核心概念
生物学
细菌
健康
药物
数学
概率
简介
您是否曾经需要服用抗生素？您的医生或护士可能告诉您要完成每剂药物的服用——即使您在完成之前就开始感觉好转。但这是为什么呢？您可能会惊讶地发现，如果您过早停止服用抗生素，您可能会促成产生抗生素耐药性“超级细菌”，这会使我们的药物效果降低，并使疾病更难治疗。在这个活动中，您将通过掷骰子来了解细菌如何对抗生素做出反应，从而找出为什么这些超级细菌如此难以治疗。
背景
细菌是无处不在的微小生物。即使在我们健康的时候，也有数万亿的细菌生活在我们体内和体表。大多数细菌对人类无害——许多甚至是有益的。但有些细菌会使我们生病。抗生素是通过杀死细菌来治疗细菌感染的药物，例如链球菌性咽喉炎或耳部感染。在 20 世纪中期抗生素广泛使用之前，人们有时会因轻微的伤口和感染而死亡（也许是我们认为不重要的伤害，例如擦伤的膝盖）。
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随着时间的推移，许多抗生素失去了效力，因为细菌对它们的耐药性越来越强。这意味着一些细菌可以在本应杀死它们的抗生素中存活下来。这些细菌被称为抗生素耐药细菌，或“超级细菌”。
发生这种情况是因为并非所有细菌都相同：一些细菌对抗生素的耐药性比其他细菌更强。如果某些细菌对抗生素的敏感性较低，它们就可以存活下来，甚至繁殖。
科学家们一致认为，服用抗生素的时间过短会增加幸存细菌产生抗生素耐药性的风险。其他可能导致抗生素耐药细菌的行为包括在不需要时服用抗生素（例如当您感染病毒时）、未妥善处理抗生素或服用抗生素时间过长。在此活动中，您将用骰子模拟抗生素耐药细菌的产生。您认为需要多少剂量才能将它们全部消灭？
材料
20 个骰子（六面：15 个一种颜色，5 个另一种颜色）或访问 在线掷骰子器或掷骰子器应用程序
纸
笔
您可以滚动所有骰子的较大的平坦工作区域（如果您使用的是实物骰子）
每种颜色的额外骰子（可选）
坐标纸（可选）
准备
按颜色分隔骰子。在您的模型中，每个骰子将代表一个细菌，其中五个相同颜色的骰子代表耐药性更强的细菌，而 15 个另一种颜色的骰子代表耐药性较弱的细菌。（幸运的是，在自然界中，耐药性较弱的细菌仍然是最丰富的。）
在您的纸上写下哪种颜色代表哪种细菌。
在您的模拟中，每次掷骰子都将对应于服用一剂抗生素。当掷出 2、3、4、5 或 6 时，耐药性更强的细菌将在抗生素中存活下来。当掷出 6 时，耐药性较弱的细菌才能存活。耐药性较弱的细菌与耐药性较强的细菌的存活概率有何不同？
步骤
将所有骰子混合在一起并掷骰子，以代表第一剂抗生素。
根据耐药性较弱和耐药性较强的细菌的规则，将掷出的骰子分成“存活”堆和“死亡”堆。第一剂抗生素在杀死细菌方面的效果如何？
将“死亡”堆中的所有骰子放在一边。它们将不再使用。计算“存活”堆中每种颜色的骰子数量，并将结果记录在一张纸上。有多少细菌存活下来？有多少耐药性更强或耐药性更弱的细菌死亡？
重复这些步骤，直到没有骰子剩下。每次掷骰子时都记录您的结果。杀死所有耐药性更强的细菌需要掷多少次？与耐药性较弱的细菌相比，耐药性更强的细菌存活的时间更长还是更短？您认为为什么会出现这种情况？
额外：增加每组细菌的骰子数量或改变耐药性更强与耐药性更弱的细菌的比例。这会如何改变您的结果？如果您从更大比例的耐药性更强的细菌开始，会发生什么？
额外：使用坐标纸绘制您的结果图。在横轴上写下剂量数（您掷骰子的次数），在纵轴上绘制每次剂量后存活细菌的数量图。您绘制的耐药性更强与耐药性更弱的细菌的图表有何不同？
额外：在现实世界中，活细菌可以繁殖，产生更多同类型的细菌。如果您允许每个细菌随着时间的推移而繁殖，您认为会发生什么？进行两次抗生素剂量（掷骰子），每次都移除“死亡”细菌。在第二次剂量后，像往常一样移除“死亡”细菌，但这次为每个存活的细菌添加一个相同颜色的骰子。这对抗药性更强和耐药性更弱的细菌的比例有什么影响？在每次掷骰子两次后继续这样做。细菌的比例会发生什么变化？您最终能够消灭耐药性更强的细菌吗？您能想到为什么首先避免出现更多耐药性细菌很重要吗？
额外：抗生素只能杀死细菌。如果您感染了病毒，病毒是由不同类型的感染引起的，例如普通感冒，会发生什么？让我们来了解一下。收集 15 个相同颜色的骰子；这次它们将是病毒细胞。现在掷所有骰子，代表一剂抗生素。移除任何落在 7 上的骰子。抗生素杀死了任何病毒细胞吗？
观察和结果
您是否能够杀死所有细菌？可能可以，但这可能需要您掷骰子很多轮才能做到。您可能注意到“正常”或耐药性较弱的细菌很快就被杀死了。由于它们在您的模型中仅在掷出 6 时才能存活，并且骰子上有六个可能的数字，因此它们在一次掷骰子（代表一剂抗生素）中存活的概率仅为六分之一，即 16.6%。可能只需要掷几次就可以消除所有耐药性较弱的细菌。
但是，该模型中耐药性更强的细菌每次掷骰子（或剂量）的存活概率为六分之五，即 83.3%，因为当掷出 2、3、4、5 或 6 时，它们可以存活。这意味着需要更长的时间才能杀死所有耐药性更强的细菌。尽管它们的初始数量远低于耐药性较弱的细菌，但在掷了几次之后，它们可能就是唯一存活的细菌。您可能需要多达 10 次甚至更多的抗生素剂量（或掷骰子）才能将它们全部消灭。
这就是现实生活中细菌的情况。一剂抗生素可以非常有效地杀死许多无法抵抗药物作用的细菌。但是，能够防御抗生素的细菌能够存活第一剂，并且需要数剂治疗才能杀死它们。如果您尝试了让幸存细菌繁殖的额外活动，您可能会看到杀死耐药性更强的细菌极其困难。这就是为什么我们试图首先避免出现更多这些细菌。如果您尝试用抗生素剂量杀死病毒，您当然会看到它根本不起作用！因此，下次您生病时请记住这一点。完全按照您的医生或护士的指示服用任何处方抗生素——这样您就可以尽自己的一份力量，帮助避免产生超级细菌。
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