การดื้อต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียนั้นเป็นภาวะฉุกเฉินภาวะฉุกเฉินที่พบเกิดขึ้นทั่วทุกมุมโลกในปัจจุบัน โดยการดื้อต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียเป็นการตอบสนองและการปรับตัวเพื่อความอยู่รอดในขณะที่มีการใช้ยาปฏิชีวนะเพื่อกำจัดเชื้อแบคทีเรียนั้นๆ โดยการดื้อยานี้อาจเกิดจากการปรับตัวทางกายภาพหรือทางพันธุกรรมของแบคทีเรียนั้นก็ได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มโอกาสในการอยู่รอดของเชื้อเพิ่มขึ้นแม้จะมีการใช้ยาปฏิชีวนะในขนาดที่สูงขึ้นก็ตาม ในบางสภาวะการใช้ยาปฏิชีวนะอาจทำให้เกิดการเจริญเติบโตของแบคทีเรียดื้อมากขึ้น ในขณะที่แบคทีเรียซึ่งยังมีความไวต่อยาถูกกำจัดออกไป[160] ตัวอย่างเช่น การใช้ยาปฏิชีวนะในการคัดแยกสายพันธุ์แบคทีเรียที่ได้รับการตกแต่งพันธุกรรมด้วยยีนดื้อยาในปี ค.ศ. 1943 โดยเรียกการทดลองนี้ว่า การทดลองของเดลบรัค–ลูเรีย (Luria–Delbrück experiment)[161] สถานการณ์การดื้อต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียในปัจจุบันนี้พบว่า ยาปฏิชีวนะหลายชนิดที่มีประสิทธิภาพในการต้านเชื้อแบคทีเรียหลากหลายสายพันธุ์ในอดีต เช่น เพนิซิลลิน และอิริโทรมัยซิน กลับมีประสิทธิภาพในการรักษาโรคติดเชื้อแบคทีเรียต่างๆได้น้อยลง ทั้งนี้เนื่องมาจากอัตราการดื้อต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียมีเพิ่มขึ้นมากกว่าในอดีต[162]

การดื้อต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียอาจเกิดขึ้นได้รูปแบบการย่อยสลายทางชีวภาพของยาปฏิชีวนะ ดังเช่นในกรณีของแบคทีเรียในดินที่ทำหน้าที่ย่อยสลายซัลฟาเมทาซีน ซึ่งได้รับซัลฟาเมทาซีนที่ปนเปื้อนออกมากับอุจจาระของหมู[163]โดยการปรับตัวให้อยู่รอดจากยาปฏิชีวนะได้นี้ส่วนใหญ่แล้วมักเกิดถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้[164] แต่ในกรณีการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะนั้นมักเกิดจากการที่แบคทีเรียหนึ่งๆ ได้รับยีนต้านทานยาปฏิชีวนะมาจากแบคทีเรียเซลล์อื่น (horizontal gene transfer) โดยกระบวนการถ่ายทอดยีนนี้มักเกิดขึ้นได้บ่อยในพื้นที่ที่มีการใช้ยาปฏิชีวนะสูง[165]

ข้อมูลที่ได้จากการศึกษาทางโบราณคดีพบว่าการดื้อต่อยาปฏิชีวะในแบคทีเรียนั้นเป็นกลไกที่พบเกิดขึ้นได้ตั้งแต่สมัยโบราณ[166] ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ของเชื้อแบคทีเรียจนได้เป็นสายพันธุ์ที่ทนสารที่ออกฤทธิ์เป็นยาปฏิชีวนะที่เคยใช้ได้ผลในการยับยั้งการสืบพันธุ์และการดำรงชีวิตของแบคทีเรียนั้นๆในอดีต[167]

กลไกการดื้อต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียในระดับโมเลเท่าที่ทราบในปัจจุบันนั้น การดื้อยาต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียตั้งแต่กำเนิด (Intrinsic resistance) อาจจะเป็นส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรม (genetic makeup) ของแบคทีเรียสายพันธ์นั้น[168][169] ตัวอย่างเช่น ตำแหน่งที่เป็นเป้าหมายการออกฤทธิ์ของยาปฏิชีวนะอาจจะหายไปจากจีโนมของแบคทีเรีย ส่วนการดื้อต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียที่เกิดภายหลัง (Acquired resistance) นั้นจะเป็นผลมาจากการกลายพันธุ์ในโครโมโซมของแบคทีเรีย หรือการได้รับยีนดื้อยาจากแบคทีเรียอื่นผ่านทางดีเอ็นเอที่อยู่นอกโครโมโซม (extra-chromosomal DNA)[168] ทั้งนี้ ในแบคทีเรียบางสายพันธุ์ที่สามารถผลิตสารที่ออกฤทธิ์เป็นยาปฏิชีวนะได้นั้นจะสามารถดื้อต่อยาปฏิชีวนะดังกล่าวได้อย่างอัตโนมัตและอาจมีการถ่ายทอดความสามารถในการดื้อต่อยาปฏิชีวนะนี้ไปยังแบคทีเรียอื่นๆได้เช่นกัน[170][171] การแพร่กระจายของแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะนั้นส่วนใหญ่จะพบในรูปแบบถ่ายทอดพันธุกรรมจากรุ่นสู่รุ่นหรือการติดต่อตามแนวดิ่ง (vertical transmission) และโดยการรวมตัวกันใหม่ของยีน (Genetic Recombination) ในดีเอ็นเอโดยการถ่ายทอดยีนในแนวราบ (Horizontal gene transfer)[164] โดยแบคทีเรียดื้อยาสามารถถ่ายทอดยีนดื้อยาที่ถูกบรรจุอยู่ในพลาสมิดไปยังสเตรนอื่นหรือสายพันธุ์อื่นได้[164][172] โดยพลาสมิดบางชนิดที่บรรจุยีนดื้อยาที่แตกต่างกันไว้หลายยีนสามารถทำให้แบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะหลายขนานได้[172] โดยการดื้อยาปฏิชีวนะข้ามชนิดหนือข้ามกลุ่มกันในเชื้อแบคทีเรียนั้นอาจพบเกิดขึ้นได้ในกรณีที่กลไกการดื้อต่อยาเหล่านั้นถูกควบคุมโดยยีนตำแหน่งเดียวกัน[172]

ในปัจจุบัน โรคที่เกิดจากการติดเชื้อแบคทีเรียสายพันธุ์หรือสเตรนที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะ หรือในบางครั้งอาจเรียกว่า ซูเปอร์บั๊ก (superbugs) เป็นโรคที่การสาธารณสุขทั่วโลกต่างเห็นพ้องว่าเป็นโรคที่ต้องมีการควบคุมโรคเป็นอย่างดี เนื่องจากอาจเกิดการแพร่กระจายและเกิดการติดต่อเป็นวงกว้างได้ ยกตัวอย่างเช่นภาวะฉุกเฉินที่เกิดจากวัณโรคที่ดื้อต่อยาต้านวัณโรคหลายขนาน (Multidrug-resistant tuberculosis; MDR-TB) ซึ่งเชื้อแบคทีเรียสาเหตุดังกล่าวนั้นดื้อต่อยาต้านวัณโรคหลายชนิดที่เคยมีประสิทธิภาพดีในการรักษาวัณโรคหลายอดีต โดยในทุกๆปีจะมีผู้ป่วยรายใหม่มากกว่าครึ่งล้านที่เจ็บป่วยจากการติดเชื้อวัณโรคที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะหลายขนานสายพันธุ์[173] โดยกลไกการดื้อยาดังกล่าวนั้นเกิดได้จากหลากหลายกลไก การศึกษาทางคลินิกในปัจจุบันพบว่าเอนไซม์ NDM-1 เป็นเอนไซม์ที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งที่ชักนำให้แบคทีเรียเกิดการดื้อต่อยาปฏิชีวนะในกลุ่มบีตา-แลคแตมได้หลายชนิด[174] สำนักงานคุ้มครองสุขภาพ (Health Protection Agency) ของสหราชอาณาจักร ได้ให้ถ้อยแถลงไว้ว่า แบคทีเรียที่มีการสร้างเอนไซม์ NDM-1 ซึ่งคัดแยกได้จากสารคัดหลั่งของผู้ป่วยนั้นดื้อต่อยาปฏิชีวนะรูปแบบฉีดในสูตรการรักษามาตรฐานทุกชนิดของการรักษาโรคติดเชื้อแบคทีเรียที่รุนแรง[175] ในวันที่ 26 พฤษภาคม ค.ศ. 2016 ได้มีการรายงานถึงการพบแบคทีเรียสายพันธุ์ Escherichia coli ที่ดื้อต่อโคลิสตินเป็นครั้งแรกในสหรัฐอเมริกา ซึ่งยาดังกล่าวนั้นถือได้ว่าเป็น “ยาที่ถูกเลือกใช้เป็นอันดับสุดท้าย” (Drug of last resort) หรือยาทางเลือกสุดท้ายที่มีใช้ในกรณีที่ภาวะติดเชื้อนั้นไม่สามารถบำบัดรักษาได้ด้วยยาปฏิชีวนะชนิดอื่น หรือเฉพาะโรคที่เกิดจากการติดเชื้อแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะหลายขนาน[176][177]