攜帶耐藥質(zhì)粒細菌抗生素耐藥性的動力學研究.pdf

1、當前由耐藥細菌導致的感染嚴重影響了病患的治愈率，細菌對抗生素的耐藥性是一個生物醫(yī)學領(lǐng)域長期存在并急需解決的問題，其中由攜帶耐藥質(zhì)粒導致的水平基因傳播在細菌耐藥性的傳播中起著重要的作用。近年來，由于細菌對抗生素耐藥性的不斷提高，而新抗生素研發(fā)速度緩慢，增加了對其進行深入研究的重要性和緊迫性，特別是攜帶耐藥質(zhì)粒細菌抗生素的耐藥性一直是困擾醫(yī)學界多年的疑難問題，引起了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业膹V泛興趣。事實上，攜帶耐藥質(zhì)粒在不同亞種細菌中的傳播不僅

2、可以在實驗室中作為一個生物問題進行研究，也可以轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題，特別是作為一個動力系統(tǒng)問題進行研究。在這種背景下，本文應(yīng)用動力學方法研究了在不同抗生素壓力下，耐藥性適應(yīng)度代價對細菌種群亞種數(shù)量的長期行為及其對耐藥性水平的長期影響。
　　第一章為緒論，綜述了應(yīng)用確定性模型來描述耐藥細菌選擇，演化和傳播機理模型的發(fā)展史，介紹了四種經(jīng)典數(shù)學模型，并發(fā)現(xiàn)在前人的工作主要關(guān)注不同耐藥亞種細菌在人群中傳播和醫(yī)療工作人員作為耐藥細菌的傳播媒介的動

3、力學問題。在討論國內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，對論文的整體結(jié)構(gòu)做了安排。同時，介紹了利用確定性模型來描述細菌種群亞種數(shù)量的長期行為和其對種群耐藥性水平的長期影響文獻的必要性。
　　第二章是對攜帶耐藥質(zhì)粒細菌系統(tǒng)的一般化研究:通過對野生型細菌和攜帶耐藥質(zhì)粒細菌系統(tǒng)進行一般化建模，討論了平衡點的存在性條件，研究了其局部穩(wěn)定的條件。特別地，給出了正平衡點存在的充分條件，在此條件下，系統(tǒng)不存在閉軌道，并且如果該模型存在唯一穩(wěn)定正平衡點，則它必為全

4、局漸進穩(wěn)定的平衡點。同時，將已獲得一般化模型結(jié)論應(yīng)用兩個已有模型中，得到了類似的結(jié)論。在生物意義上，得到了細菌耐藥性水平為非零和有界，并且不會表現(xiàn)出周期現(xiàn)象的結(jié)論。
　　第三章是改進了四維常微分方程，從而研究系統(tǒng)不變子空間上的動力學性質(zhì):劃分了改進四維系統(tǒng)為三個不變子空間，分析了其動力學行為，證明了三個子空間上的系統(tǒng)的適定性。給出了三個子系統(tǒng)的平衡點的存在性，局部漸進穩(wěn)定性和全局漸進穩(wěn)定性條件，得到了野生型細菌與耐藥細菌既有競爭關(guān)

5、系，又有合作關(guān)系，并由適應(yīng)性代價和抗生素壓力的強度來決定的結(jié)論，合理解釋了抗生素耐藥基因理論上會被排出宿主體外，但實際上可能保留在其體內(nèi)的矛盾問題。
　　第四章是對攜帶耐藥質(zhì)粒細菌系統(tǒng)演化模型的動力學研究:通過應(yīng)用常微分方程定性理論，研究改進系統(tǒng)的長期動力學行為，證明了改進四維系統(tǒng)的適定性，給出了邊界平衡點的存在條件和局部穩(wěn)定條件，討論了正平衡點的存在可能性，同時分析了質(zhì)粒分離率的作用，發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒分離率盡管很小，但其直接導致正平衡點

6、的存在，并進一步在生物學上指出其對于細菌長期演化起著的重要作用。
　　第五章是對攜帶耐藥質(zhì)粒細菌系統(tǒng)動力學分析的數(shù)值模擬研究:使用了三組數(shù)據(jù)進行數(shù)值模擬試驗，驗證了理論分析的結(jié)論，給出了所有平衡點的存在區(qū)間和漸進穩(wěn)定區(qū)間，顯示了正平衡點的存在就一定伴隨著雙穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)，說明了此種現(xiàn)象的普遍性，并從生物學角度進行了解釋。模擬試驗還發(fā)現(xiàn)了在特定抗生素濃度下，某一亞種細菌的數(shù)量不會被抗生素的使用而抑制，反而可能會增加的反?，F(xiàn)象。