递到另一个细菌，菌毛是一种连接单个细菌细胞并允许它们传递遗传信息的管道。
第一种耐药策略涉及改变抗生素攻击的目标。许多抗生素通过关闭细菌细胞存活所必需的关键酶来杀死细菌。以青霉素为例，该药物会结合并抑制一种称为转肽酶的细菌酶，该酶有助于连接包裹细菌的细胞壁结构的组成部分。在某些青霉素耐药的情况下，转肽酶基因发生突变，导致青霉素不再与该酶结合。一些抗生素，如红霉素，则通过结合并关闭细菌核糖体来起作用，核糖体是将基因转化为蛋白质的“工厂”。在某些情况下，细菌获得耐药性不是通过改变药物靶点，而是通过增加其正常产生的量。当这种情况发生时，靶点数量过多，抗生素无法抑制，因此抗生素的治疗剂量就失效了。
一些细菌拥有能够破坏抗生素的酶，这是青霉素耐药性最典型的策略。青霉素容易被一种称为青霉素酶的细菌酶降解，这种酶通常在细菌分裂时用于重塑细胞壁。问题在于，青霉素酶也能重塑青霉素，使其失活。另一个例子是对一种名为氯霉素的抗生素的耐药性，该抗生素像红霉素一样关闭核糖体。拥有称为CAT的基因的细菌会产生一种称为氯霉素乙酰转移酶的酶，该酶可以中和这种抗生素，使其无法与核糖体结合。
细菌的另一个主要策略是阻止抗生素进入细菌细胞。这可以通过阻止药物进入或促进其排出来实现。细菌被细胞壁和细胞膜包围；许多抗生素利用这些结构中的通道进入细菌。然而，细菌可以改变这个进入通道，使其无法再用于将抗生素转运到细胞内。同样，细菌可以获得或增加外排通道的表达，这些通道可以将抗生素泵出细胞。这种抗生素外排是四环素类抗生素常见的难题，常用于治疗尿路感染、衣原体和痤疮等感染。
细菌可以采用一种或多种这些防御方法来对抗抗生素，而且可能还存在尚未确定的其他耐药方法。细菌有如此多的方法可以逃避抗生素的作用，难怪它们会变成超级细菌。
我们如何战胜超级细菌？
当然，要依靠持续的研究！超级细菌兴起的一个促成因素是自满情绪。青霉素的发现（20世纪30年代）导致了后续几十年的抗生素发现浪潮，但这种趋势在20世纪60年代就逐渐减缓了。药物的充裕也阻碍了制药研究，因为很难收回药物研发所需的大量资金。尽管有明确的警告说细菌正在对这些重要药物产生耐药性，但在将近半个世纪里，几乎没有进行过寻找新型抗生素的研究。即使在今天，耐药细菌的激增速度也远远超过了新抗生素的发现速度。
在寻找新抗生素的同时，科学家们试图改进现有抗生素。通过化学改变抗生素的某些部分，研究人员能够创造出能够逃避细菌耐药机制的衍生物。例如，为了应对四环素类药物容易被外排泵排出，研究人员对四环素进行了改造，使其替加环素的排出不再那么容易。
对抗当前超级细菌——并防止新超级细菌出现——的一个有价值的策略是“鸡尾酒疗法”或组合用药的概念。虽然一次给予患者多种药物有时会增加不良反应，但这种方法在治疗其他传染病（如艾滋病）方面已被证明非常有效。青霉素酶抑制剂，如克拉维酸，经常与青霉素类药物联合使用，以防止其被该酶破坏。
联合用药的原理是双重的。联合用药可以是协同的，意味着两种药物比单独一种药物更有效地杀死细菌。它们还可以最大限度地减少超级细菌的形成；细菌更容易针对单一药物产生一种适应性，而不是同时产生多种独立的适应性。
科学家们还在重新审视一个古老的想法，以确定细菌病毒（称为噬菌体）是否可以被武器化以消灭细菌病原体。噬菌体不感染人类细胞，但它们是某些细菌的天然入侵者。“噬菌体疗法”目前的局限性包括如何生产并将其有效递送到细菌感染的特定组织。
最后，我们现在正吸取过去的教训。考虑到细菌进化耐药性的速度之快，当今许多新研发的抗生素仅被用作“最后手段”治疗。其基本原理是尽量减少这些宝贵药物的使用，剥夺细菌产生耐药性的机会。同样，活动人士也在呼吁停止在动物饲料中添加抗生素，这在畜牧业中被广泛用作生长促进剂。这是一项重要努力，因为将大量抗生素引入环境会促进耐药细菌的进化。此外，教育医生避免对没有明确细菌感染证据的患者过度处方抗生素，也有助于从根本上阻止超级细菌的产生。
正如研究人员所证明的，细菌拥有多种手段来抵抗我们救命的药物。我们必须探索同样多样化的途径来对抗它们的攻击。强大的抗生素储备将有助于赢得与超级细菌的战争。
