Лекарственная устойчивость микроорганизмов

Лекарственная устойчивость микроорганизмов – это… Что такое Лекарственная устойчивость микроорганизмов?

Лекарственная устойчивость микроорганизмов
способность микроорганизмов сохранять жизнедеятельность, включая размножение, несмотря на контакт с химиопрепаратами.

Лекарственная устойчивость (резистентность) микроорганизмов отличается от их толерантности, при которой микробные клетки не гибнут в присутствии химиопрепаратов из-за уменьшенного количества аутолитических ферментов, но и не размножаются. Л.у.м.

— широко распространенное явление, препятствующее лечению инфекционных болезней. Наиболее изучена лекарственная устойчивость бактерий.

Различают лекарственную устойчивость, природно присущую микроорганизмам и возникшую в результате мутаций или приобретения чужеродных генов. Природная Л.у.м.

обусловлена отсутствием в микробной клетке мишени для химиопрепаратов или непроницаемостью для них оболочки микробной клетки. Она свойственна, как правило, всем представителям данного вида (иногда рода) бактерий в отношении конкретной группы химиопрепаратов.

Примерами могут служить устойчивость к пенициллину микоплазм из-за отсутствия у них клеточной стенки и ферментов ее синтеза — мишеней для пенициллина, а также устойчивость синегнойной палочки к эритромицину в связи с неспособностью последнего проникать через ее оболочку к своим мишеням-рибосомам.

Лекарственная устойчивость микроорганизмов как результат мутаций или приобретения чужеродных генов представителями видов, исходно чувствительных к конкретным химиопрепаратам, получила распространение вследствие создаваемого широко применяемыми препаратами селективного фона для выживания именно устойчивых форм бактерий. Так, частота обнаружения пенициллиноустойчивых стафилококков в некоторых регионах достигает 80—90%, стрептомициноустойчивых — 60—70%, шигелл, устойчивых к ампициллину, — 90%, устойчивых к тетрациклину и стрептомицину — более 50% и т.д.

В зависимости от локализации в хромосоме или плазмиде генов, обусловливающих устойчивость, принято различать Л.у.м хромосомного и плазмидного происхождения. Однако плазмидные гены могут быть включены в хромосому, хромосомные гены — обнаруживаться в репликоне плазмиды. Это связано с наличием транспозонов — генетических элементов, способных к переходу в клетке из одного репликона в другой. Обмен генетическим материалом у бактерий путем конъюгации и трансдукции способствует быстрому распространению генов устойчивости между штаммами одного вида (реже рода). Селективный фон, создаваемый рядом постоянно применяемых антибиотиков, может приводить к включению в плазмиду нескольких генов устойчивости к различным химиопрепаратам. Благодаря этому возникают так называемые полирезистентные штаммы бактерий. В плазмидном репликоне может оказаться одновременно и несколько генов, обусловливающих устойчивость к одному антимикробному агенту, но за счет разных механизмов. Гены, с которыми связана устойчивость к определенному антимикробному агенту, могут иметь в одной клетке и хромосомную, и плазмидную локализацию, кодируя различные механизмы устойчивости. Лекарственная устойчивость микроорганизмов нередко носит индуцибельный характер, т.е. экспрессия генов устойчивости происходит лишь после контакта клетки с антимикробным агентом. Примером этого являются частые случаи образования инактивирующего фермента после контакта культуры бактерий с бета-лактамным антибиотиком.

Лекарственная устойчивость микроорганизмов обусловлена следующими основными механизмами: ферментативной инактивацией антимикробного агента, ослаблением его проникновения внутрь клетки возбудителя, изменением конформации внутриклеточной мишени для антимикробного агента, что препятствует его взаимодействию с мишенью, образованием повышенного количества молекул мишени, на которую действует данный антимикробный агент.

В качестве инактивирующих ферментов известны представители гидролаз — бета-лактамазы, катализирующие расщепление бета-лактамного кольца у пенициллинов, цефалоспоринов и других бета-лактамов (монобактамов, карбапенемов и т.д.), а также эстеразы, воздействующие на эритромицин и некоторые другие антибиотики близкой к нему структуры. Другая группа инактивирующих ферментов — трансферазы. К ним принадлежат левомицетин- (хлорамфеникол-)-ацетилтрансферазы, аминогликозидацетил, фосфо- или аденилилтрансферазы и фосфотрансферазы, воздействующие на эритромицин. Бета-лактамазы продуцируются многими грамположительными и грамотрицательными бактериями. Кодируются как хромосомными, так и плазмидными генами. Существует несколько систем классификации бета-лактамаз, основанных на их субстратной специфичности, чувствительности к ингибиторам, величине изоэлектрической точки и других показателях. Деление бета-лактамаз на пенициллиназы и цефалоспориназы во многом условно. Бета-лактамазы грамположительных бактерий, как правило, выделяются во внешнюю среду, грамотрицательных — содержатся в цитоплазматической мембране и периплазматическом пространстве (под внешней мембраной). В одной клетке могут присутствовать бета-лактамазы как хромосомного, так и плазмидного происхождения. Трансферазы катализируют реакцию замещения функциональной группы антибиотика остатком уксусной, фосфорной или адениловой кислоты. При применении аминогликозидных антибиотиков описано замещение аминогрупп (N-ацеталирование) и гидроксильных групп (О-фосфорилирование и О-аденилирование). Один фермент воздействует, как правило, на одну функциональную группу. Описано также О-фосфорилирование хлорамфеникола и эритромицина. Подвергшиеся модификации антибиотики теряют активность. Трансферазы могут играть защитную роль только в присутствии АТФ (донора остатка фосфорной или адениловой кислоты) или коэнзима А (донора ацетильного остатка), поэтому их защитная роль при переходе во внешнюю среду теряется. В большинстве случаев они из клетки не выделяются. Проницаемость оболочки бактериальной клетки к химиопрепаратам ослабевает в результате уменьшения количества белков-поринов и формируемых ими водных каналов во внешней мембране, через которые диффундируют препараты. Такой механизм Л.у.м может реализоваться по отношению к бета-лактамам, амино-гликозидам, фторхинолонам и др. Антимикробные агенты с выраженной гидрофобностью (некоторые из пенициллинов, фторхинолонов, тетрациклины и др.) проникают в клетку через липидные участки внешней мембраны. Изменения в структуре липидов могут влиять на Л.у.м Через цитоплазматическую мембрану некоторые антибиотики, например аминогликозиды, проникают с помощью энергозависимых специфических транспортных систем. При отсутствии функционирующих цитохромных систем электронного транспорта прекращается перенос в клетку аминогликозидов. Этим объясняется резкое падение активности аминогликозидов в анаэробных условиях и природная резистентность к ним анаэробов. С изменениями в оболочке клетки связан механизм тетрациклинорезистентности. За счет кодируемых хромосомными или плазмидными генами мембранных ТЕТ-белков в этом случае, как правило, происходит быстрое выведение проникших в клетку молекул тетрациклинов, которые не успевают прореагировать со своей мишенью — рибосомой. Устойчивость к антибиотику ванкомицину связана с появлением в цитоплазматической мембране белков, экранирующих, т.е. делающих недоступной для него мишень — пептидные цепочки пептидогликана, с которыми во время сборки этого полимера реагирует ванкомицин. Изменение конформации мишени нередко наблюдается при устойчивости микроорганизмов к бета-лактамам, фторхинолонам и другим химиопрепаратам. Ферменты биосинтеза пептидогликана клеточной стенки бактерий — транспептадазы и Д1Д-карбоксипепти-дазы (так называемые пенициллинсвязывающие белки) прекращают при изменении конформации связывать бета-лактамы, а ДНК-гираза (мишень для фторхинолонов) перестает реагировать с этими химиопрепаратами. Устойчивость к аминогликозидам может быть обусловлена уменьшением их связывания с рибосомами в результате изменения конформации отдельных рибосомных белков. Устойчивость к эритромицину на уровне его мишени (рибосом) обусловлена специфическим метилированием рибосомной РНК в большой рибосомной субъединице. Это приводит к предотвращению реагирования эритромицина с рибосомами. Повышенное количество молекул мишени в клетке и как результат устойчивость к антимикробному агенту наблюдались при устойчивости к триметоприму, обусловленной усиленным образованием редуктазы фолиевой кислоты. Селекции и широкому распространению устойчивых к антибиотикам бактерий способствуют нерациональное необоснованное применение антибиотиков. Устойчивость микроорганизмов может быть связана с фазой роста возбудителей в очаге воспаления, когда их количество достигает 108— 109 особей в 1 мл гомогенизированной пробы исследуемого материала. В этой фазе прекращается рост микробных клеток, и возбудитель становится индифферентным или менее чувствительным к ингибирующему влиянию многих антимикробных препаратов. Известные затруднения в химиотерапии вызывают L-формы бактерий, чувствительность которых отличается от чувствительности исходных бактерий с нормальной клеточной стенкой. Возбудители могут быть устойчивыми к антимикробным препаратам в случаях их ассоциаций с бактериями, инактивирующими эти препараты. На активность антибиотиков влияют также значение рН среды, степень анаэробиоза, наличие инородных тел, состояние факторов неспецифической резистентности и иммунитета, межлекарственный антагонизм. Механизмы лекарственной устойчивости грибков и простейших имеют особенности, связанные со структурной организацией и химическим составом их клеток. Отмечено, что устойчивость грибков к полиенам (нистатин, амфотерицин В, леворин и др.), реагирующим со стеринами цитоплазматической мембраны, несколько повышается при уменьшении количества стеринов в мембране или в результате изменений в молекулярной организации мембраны, приводящих к уменьшению контакта полисное со стеринами. Лекарственная устойчивость вирусов изучена слабо. Показано, что при применении как противовирусных агентов нуклеозидов устойчивость может быть связана с мутациями в генах вирусной тимидинкиназы или ДНК-полимерами. Т.о может возникать устойчивость к идоксуридину при кератитах, вызванных вирусами простого герпеса. У мутантов вируса простого герпеса. устойчивых к видарабину, изменен локус гена ДНК-полимеразы. К выводу о чувствительности или устойчивости микроорганизмов приходят на основании определения величины зоны подавления их роста на плотной питательной среде вокруг дисков, пропитанных антимикробными препаратами (дискодиффузионный метод). Применяют также метод серийных разведений антимикробных препаратов в плотных и жидких питательных средах (см. Микробиологическая диагностика) Активность противовирусных препаратов определяется с помощью методов культивирования вирусов на культуре клеток. куриных эмбрионах или лабораторных животных. Преодоление Л.у.м достигается различными путями: введением так называемых ударных доз антимикробных препаратов, способных подавлять рост относительно устойчивых к ним микроорганизмов, продолжением лечения с использованием достаточно высоких доз препаратов и соблюдение рекомендованной схемы. Смена антибиотиков, применяемых в клинике, комбинированная химиотерапия оказываются весьма эффективными в борьбе с лекарственно-устойчивыми микроорганизмами. Но, например, при сочетании бактериостатического антибиотика с бактерицидным (левомицетина с пенициллином) возможен межлекарственный антагонизм, приводящий к ослаблению антимикробного эффекта. Для защиты бета-лактамных антибиотиков от бета-лактамаз бактерий используют ингибиторы этих ферментов — клавулановую кислоту, сульбактам (сульфон пенициллановой кислоты) и др. Открытие клавулановой кислоты, содержащей бета-лактамное кольцо и блокирующей ряд бета-лактамаз, стимулировало поиск разнообразных ингибиторов ферментов (аналогов субстратов), что позволяет значительно расширить применение антибиотиков, чувствительных к инактивирующим их ферментам. Ведется также поиск новых природных антибиотиков, химическая модификация уже известных антибиотиков с целью получения антимикробных веществ, эффективных против бактерий, устойчивых к уже применяемым препаратам. Систематическое выявление лекарственно-устойчивых микроорганизмов и своевременная информация о циркулирующих в данных регионах фенотипах лекарственной устойчивости позволяют ориентировать врача на применение наиболее подходящего по спектру действия препарата и наиболее благоприятных комбинаций лекарственных препаратов, разумеется с учетом их возможной несовместимости (см. Несовместимость лекарственных средств).

В качестве стимуляторов роста с.-х. животных, в ветеринарии, растениеводстве целесообразно не применять антибиотики, используемые в клинике и вызывающие перекрестную резистентность к антибиотикам медицинского назначения.

Библиогр.: Бриан Л.Е. Бактериальная резистентность и чувствительность к химиопрепаратам, пер. с англ., М., 1984; Ланчини Д. и Паренти Ф. Антибиотики, пер. с англ., с. 89. М., 1985; Навашин С.М. и Фомина И.П. Рациональная антибиотикотерапия, с. 25, М., 1982; Франклин Т. и Сноу Дж. Биохимия антимикробного действия, пер с англ., с. 197, М., 1984.

Источник: //dic.academic.ru/dic.nsf/enc_medicine/16345/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F

Устойчивость микроорганизмов к химиотерапевтическим веществам

Лекарственная устойчивость микроорганизмов

15.1 Клеточные и молекулярные механизмы устойчивости

Устойчивость к химиотерапевтическим веществам (ХТВ) определяется комплексом структурных и метаболических особенностей микроорганизма. Различают естественную (природную) и приобретенную резистентность. Последняя имеет огромное значение в практике антимикробной терапии.

По мере внедрения нового ХТВ наблюдается короткий период, в течение которого препарат эффективно используется в широких масштабах, далее появляется все большее количество устойчивых микроорганизмов, в результате чего ценность данного ХТВ резко падает.

Например, вскоре после внедрения в практику пенициллина только 8% штаммов золотистого стафилококка было к нему устойчиво, сейчас это число превышает 75%. Популяции устойчивых микроорганизмов обычно формируются среди возбудителей госпитальных инфекций.

Скорость развития резистентности и ее механизмы зависят от видовой принадлежности микроорганизма.

Механизмы резистентности микроорганизмов к ХТВ могут быть связаны со следующими факторами:

1) наличие барьеров проницаемости;

2) активный выброс ксенобиотика из клетки;

3) наличие инактивирующих ферментов;

4) отсутствие или модификация мишени.

15.1.1 Различия в проницаемости клеточных мембран

Различия в проницаемости клеточных мембран определяют разную устойчивость грамположительных и грамотрицательных бактерий к биоцидам. Последние, как правило, более устойчивы, что определяется защитной функцией трудно проницаемой внешней мембраны.

Поры мембраны и формирующие их белки порины обеспечивают свободную диффузию гидрофильных молекул с массой до 600-700 Да. Диффузия гидрофобных антибиотиков через поры затруднена.

Резистентность Pseudomonas aeruginosa даже к гидрофильным биоцидам определяется особенностями ее внешней мембраны, липополисахарид наружной части которой экранирует поры.

Резистентность также может быть связана с нарушением системы транспорта биоцидного агента в клетку и обеспечиваться специальной системой выброса ксенобиотиков.

Такая система имеется в клетках млекопитающих и обнаружена у бактерий в форме специфических белков — помп, представленных как одиночными белками — транспортерами цитоплазматической мембраны, так и функционально связанными группами транспортеров, периплазматических белков и поринов внешней мембраны.

Более сложная система существует у грамотрицательных бактерий, что связано с необходимостью переноса через внешнюю мембрану. Системы мембранного транспорта, обеспечивающие выброс антимикробных соединений из клетки, активируются в большинстве случаев энергией трансмембранного градиента протонов и требуют участия АТФ.

15.1.2 Ферменты, инактивирующие антибиотики

Многие микроорганизмы вырабатывают ферменты, специфически инактивирующие антибиотики путем их разрушения или химической модификации. (5-лактамазы гидролизуют пенициллины и цефалоспорины (рис. 24, 27). Они синтезируются многими грамположительными и грамотрицательными бактериями.

Фермент может быть конститутивным (у Proteusspp, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella spp, Neisseria gonorrheae) или индуцибельным (у Staphylococcus aureus, Serratia spp. и др.). β лактамазы разного происхождения существенно различаются по молекулярной массе и аминокислотному составу.

Некоторые производные пенициллина и цефалоспорина (см. выше) устойчивы к в-лактамазам [29]. Кроме того, удается преодолеть устойчивость, вводя антибиотики совместно с ингибиторами лактамаз, например, клавулоновой кислотой (рис. 67).

Рис. 67. Клавулоновая кислота.

Хлорамфеникол инактивируется резистентными штаммами бактерий (Salmonella spp, Haemophilus influenzae и др.) путем ацетилирования (рис. 68). Ацетилтрансфераза, осуществляющая эту реакцию, индуцибельна у грамположительных бактерий и конститутивна у грамотрицательных.

Рис. 68. Инактивация хлорамфеникола путем двухстадийного ацетилирования с участием ацетил-трансферазы.

Аминогликозидные антибиотики инактивируются путем ацетилирования аминогруппы, а также путем аденилирования или фосфорилирования некоторых гидроксильных групп.

Большая часть аминогликозидов является субстратом для более чем одного инактивирующего фермента в периплазматическом пространстве или на внешней поверхности цитоплазматической мембраны.

Полусинтетический аминогликозид амикацин устойчив к действию многих, но не всех инактивирующих ферментов.

Модификация мишени, приводящая к потере чувствительности к антибиотику, определяется природой взаимодействующих структур. У Е. coli замена только одной аминокислоты в белке 30 S субъединицы рибосомы делает микроорганизм устойчивым к стрептомицину. Подобный механизм резистентности описан у Streptococcus faecalis и Staphylococcus aureus.

Устойчивость к метициллину, цефалоспоринам и монобактамам связана с присутствием в микробных клетках пенициллинсвязывающего белка, имеющего сродство и к другим β-лактамам, которые индуцируют его синтез.

Устойчивость к эритромицину зависит от модификации 50 S субъединицы рибосомы (определенных белков или 23 S РНК, входящих в ее состав), что снижает аффинитет антибиотика к рибосоме.

Триметоприм, который в клинике часто используют в сочетании с сульфонамидом сульфаметаксозолом, является ингибитором бактериальной дигидрофолатредуктазы — ключевого фермента метаболизма фолиевой кислоты. Резистентные штаммы синтезируют дигидрофолатредуктазу, устойчивую к действию антибиотика.

Устойчивость к триметоприму часто сочетается с устойчивостью к сульфонамидом, связанной с модификацией мишени последних — дигидроптероат синтетазе (ДПС). Кроме того, некоторые резистентные к этим препаратам микроорганизмы (Staphylococcus aureus) продуцируют необычно большое количество п-аминобензойной кислоты, которая конкурентно вытесняет сульфонамид из активного центра ДПС.

Резистентность к рифамицину определяется модификацией мишени антибиотика — ДНК-зависимой РНК-полимеразы, к налидиксовой кислоте — модификацией ДНК-гиразы.

15.2 Генетические основы устойчивости

Гены, определяющие устойчивость к ХТВ, могут составлять часть бактериальной хромосомы либо располагаться на плазмидах и транспозонах. Плазмиды, несущие эти гены, обозначаются как R-фактор (R-плазмиды). Они обладают не только внутривидовой, но и межвидовой трансмиссивностью, т. е.

способны к горизонтальному переносу, приводящему к распространению резистентности от бактерий одного рода, вида или штамма к другим. R-плазмида определяет множественную устойчивость микроорганизмов, поскольку содержит гены, кодирующие фаноры устойчивости к разнообразным ХТВ.

Транспозоны — мобильные генетические элементы, способствуют обмену информацией между плазмидами и хромосомой.

В бактериальной клетке постоянно происходит перераспределение локализации генов резистентности: чем более важен ген для обеспечения жизнеспособности клетки, тем менее вероятно, что он может длительное время сохраняться вне хромосомы. Кроме того, локализация генов резистентности до некоторой степени отражает ее биохимические механизмы.

Например, устойчивость пневмококков к сульфамидам связана с хромосомной мутацией гена ДПС, устойчивость к стрептомицину — с мутацией хромосомного гена, кодирующего определенный белок рибосомы, тогда как R-плазмида несет гены, контролирующие синтез ферментов, инактивирующих антибиотики (β-лактамазы, ацетилазы, фосфорилазы, аденилазы и др.).

Геномы бактерий часто являются мозаичными, т. е. содержат вставки чужеродной ДНК различной протяженности. Мозаичность возникает в результате горизонтального переноса генов путем генетической рекомбинации (трансформации, трансдукции, конъюгации).

Наиболее часто такая мозаичность обнаруживается среди генов, определяющих факторы вирулентности, и генов устойчивости к лекарственным препаратам и связана с существованием генных кассет.

Кассеты с генами резистентности к антибиотикам являются самыми маленькими по размеру мобильными генетическими элементами. Они содержат один ген и специфическую последовательность, выполняющую функцию рекомбинационного сайта.

Кассеты являются дискретными генетическими элементами, объединенными в более крупную мобильную структуру — интегрон. Кассетный ген обычно не содержит промотора, и его экспрессия зависит от промотора интегрона.

Гены, кодирующие резистентность, могут стабильно существовать, будучи невостребованными, т. е. в отсутствие селективного давления, это подтверждается существованием устойчивых к биоцидам штаммов в природных субстратах, не содержащих ХТВ.

Однако не исключается возможность, что факторами отбора могут быть и другие вещества, например, тяжелые металлы, т. к. гены резистентности могут быть интегрированы в генные кассеты (кластеры), являющиеся оперонами, соединяющими гены устойчивости ко многим неблагоприятным факторам.

Сохранению генов резистентности в природе благоприятствует широкий круг их хозяев, способность к взаимодействию которых столь выражена, что селекция, определяющая приспособляемость, должна была происходить задолго до эры антибиотиков, созданной человеком (например, в почвенном биоценозе, содержащем продуценты антибиотиков).

Наряду с известными ранее способами горизонтального переноса генов резистентности описан новый механизм передачи генов — ретранспорт, на первом этапе которого трансмиссивная плазмида донора проникает в клетку-реципиент и интегрирует с мобилизуемой ею плазмидой; на втором этапе она возвращается в клетку донора, обогащенная новыми генами. Мобилизуемыми элементами могут быть не только плазмиды, но и сегменты хромосомы, которые вырезаются с участием конъюгативных транспозонов.

15.3 Пути и способы предотвращения развития микробной резистентности к ХТВ

Развитие микробной резистентности и широкое ее распространение требует постоянного поиска новых антимикробных препаратов. Активные исследования, проводимые с начала эры антибиотиков, привели к тому, что скрининг с целью поиска нового продуцента часто заканчивается открытием “старого” антибиотика. Поэтому в настоящее время разрабатываются новые направления поиска:

1) препаратов, воздействующих на мишени, которые претерпели модификацию под действием “старых” антибиотиков;

2) ингибиторов ферментов, инактивирующих антибиотики;

3) веществ, подавляющих активный выброс антибиотика из клетки патогена;

4) против новых мишеней, например, ферментов, участвующих в синтезе белка и пептидогликана;

5) новая техника скрининга “in vivo gene expressing technology” против тех процессов микроорганизма, которые имеют место в организме больного, но не наблюдаются in vitro,например, синтез некоторых полисахаридов, факторов адгезии, ферментов патогенности и т. п.

Для выявления генов, кодирующих эти процессы, сравнивают РНК-транскрипты, образующиеся in vivo и in vitro. С помощью обратной транскриптазы получают тотальную ДНК, которую исследуют в реакции гибридизации с библиотекой генов данного микроорганизма.

Цель скрининга — идентификация новых генов и поиск способов инактивации их экспрессии. Наиболее перспективные мишени, не имеющие аналогов у эукариот — факторы вирулентности и механизмы регуляции их экспрессии.

Последние включают распознавание условий среды (рецепцию), передачу сигнала от рецептора геному и синтез соответствующего фактора вирулентности.

Перспективны также разработки по созданию препаратов, блокирующих адгезию, систему секреции, и систему регуляции транскрипции. Один из универсальных регуляторов последней — механизм чувства кворума у микроорганизмов.

Его принцип — активация транскрипции специфических генов при достижении порогового уровня связывания белка — активатора транскрипции с низкомолекулярным аутоиндуктором. Этот механизм обеспечивает быстрый рост культуры при больших посевных дозах и участвует в экспрессии факторов вирулентности.

Ингибиторы детерминант вирулентности, вероятно, будут иметь низкую активность in vitro и, что ценно, не будут действовать на микроорганизмы, лишенные факторов вирулентности, т. е. на нормальную микробиоту.

В качестве химиотерапевтических веществ предлагают использовать фрагменты белковых факторов врожденного иммунитета, причем видоспецифических, т. е. не являющихся чужеродными. Одним из таких факторов может быть рекомбинантный фрагмент белка нейтрофилов человека, нейтрализующий эндотоксин грамотрицательных бактерий и обладающий антимикробным действием.

Поиск новых антимикробных средств предусматривает характеристику не только генома, но и протеома, т. е. всех без исключения белков клетки для определения ее состояния в любой момент.

Протеомика характеризует фенотип клетки на любой стадии клеточного цикла и в любых внешних условиях, таким образом, дает необходимые знания для таргетного скрининга — поиска препаратов, направленных на определенную мишень (target).

Источник: //lifelib.info/microbiology/pharmaceutical/17.html

71. Лекарственная устойчивость микроорганизмов и механизм ее возникновения. Понятие о госпитальных штаммах микроорганизмов. Пути преодоления лекарственной устойчивости

Лекарственная устойчивость микроорганизмов

Антибиотикорезистентность— это устойчи­вость микробов кантимикробным химиопрепаратам. Бактерииследует считать резистент­ными, еслиони не обезвреживаются такимиконцентрациями препарата, которыереально создаются в макроорганизме.Резистентность может быть природной иприобретенной.

Природнаяустойчивость.

Некоторыевиды микробов природно ус­тойчивы копределенным семействам антиби­отиковили в результате отсутствия соответс­твующеймишени (например, микоплазмы не имеютклеточной стенки, поэтому не чувстви­тельныко всем препаратам, действующим на этомуровне), или врезультатебактериальной непроницаемости дляданного препарата (на­пример,грамотрицательные микробы менеепроницаемы для крупномолекулярныхсоеди­нений, чем грамположительныебактерии, так как их наружная мембранаимеет «маленькие» поры).

Приобретеннаяустойчивость.Приобретениерезистентности — это биологическаязакономерность, связанная с адаптациеймикроорганизмов к условиям внешнейсреды. Она, хотя и в разной степени,справедлива для всех бактерий и всеханти­биотиков.

К химиопрепаратамадаптируются не только бактерии, но иостальныемикро­бы — от эукариотических форм(простейшие, грибы) до вирусов.

Проблемаформирования и распространениялекарственной резистен­тности микробовособенно значима для внутрибольничныхинфекций, вызываемых так называемыми«госпитальными штаммами», у которых,как правило, наблюдается множес­твеннаяустойчивость к антибиотикам (такназываемая полирезистентность).

Генетическиеосновы приобретенной резис­тентности.Устойчивостьк антибиотикам определяется иподдерживается генами резистентности(r-генами)и условиями, способствующими ихраспространению в микробных популяциях.Приобретенная лекарственная устойчивостьможет возникать и распространяться впопу­ляции бактерий в результате:

мутацийв хромосоме бактериальной клетки споследующейселекцией (т.е. отбором) му­тантов.

Особеннолегко селекция происходит в присутствииантибиотиков, так как вэтихусловиях мутанты получают преимуществоперед остальными клетками популяции,ко­торые чувствительны к препарату.Мутации возникают независимо отприменения анти­биотика, т. е.

сампрепарат не влияет на час­тоту мутацийи не является их причиной, нослужитфактором отбора. Далее резистентныеклетки дают потомство и могут передаватьсяв организм следующего хозяина (человекаили животного), формируя и распространяяре­зистентные штаммы.

Мутации могутбыть: 1) единичные (если мутация произошлав одной клетке, в результате чего в нейсинтезируются измененные белки) и 2)множественные (се­рия мутаций, врезультате чего изменяется не один, ацелый набор белков, напримерпени-циллинсвязывающих белков упенициллин-резистентного пневмококка);

переносатрансмиссивных плазмид резис­тентности(R-плазмид).Плазмидырезистен­тности (трансмиссивные)обычно кодируют перекрестную устойчивостьк нескольким семействам антибиотиков.

Впервые такая множественная резистентностьбыла описа­на японскими исследователямив отношении кишечных бактерий. Сейчаспоказано, что она встречается и у другихгрупп бактерий.

Некоторые плазмидымогут передаваться меж­ду бактериямиразных видов, поэтому один и тот же генрезистентности можно встретить убактерий, таксономически далеких другот друга.

Например, бета-лактамаза,кодируемая плазмидой ТЕМ-1, широкораспространена уграмотрицательныхбактерий и встречается укишечнойпалочки и других кишечных бак­терий,а также у гонококка, резистентного кпенициллину,и гемофильной палочки, резис­тентнойк ампициллину;

переносатранспозонов, несущих r-гены(илимигрирующих генетическихпоследова­тельностей). Транспозонымогут мигрировать с хромосомы на плазмидуи обратно, а также с плазмиды на другуюплазмиду. Таким образом гены резистентностимогут передаваться да­лее дочернимклеткам или при рекомбинации другимбактериям-реципиентам.

Реализацияприобретенной устойчивости.Измененияв геноме бактерий приводят к тому, чтоменяются и некоторые свойства бактериальнойклетки, в результате чего она становитсяустойчивой к антибактериальнымпрепаратам.

Обычно антимикробный эффектпрепарата осуществляется таким образом:агент должен связаться с бактерией ипрой­ти сквозь ее оболочку, затем ондолжен быть доставлен к месту действия,после чего пре­парат взаимодействуетс внутриклеточными мишенями.

Реализацияприобретенной ле­карственнойустойчивости возможна на каж­дом изследующих этапов:

модификациямишени. Фермент-мишеньможет быть так изменен, что его функциине нарушаются, но способность связыватьсяс химиопрепаратом (аффинность) резкосни­жается или может быть включен«обходной путь» метаболизма, т. е. вклетке активируется другой фермент,который не подвержен дейс­твию данногопрепарата.

«недоступность»мишени засчет сниже­ния проницаемостиклеточнойстенки и кле­точных мембран или«эффлюко-механизма,когдаклетка как бы «выталкивает» из себяантибиотик.

инактивацияпрепарата бактериальными ферментами.

Некоторыебактерии способны продуцировать особыеферменты, которые де­лают препаратынеактивными (например, бета-лактамазы,аминогликозид-модифицирующие ферменты,хлорамфениколацетилтрансфераза).

Бета-лактамазы — это ферменты, разруша­ющиебета-лактамное кольцо с образованиемнеактивных соединений. Гены, кодирующиеэти ферменты, широко распространенысреди бактерий и могут быть как в составехромосо­мы, так и в составе плазмиды.

Дляборьбы с инактивирующим действиембета-лактамаз используют вещества —ин­гибиторы (например, клавулановуюкисло­ту, сульбактам, тазобактам).

Этивещества содержат в своем составебета-лактамное кольцо и способнысвязываться с бета-лактамазами,предотвращая их разрушитель­ноедействие на бета-лактамы. При этомсобственная антибактериальная активностьтаких ингибиторов низкая.

Клавулановаякислота ингибирует большинствоизвестныхбета-лактамаз. Ее комбинируютс пеницил-линами: амоксициллином,тикарциллином, пиперациллином.

Предупредитьразвитие антибиотикорезистентности убактерий практически не­возможно, нонеобходимо использовать антимикробныепрепараты таким образом, чтобы неспособствовать развитию и рас­пространениюустойчивости (в частности, применятьантибиотики строго по показа­ниям,избегать их использования с профи­лактическойцелью, через 10—15 дней ан-тибиотикотерапиименять препарат, по воз­можностииспользовать препараты узкого спектрадействия, ограниченно применятьантибиотики в ветеринарии и неиспользо­вать их как фактор роста).

Источник: //studfile.net/preview/5810873/page:46/

Лекарственная устойчивость микроорганизмов

Лекарственная устойчивость микроорганизмов

Давность и широкое применение антибиотиков, нарушения в правильности применения, без учета чувствительности, показаний, повсеместное применение в народном хозяйстве – животноводстве, растениеводстве, пищевой промышленности – породило новую сложную проблему – лекарственная устойчивость микроорганизмов. Резистентность микроорганизмов может быть как природной или врожденной, так и приобретенной.

Истинная (природная врожденная первичная) устойчивость характеризуется отсутствием у микроорганизмов мишени действия антибиотика или недоступности мишени вследствии первично низкой проницаемости или ферментативной инактивации. Природная резистентность является постоянным видовым признаком микроорганизмов и легко прогнозируется. Примером является отсутствие у микоплазм клеточной стенки.

Приобретенная устойчивость – свойство отдельных штаммов бактерий сохранять жизнеспособность при тех концентрациях антибиотиков, которые подавляют основную часть микробной популяции, приобретаемое в результате мутации генов, рекомбинаций и т.д.

Формирование резистентности во всех случаях обусловлено генетически – приобретением новой генетической информации или изменением уровня экспрессии собственных генов.

Основным механизмом вторичной резистентности является приобретение генов резистентности (r-генов), переносимых транспозонами и плазмидами.

Важно помнить, что АБ не способствуют образования этих плазмид, а лишь помогают эволюции (селекционирующий фактор)

Известны следующие биохимические механизмы антибиотикоустойчивости бактерий:

1.Модификация мишени действия (изменение структуры)

2.Инактивация антибиотика

3.Активное выведение антибиотика из микробной клетки

4.Нарушение проницаемости внешних структур микробной клетки

5.Формирование метаболического «шунта»

Модификация (изменение структуры) мишени действия – мишенями действия b-лактамных антибиотиков являются ферменты, участвующие в синтезе пептидогликана. Изменение структуры этих ферментов в результате мутаций в соответствующих генах приводит к тому, что антибиотики не узнают и не воздействуют непосредственно на ферменты, являющиеся мишенями.

Инактивация антибиотика – ферментативная. b-лактамазы встречаются у подавляющего большинства клинически значимых микроорганизмов. В результате гидролиза одной из связи b-лактамного кольца происходит инактивация антибиотика.

Основным механизмом устойчивости к аминогликозидам является их ферментативная инактивация путем модификации. R-плазмиды микроорганизмов содержат гены, которые способны вызывать, например, фосфорилирование, ацетилирование антибиотика, в результате чего изменяется его структура и, как правило, происходит инактивация.

Измененные молекулы аминогликозидов теряют способность связываться с рибосомами и подавлять биосинтез белка.

Еще раз повторим, что вторичная устойчи­вость бактерий против пенициллинов и цефалоспоринов связана с плазмидозависимой (гораз­до реже с хромосомной) продукцией бета-лактамаз — ферментов, которые разрушают активный центр бета-лактамных антибиотиков. Известно более 100 бета-лактамаз, но далеко не все из них причастны к клинически значимой резистентности бактерий.

Различают два вида бета-лактамазпенициллиназы и цефалоспориназы, что довольно условно, так как и те и другие атакуют обе группы антибиотиков, хотя и с разной эффективностью.

Грамположительные бактерии (например, стафилококк)обычно про­дуцируют внеклеточные бета-лактамазы, кото­рые разрушают препараты до контакта с бакте­риями. Они относятся к категории индуцибильных ферментов, причем в качестве индуктора нередко выступают сами антибиотики.

В таких случаях повышение дозировки не усиливает ан­тибактериального эффекта, так как ведет к ги­перпродукции инактивирующего фермента.

У грамотрицательных бактерийбета-лактамазы концентрируются в периплазме или связаны с внутренней мембраной. Они часто конститутив­ны, т.е. продуцируются на постоянном уровне, который не меняется под влиянием антибиоти­ка.

Поэтому повышение дозировки иногда по­могает преодолеть резистентность.

Можно, например, вспомнить о лечении гонореи: пона­чалу гонококк демонстрировал поразительную чувствительность к бензилпенициллину, но на протяжении последних 30 лет его дозировку приходилось постоянно увеличивать.

Печально известным примером быстрой эволюции резистентности к природным пенициллинам является стафилококк. Без проверки на чувствительность любой свежеизолирован­ный штамм золотистого стафилококка сегодня рекомендуется считать пенициллиноустойчи-вым, чем фактически признается видовой ранг этого признака.

Но и для других бактерий, кото­рые недавно считались абсолютно чувствитель­ными к бета-лактамам, появилось немало исклю­чений.

Штаммы, резистентные к пенициллинам, встречаются среди всех грамположительных и грамотрицательных бактерий, хотя пример ката­строфически быстрого развития бета-лактамазной устойчивости уникален для стафилококка.

Возможно, это связано с тем, что у многих бак­терий резистентность возникла на хромосомной («неподвижной») основе, и лишь позднее ста­ли доминировать штаммы с мобильными г-ге­нами. Кроме того, бета-лактамные антибиотики различаются по аффинности к бета-лактамазам.

Некоторые из них (пенициллиназоустойчивые пенициллины, цефалоспорины 3-го поколения, имипенем) гидролизуются немногими бета-лак­тамазам и (их называют бета-лактамазоустойчивыми), тогда как другие (например, ампицил­лин) гораздо чувствительнее. Есть антибиоти­ки, которые устойчивы против грамотрицатель­ных бета-лактамаз, но разрушаются грам поло­жительными бактериями (например, темоциллин).

Для подавления активности бета-лактамаз в состав препаратов предложено включать их ин­гибиторы — клавулановую кислоту и сульфоны пенициллановой кислоты (сульбактам, YTR-830 и др.). Они относятся к семейству бета-лактамов, но обладают слабой антибиотичес­кой активностью.

Вместе с тем, располагая бета-лактамным кольцом, они великолепно реа­гируют с бета-лактамазами и, перехватывая их, предотвращают разрушение «настоящих» анти­биотиков. Фермент и ингибитор могут вступать во временную связь с образованием непрочного комплекса, но чаще происходит необратимая инактивация фермента.

Спектр ингибируемых бета-лактамаз весьма широк, включая наиболее распространенные грамположительные и грамотрицательные бета-лактамазы. Может пока­заться странным, что, располагая возможностью получения устойчивых мономолекулярных анти­биотиков (см. выше), идут по пути создания сложных смесей.

Но дело в том, что структур­ные изменения, благодаря которым достигает­ся бета-лактамазная резистентность, иногда не­гативно влияют на антибактериальные и фарма­кологические свойства препарата (например, активность пенициллиназоустойчивых пеницил-линов в 10—30 ниже природного пенициллина).

Сочетание с ингибиторами позволяет избежать этого, используя достоинства «классических» бета-лактамов.

Часто источниками r-плазмид является нормальная микрофлора макроорганизма.

Активное выведение антибиотика из клетки – у микроорганизмов существуют транспортные системы в ЦПМ, кодируемые различными генами, осуществляющие активное избирательное выведение антибактериальных препаратов, антибиотики не успевают достичь своей мишени.

Нарушение проницаемости внешних структур – в результате мутаций возможна полная или частичная утрата структур осуществляющих транспорт через внешнюю мембрану. Например, полная или частичная утрата пориновых белков, которые осуществляют транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану.

Формирование метаболического «шунта» – может являться результатом приобретения новых генов, в результате бактерии образуют «обходные» пути метаболизма для биосинтеза ферментов-мишеней нечувствительных к антибиотикам.

Источник: //studopedia.su/10_33794_lekarstvennaya-ustoychivost-mikroorganizmov.html

Ваш Недуг
Добавить комментарий