游戏玩家都深知：必须获得合适的补给并经受住障碍和陷阱，才能走很远的路。细菌等微生物想要生存和繁荣，就必须采取措施保持健康或“适应性”，并承受可能导致它们死亡的因素的冲击。对于细菌来说，抗生素就是这样一个因素。然而，一些细菌已经进化到能够抵抗抗生素，这种现象被称为耐药性。抗生素耐药性是一个重大的人类健康危机，因为几十年来可以治疗的感染不再对我们现有的治疗方法有反应。

圣裘德传染病系的Rosch博士正在研究影响细菌适应性的因素，哪些因素会帮助它们避免药物作用、获得耐药性。“我认为，了解它们是如何到达产生耐药性的终点线，是一个非常重要的问题，可以弄清楚它们是如何从敏感细菌转变为耐药性细菌的，以及为什么一个物种中只有某些成员会产生耐药性。”

Rosch和他的团队研究了肺炎链球菌(S. pneumoniae)，这是人类肺炎和脑膜炎的主要原因，也可以导致血液感染和耳部和鼻窦感染。虽然通常对抗生素治疗有反应，但在美国疾病控制和预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的抗生素耐药性威胁报告中，肺炎链球菌被列为“严重”威胁(位于三个类别的中间，在“紧急”和“令人担忧”之间)。

肺炎链球菌面临着几条不同的路径来确保他们的生存。“细菌产生抗药性的障碍是什么?”“这些细菌可以采取的途径只有这么多，所以为什么某些途径会产生这种抗性表型，而其他途径则不会?”我们希望找到干扰这些过程的方法，这样我们就能最终阻止耐药性的发展。”

通过细菌自身基因突变来产生耐药性的最简单方法是最危险的，因为它也会导致细菌失去感染能力。在《Cell Report》中，Rosch和他的团队表明，当肺炎链球菌自己变异以试图产生耐药性时，它就失去了致病的能力。这种适应度的丧失使得病原体无法继续，并在它的旅程中消亡。

“抗生素耐药性确实受到健康状况的限制，”Rosch说。“为了最终在种群中取得成功，细菌需要抗性和适应性的正确组合。如果你身体不健康，抵抗是不够的。”

供体基因通过重组产生抗性

细菌还可以一起合作，从朋友那里得到一点帮助，在通往耐药性的道路上帮助它们导航。如果肺炎链球菌在重组的过程中交换它们的DNA，细菌就可以获得产生抗生素耐药性所需的突变，而对其健康的代价要比单个细菌试图突变自己的代价低得多。因此，肺炎链球菌可以在不丧失适应度的情况下，迅速形成耐药性。

“重组使这些细菌跳过了健康问题，”Rosch说。“与其沿着一条路径缓慢前进，采取小步骤，小突变，重组可以让细菌一次性向前迈出一大步，这似乎是在保持健康的同时获得耐药性所需要的。”“把它想象成一个你必须穿越的山谷，”Rosch补充道。“如果细菌必须一步一步地穿过这个巨大的山谷，最终它们会耗尽资源，无法通过。然而，如果细菌能直接跨过一座桥，它们就能完好无损地到达另一边。”

有趣的是，Rosch和他的团队还发现，如果交换了正确的基因，两个对抗生素敏感的细菌之间的重组事件仍然会导致耐药性。

绘制抵抗的规则

无论是你在玩一个电脑游戏，还是一个细菌在玩发展壮大的生命游戏，都可以从研究导致成功的过程中获得见解。了解游戏规则可以帮助你理解为什么事情会以这样的方式发生，并帮助你避免让你的旅程误入歧途的陷阱。“我们不知道细菌产生抗生素耐药性的规则是什么，”Rosch说。“我们知道它会发生，但这个过程中涉及的规则和限制是什么? 这些细菌采取什么途径，是否有某些途径它们不能下降因为适应成本太高? 这项研究帮助我们回答了肺炎链球菌的这些问题，并提供了一个蓝图，可能也适用于其他细菌。”