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-лактамаз — пенициллиназы 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.