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 бактерий бета-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.