Эрнест Явец

Идеальное противомикробное средство должно обладать избирательной токсичностью. Этот термин подразумевает наличие у препарата повреждающих свойств в отношении возбудителя заболевания и отсутствие таковых в отношении организма человека. Во многих случаях такая избирательность токсического действия оказывается скорее относительной, чем абсолютной. Это означает, что препарат губительно действует на возбудителя инфекционного процесса в таких концентрациях, которые являются переносимыми для организма-хозяина.

Избирательность токсического действия обычно связана с угнетением биохимических процессов, которые происходят в микроорганизме и являются существенными для него, но не для организма хозяина. Механизм действия многих антимикробных препаратов не вполне выяснен. Тем не менее с целью обсуждения можно выделить несколько главных направлений механизмов противомикробного действия.

1. Угнетение синтеза клеточной стенки.

2. Нарушение проницаемости клеточной мембраны или активного транспорта через клеточную мембрану.

3. Угнетение синтеза белков (угнетение трансляции и транскрипции генетического материала).

4. Угнетение синтеза нуклеиновых кислот.

Антимикробные препараты часто описываются как бактериостатические или бактерицидные. Термин “бактериостатический” применим к препарату, который временно тормозит рост микроорганизмов. Терапевтическая эффективность этих веществ часто зависит от механизмов собственной защиты организма-хозяина. Кроме того, эффект может быть обратимым, когда при отмене препарата восстанавливается рост микроорганизмов и возобновляется инфекция или заболевание. Типичными бактериостатическими препаратами являются тетрацикли-ны и сульфаниламиды.

Термин “бактерицидные” применим к препаратам, которые вызывают гибель микроорганизмов. Типичными бактерицидными средствами являются р-лактамы (пенициллины, цефалоспорины) и аминогликозиды.

Если механизмы собственной защиты организ-ма-хозяина оказываются неспособными справиться с инфекцией (например, при инфекционном эндокардите), необходимо применение бактерицидных препаратов. В этом случае лечение бактериостатическими веществами приведет к возобновлению заболевания сразу же после их отмены. Если организм хозяина имеет адекватные защитные механизмы (иммунные, фагоцитарные и пр.), то бактериостатический эффект может быть достаточным для излечения инфекционного заболевания.

Термины “бактериостатический” и “бактерицидный” являются относительными. Иногда продолжительное лечение бактериостатическими препаратами может приводить к гибели некоторых микробных популяций (например, применение хлорамфе-никола при менингококковой инфекции), в то время как бактерицидные препараты оказываются неспособными сделать это (например, пенициллин G при энтерококковой инфекции) как in vitro, так и in vivo.

Антимикробное действие посредством угнетения синтеза клеточной стенки (бацитрацин, цефапоспорины, цикпосерин, пенициллины, ванкомицин)

В противоположность животным клеткам бактерия обладает жестким внешним слоем - клеточной стенкой, которая полностью окружает цитоплазматическую клеточную мембрану. Клеточная стенка придает микроорганизмам форму и является своеобразным “корсетом” бактериальной клетки, которая обладает необычайно высоким внутренним осмотическим давлением. У грамотрицательных бактерий наружная часть клеточной стенки является липидным бислоем, который называется наружной мембраной (рис. 42-1). У грамположитель-ных бактерий внутреннее давление в 3-5 раз выше, чем у грамотрицательных. Повреждение клеточной стенки (например, лизоцимом) или угнетение ее образования может привести к лизису клетки. В условиях гиперосмолярности внешней среды (например, 20 % сахароза) нарушение синтеза клеточной стенки приводит к формированию сферических бактериальных протопластов из грамположи-тельных организмов или сферопластов из грам-отрицательных бактерий, которые окружены хрупкой цитоплазматической мембраной. Если такие неустойчивые клетки поместить в среду с обычной осмолярностыо, то они, быстро поглощая жидкость, могут разрываться.

Клеточная стенка содержит поперечно сшитый биополимер определенной химической структуры - пептидогликан (муреин, мукопептид), который состоит из полисахаридов и полипептидов. В состав полисахаридов в данном случае входят такие аминосахара, как N-ацетилглюкозамин и ацетилмурамовая кислота. Последнее вещество имеется только у бактерий. С аминосахарами связаны короткие пептидные цепи. Окончательную жесткость клеточной стенке придают поперечные пептидные цепочки (пептидный мостик из пяти остатков глицина, например), которые образуются в реакции транспептиди-рования, катализируемой несколькими ферментами (рис. 42-2). Пептидогликановый слой клеточной стенки у грамположительных бактерий значительно тоньше, чем у грамотрицательных.

Торможение реакции транспептидирования (Р-лактамы)

Все пенициллины и цефалоспорины ф-лактам-ные антибиотики) являются селективными ингибиторами синтеза клеточной стенки. Поскольку такой вид активности является единственным для этих препаратов, механизм их действия представляется более понятным, чем таковой других антибиотиков. Первый этап действия препарата заключается в его связывании с клеточными рецепторами. Такими рецепторами являются пенициллинсвязывающие протеины (ПСП) количеством от 3 до 6 (мол. м. 40 000-120 000) у различных бактерий. Отдельные рецепторы (ПСП) могут иметь неодинаковый аффинитет к препарату, и каждый из них может опосредовать различное действие. Так, присоединение пенициллина к одному ПСП может вызывать главным образом аномальное увеличение клетки, в то время как присоединение к другому может приводить к появлению дефекта на поверхности клеточной стенки без последующего лизиса клетки.

ПСП контролируются хромосомами, таким образом мутации могут изменять их количество и аффинитет к отдельным Р-лактамным препаратам. После связывания р-лактамного препарата с его рецепторами ингибируется реакция транспептиди-рования и останавливается синтез пептидогликана. Следующий этап, вероятно, включает устранение или инактивацию ингибитора аутолитическими энзимами (гидролазами) в клеточной стенке. Это сопровождается активацией литического энзима у некоторых микроорганизмов и может приводить к лизису клетки в условиях изотоничности окружающей среды. При гипертоничности окружающей среды (например, в 20 % растворе сахарозы) микробы могут трансформироваться в прото- или сферопласты, покрытые только хрупкой клеточной

Упрощенная схема строения оболочки клетки грамотрицательной бактерии

Рис. 42-1. Упрощенная схема строения оболочки клетки грамотрицательной бактерии. Многие компоненты для простоты восприятия не указаны. Наружная мембрана, являющаяся липидным бислоем, имеется у грамотрицательных, но не у грамположительных бактерий. Она пронизана поринами - специальными белками, которые обеспечивают проникновение гидрофильных веществ к цитоплазматической мембране. Пептидогликановый слой присущ только бактериям и является более тонким у грамположительных организмов, чем у грамотрицательных. Наружная мембрана вместе с пептидогликановым слоем составляют клеточную стенку. Пенициллиисвязывающие протеины (ПСП) являются трансмембранными или поверхностными белками в цитоплазматической мембране и в норме участвуют в синтетических процессах построения пептидогликанового слоя. Р-Лактамазы, если таковые имеются, локализованы в периплазматическом пространстве или на внешней поверхности цитоплазматической мембраны, где они могут разрушать Р-лактамные антибиотики, проникшие через наружную мембрану мембраной. В таких клетках некоторое время может продолжаться синтез белков и нуклеиновых кислот.

Угнетение активности ферментов реакции транспептидирования пенициллинами и цефало-споринами может быть обусловлено подобием химического строения этих препаратов со структурой ацил- D-аланил-D-аланина. Реакция транспептидирования включает отщепление D-аланина от пентапептида (рис. 42-2). Достаточно низкая токсичность р-лактамных антибиотиков для клеток млекопитающих может объясняться отсутствием в животных клетках клеточной стенки бактериального типа, содержащей пептидогликаны. Различия в чувствительности грамположительных и грамотри-цательных бактерий к антибиотикам группы пени-циллинов и цефалоспоринов, вероятно, обусловлены различиями структуры их клеточных стенок в содержании пептидогликанов, наличии рецепторов, пор и липидов, строении поперечных сшивок, активности аутолитических энзимов. Все это определяет проникновение, связывание и активность препаратов.

Восприимчивость бактерии к р-лактамным антибиотикам зависит от разных структурных и функциональных характеристик. Чтобы достичь рецепторов, препарат должен проникнуть через внешние слои клетки. У грамотрицательных бактерий это-

Транспептидазная реакция у Staphylococcus aureus, которая угнетается (З-лактамными антибиотиками

Рис. 42-2. Транспептидазная реакция у Staphylococcus aureus, которая угнетается (З-лактамными антибиотиками. Клеточная стенка фамположительных бактерий построена из длинной пептидогликановой полимерной цепочки, состоящей из чередующихся остатков аминогексоз N-ацетилглюкозамина (G) и N-ацетилмурамовой кислоты (М) с пентапептидными боковыми цепочками, которые соединены (у 5. aureus) пентаглипиновыми мостиками. У разных видов состав боковых цепочек различен. Схема иллюстрирует небольшие сегменты двух таких полимерных цепочек и их аминокислотные боковые цепи. Эти линейные полимеры должны быть соединены поперечными сшивками с помощью реакции транспептиди-рования боковых цепей для прочности, обеспечивающей жизнеспособность клетки, в точках, обозначенных заштрихованным прямоугольником (D-1-GIu - D-изоглутамин)

му мешает внешняя фосфолипидная мембрана. Если препараты способны пройти через молекулы пор (порины) этого внешнего барьера, то гидрофильные молекулы (например, ампициллин, амок-сициллин) могут проходить легче, чем пенициллин G. У грамположительных бактерий внешней фосфолипидной мембраны нет, следовательно, отсутствует и ее барьерная функция.

Амдиноциллин является производным амиди-нопенициллановой кислоты, который связывается только с ПСП 2 и проявляет более высокую активность в отношении грамотрицательных бактерий, чем грамположительных. Амдиноциллин может действовать как синергист с другими р-лактамны-ми препаратами, которые связываются с иными типами ПСП.

Некоторые бактерии могут подавляться Р-лак-тамными препаратами, так как угнетается образование пептидогликана, но в то же время не подвергаться лизису. Вероятно, эта толерантность обусловлена отсутствием активации аутолитических энзимов (гидролаз) в клеточной стенке. В свою очередь последнее обстоятельство может быть связано с наличием или отсутствием прекурсоров или со свойствами ингибитора энзимов.

Наиболее важным с точки зрения клинического использования механизмом возникновения резистентности к р-лактамным препаратам является выработка бактериями р-лактамаз (рис. 42-1). Эти ферменты разрушают Р-лактамное кольцо и устраняют антибактериальный эффект препарата.

Имеется много типов р-лактамаз, большинство из которых находятся под генетическим контролем плазмид. Подобные несущие гены плазмиды широко распространены среди стафилококков и грамот-рицательных бактерий кишечной группы. Некоторые р-лактамазы могут прочно связываться такими соединениями, как клавулановая кислота или сульбактам, что предотвращает их взаимодействие с гидролизующимися пенициллинами. Комбинация амоксициллина или тикарциллина с клавулановой кислотой используется для лечения инфекций, вызываемых возбудителями рода Haemophilus. Некоторые р-лактамные антибиотики нерезистентны к Р-лактамазам, поскольку их р-лактамное кольцо стерически защищено метокси- или другими группами (например, метициллин, цефокситин). Такие антибиотики могут действовать на продуцирующие Р-лактамазу бактерии, тормозят в них реакцию транспептидирования и вызывают лизис бактерий.

Природа резистентности некоторых бактерий (например, метициллинрезистентных стафилококков) к указанному типу антибиотиков не выяснена. Это явление может быть связано с вариациями аффинности рецепторов к препарату или с отсутствием соответствующего типа ПСП.

Угнетение синтеза предшественников пептидогликана

Некоторые препараты, включая бацитрацин, ванкомицин и ристоцетин, тормозят ранние этапы биосинтеза пептидогликана (рис. 42-3). Так как ранние стадии протекают внутри цитоплазматической мембраны, для проявления действия этих веществ необходимо проникновение через мембрану. Для этих препаратов угнетение синтеза пептидогликана не является единственным механизмом антибактериального действия.

Циклосерин, аналог D-аланина, также влияет на синтез пептидогликана. Этот препарат блокирует действие рацемазы аланина - фермента, обеспечивающего включение D-аланина в пентапептид ами-ногликана. Фосфонопептиды тоже тормозят активность ферментов, необходимых на ранних этапах синтеза пептидогликанов.

Антимикробное действие посредством нарушения функции клеточной мембраны (амфотерицин В, азолы, полиены, полимиксины)

Цитоплазма всех живых клеток окружена цитоплазматической мембраной, которая является барьером избирательной проницаемости, осуществляет функцию активного транспорта и таким образом контролирует состав внутренней среды клетки. При нарушении функции цитоплазматической мембраны макромолекулы и ионы покидают клетку, что ведет к ее повреждению или гибели. Цитоплазматическая мембрана некоторых бактерий и грибов легче повреждается определенными химическими соединениями, чем мембраны животных клеток. Поэтому становится возможным избирательное химиотерапевтическое воздействие.

Примерами препаратов с таким механизмом являются полимиксины, действующие на грамотри-

Биосинтез пептидогликана клеточной стенки с указанием точек приложения действия пяти антибиотиков (показаны затемненными прямоугольниками)

Рис. 42-3. Биосинтез пептидогликана клеточной стенки с указанием точек приложения действия пяти антибиотиков (показаны затемненными прямоугольниками). ВР - бактопренол; MurNAc-№ацетилмурамовая кислота; GlcN Ас - №ацетилглкжозамнн). А. Синтез УДФ-ацетилмурамоилпентапептида. Б. Синтез пептидогликана из УДФ-ацетил-мурамоилпентапептида, УДФ-М-ацетилглюкозамина и остатков глицина цательные бактерии (полимиксины избирательно влияют на мембраны, богатые фосфатидилэтанол-амином, и действуют как катионные детергенты) и полиеновые антибиотики, действующие на грибы. При этом полимиксины неактивны в отношении грибов, а полнены не действуют на бактерии. Это объясняется наличием эргостерола в клеточной мембране грибов и отсутствием его в бактериальной клеточной мембране. Для проявления действия полиенов необходим эргостерол в клеточной мембране грибов. Бактериальные клеточные мембраны не содержат этого стерола и преимущественно по этой причине резистентны к действию полиенов, что является хорошим примером клеточной индивидуальности и избирательной токсичности. Резистентные к полиенам грибы характеризуются низким содержанием эргостерола в мембране или модификациями в его структуре, что не благоприятствует проявлению действия препарата. Противогрибковые азолы (глава 48) способствуют разрушению клеточной мембраны грибов, ингибируя биосинтез мембранных липидов, особенно эргостерола.

Антимикробное действие посредством угнетения синтеза белков (аминогликозиды, тетрациклины, макролиды [эритромицины], хлорамфеникол, линкомицины)

Установлено, что аминогликозиды, тетрациклины, хлорамфеникол, макролиды и линкомицины могут избирательно тормозить синтез белков, действуя на бактериальные рибосомы (рис. 42-4).

Бактерии имеют 708-рибосомы, в то время как млекопитающие - SOS-рибосомы. Субъединицы каждого типа рибосом, их химический состав и функциональная специфичность значительно различаются, что позволяет объяснить, почему антимикробные препараты могут тормозить синтез белков на бактериальных рибосомах, не влияя существенно на рибосомы млекопитающих.

В норме при синтезе белков в микробной клетке. имеет место одновременное считывание информации иРНК несколькими рибосомами, которые располагаются вдоль иРНК. Эти комплексы называют полисомами.

Аминогликозиды

Точки приложения действия препаратов, тормозящих синтез микробных нуклеиновых кислот и пептидов

Рис. 42-4. Точки приложения действия препаратов, тормозящих синтез микробных нуклеиновых кислот и пептидов

Механизм действия стрептомицина изучен гораздо детальнее, чем таковой у других аминогли-козидов (канамицин, неомицин, гентамицин, тоб-рамицин, нетилмицин, сизомицин, амикацин и т. д.), но, вероятно, эти препараты действуют примерно одинаково. Первый этап заключается в присоединении аминогликозида к специфическому рецепторному протеину (Р12 в случае стрептомицина) на ЗОЗ-субъединице 708-рибосомы бактерии. Далее (второй этап) аминогликозид блокирует нормальную активность инициаторного комплекса образования белка (иРНК + формил-метионил-тРНК). Во время третьего этапа происходит нарушение считывания информации иРНК на распознающей области рибосомы, что ведет к включению ошибочных аминокислот в пептид и к образованию нефункционального белка. На четвертом этапе присоединение аминогликозида приводит к разрушению полисом и их разделению на моносомы, которые не способны осуществлять синтез белков. Указанные события имеют место более или менее одновременно, а конечный эффект является необратимым и заключается в гибели клетки.

Хромосомная резистентность микробов к ами-ногликозидам принципиально может быть связана с исчезновением специфического рецепторного белка на ЗОЗ-субъединице рибосомы. Плазмидзави-симая резистентность к аминогликозидам объясняется в основном наработкой микроорганизмом аденилирующих, фосфорилирующих или ацетили-рующих ферментов, которые разрушают препараты. Третий тип резистентности связан с нарушением проникновения препарата, изменением наружной мембраны и снижением активного транспорта аминогликозида в клетку, что делает невозможным взаимодействие с рибосомами. По крайней мере в некоторых случаях такой эффект также опосредуется плазмидами. Активный транспорт аминогли-козидов в клетку требует энергетического обеспечения и является кислородзависимым. Поэтому строгие анаэробы относительно нечувствительны к аминогликозидам.

Тетрациклины

Тетрациклины связываются с 308-субъединицей микробных рибосом (рис. 42-5). Они ингибируют синтез белков, нарушая связывание амино-ацил-тРНК с рибосомально-матричным комплексом. Таким образом, они препятствуют включению новых аминокислот в строящуюся пептидную цепь. Тетрациклины оказывают обычно бактериостатическое действие, обратимое при отмене препарата

Резистентность к тетрациклинам возникает в результате изменений в проницаемости оболочки микробной клетки. В чувствительных клетках препарат концентрируется, захватываясь из внешней среды с помощью требующего энергообеспечения активного транспорта, и не очень легко покидает клетку. В резистентных клетках препарат не подвергается активному транспорту внутрь клетки или достаточно быстро выводится, что делает невозможным поддержание ингибирующих концентраций. Эти процессы часто являются плазмидконтро-лируемыми. В клетках млекопитающих активного накопления тетрациклинов не отмечается.

Хлорамфеникол

Хлорамфеникол связывается с 505-субъединицей рибосомы (рис. 42-6). Он влияет на включение новых аминокислот в растущую пептидную цепь, в основном за счет угнетения пептидилтрансферазы. Хлорамфеникол является в первую очередь бактериостатическим препаратом. Его действие обратимо: при отмене препарата рост микроорганизмов возобновляется.

Микроорганизмы, резистентные к хлорамфени-колу, вырабатывают фермент хлорамфеникол-аце-тилтрансферазу, который инактивирует препарат. Синтез этого фермента обычно контролируется плазмидами.

Макролиды (эритромицины)

Эти препараты связываются с 508-субъединицей рибосомы и могут конкурировать с линкоми-цинами за места связывания (23S рРНК). Макролиды могут влиять на образование инициаторных комплексов синтеза пептидной цепи или на реакцию аминоацилтранслокации (рис. 42-4).

Некоторые резистентные к макролидным антибиотикам бактерии утрачивают соответствующую макролидам конформацию рибосомальных рецепторов в результате метилирования рецепторного сайта. Такое явление может контролироваться плазмидами или хромосомами.

Схематическое изображение мишени действуйте

Рис. 42-5. Схематическое изображение мишени действуйте. 42-6. Схематическое изображение мишени действия тетраииклиновых антибиотиков. Связывание тетрацикхлорамфеникола. Связывание с бОБ-субъединицей рибо-линов с ЗОБ-субъединицей рибосомы препятствует призомы препятствует действию транспептидазы и наруша-соединению аминоацил-тРНК к аминоацильному цент-ет процесс включения новой аминокислоты в строящую-ру SOS-рибосомы, что нарушает синтез белков (ак - ами -пептидную цепь (ПТ - пептидилтрансфераза; ак - нокислота) аминокислота)

Линкомицины (клиндамицин)

Линкомицины связываются с SOS-субъединицей микробной рибосомы и напоминают макролиды по месту связывания, антибактериальной активности и механизму действия (рис. 42-4). Взаимовлияние между этими препаратами объясняется сродством к одному и тому же рецептору.

Хромосомные мутанты резистентны к лйнкоми-цинам благодаря утрате соответствующего места связывания на SOS-субъединице.

Антимикробное действие посредством угнетения синтеза нуклеиновых кислот (хинолоны, пириметамин, рифампин, сульфаниламиды, триметоприм)

Препараты типа актиномицинов являются эффективными ингибиторами синтеза ДНК. Фактически они образуют комплекс с ДНК, связываясь с дезоксигуанозиновыми остатками. Комплекс ДНК-актиномицин ингибирует ДНК-зависимую РНК-полимеразу и нарушает образование мРНК. Актиномицин также ингибирует репликацию ДНК вирусов. Митомицины приводят к прочному поперечному связыванию комплементарных цепей ДНК и соответственно блокируют репликацию ДНК. Как актиномицины, так и митомицин угнетают бактериальные и животные клетки, но не являются достаточно селективными для использования в антибактериальной химиотерапии.

Рифампин тормозит рост бактерий, прочно связываясь с ДНК-зависимой РНК-полимеразой (рис. 42-4). Таким образом, он тормозит синтез бактериальной РНК. Резистентность к рифампину развивается в результате частых хромосомных мутаций, которые приводят к изменениям РНК-поли-меразы.

Все хинолоны и фторхинолоны являются мощными ингибиторами синтеза нуклеиновых кислот. Они блокируют действие ДНК-гиразы (топоизоме-разы II типа ) - фермента, осуществляющего закручивание и раскручивание суперспйрали ДНК.

Для многих микроорганизмов существенным метаболитом является р-аминобензойная кислота

(ПАБК). Она используется в качестве предшественника в синтезе фолиевой кислоты, которая участвует в образовании нуклеиновых кислот. Специфический вид действия ПАБК, вероятно, включает АТФ-зависимую конденсацию птерина и ПАБК с образованием дигидроптероевой (дигвдро-фолиевой) кислоты, которая в дальнейшем превращается в фолиевую кислоту. Сульфаниламиды являются структурными аналогами ПАБК и ингибируют дигидроптератсинтетазу.

Сульфаниламиды встраиваются в указанную реакцию вместо ПАБК в чувствительных к ним бактериях и конкурируют за активный центр фермента. В результате этого образуются нефункциональные аналоги фолиевой кислоты, что предотвращает дальнейший рост бактериальной клетки. Тормозящее действие сульфаниламидов на рост бактерий может устраняться избытком ПАБК в окружающей среде (конкурентное торможение). Животные клетки не могут синтезировать фолиевую кислоту и зависят от внешних источников этого вещества, поэтому они резистентнык действию сульфаниламидов. Некоторые бактерии, как и животные клетки, не угнетаются сульфаниламидами.

Бактерии туберкулеза существенно не угнетаются сульфаниламидами, однако их рост тормозится ПАСК (р-аминосалициловой кислотой). С другой стороны, большинство сульфаниламидчувстви-тельных бактерий резистентны к ПАСК. Это свидетельствует о том, что рецепторный сайт ПАБК различен у разных типов микроорганизмов.

Триметоприм ингибирует дигидрофолатредуктазу бактерий в 50 ООО раз эффективнее, чем соответствующий фермент клеток млекопитающих. Этот фермент восстанавливает дигидрофолиевую кислоту в тетрагидрофолиевую, что является промежуточным этапом синтеза пуринов и соответственно - ДНК. Сульфаниламиды и триметоприм последовательно блокируют этот процесс, значительно потенцируя действие друг друга (синергизм). Такие комбинации (5 частей сульфаниламида + 1 часть триметоприма) используют для лечения пневмонии, вызываемой Pneumocystis carinii; энтерита, вызываемого Shigella; системного сальмонеллеза, а также для лечения многих других инфекций.

Пириметамин ингибирует протозойную дигидрофолатредуктазу, но в то же время он в некоторой степени действует и на соответствующий фермент клеток млекопитающих. Поэтому он более токсичен, чем триметоприм. Пириметамин в сочетании с сульфаниламидами является в настоящее время , средством выбора в лечении токсоплазмоза и ряда других протозойных инфекций.

Для химиопрофилактики и химиотерапии вирусных инфекций используются многие другие химические соединения, влияющие на синтез вирусных нуклеиновых кислот. Они подробно описаны в главе 49.

Резистентность к антимикробным препаратам

Как уже упоминалось, существует множество механизмов возникновения резистентности микроорганизмов к лекарственным препаратам. Рассмотрим основные из них.

1. Микроорганизмы вырабатывают ферменты, которыеразрушают активное вещество. Примеры. Резистентные к пенициллину G стафилококки вырабатывают р-лактамазу, разрушающую этот препарат. Другие Р-лактамазы синтезируются грамот-рицательными микроорганизмами. Устойчивые к аминогликозидам грамотрицательные бактерии (что обычно опосредовано плазмидами) вырабатывают аденилирующие, фосфорилйрующие или аце-тилирующие ферменты, которые инактивируют лекарства. Грамотрицательные бактерии могут быть резистентными к хлорамфениколу, если они продуцируют хлорамфеникол-ацетилтрансферазу.

2. Микроорганизмы изменяют свою проницаемость для антимикробного препарата. Примеры. Тетрациклины могут накапливаться только в чувствительных, но не в резистентных бактериях. Резистентность к полимиксинам, вероятно, связана с нарушением их проникновения в микробную клетку. Стрептококки имеют естественный барьер, не пропускающий аминогликозиды. Это явление можно частично преодолеть одновременным введением препарата, действующего на клеточную стенку, например пенициллина. Резистентность к амикаци-ну и некоторым другим аминогликозидам может зависеть от утраты способности препарата к проникновению, вызванной изменениями наружной мембраны бактерий, что нарушает активный транспорт внутрь клетки.

3. Микроорганизмы вырабатывают измененную структурную мишень для препарата (ссылка [2] в списке литературы). Примеры. Хромосомная рези стентность к аминогликозидам связана с утратой (или повреждением) специфического белка в составе ЗОЗ-субъединицы бактериальной рибосомы, который служит рецептором для антибиотика в чувствительном микроорганизме. Эритромицинрези-стентные организмы имеют измененный рецепторный сайт на SOS-субъединице бактериальной рибосомы, что связано с метилированием 23S-pH-босомальной РНК. Устойчивость к некоторым пе-нициллинам и цефалоспоринам может определяться утратой или изменением ПСП.

4. У микроорганизмов формируются измененные метаболические пути в обход тех реакций, которые угнетаются препаратами. Пример. Некоторые резистентные к сульфаниламидам бактерии не требуют поступления ПАБК извне, но подобно клеткам млекопитающих могут утилизировать готовую фолиевую кислоту.

5. Микроорганизмы вырабатывают измененный фермент, который может должным образом осуществлять метаболическую функцию, но в гораздо меньшей степени повреждается препаратом, чем фермент чувствительного микроорганизма. Пример. У некоторых восприимчивых к сульфаниламидам бактерий дигидроптератсинтетаза обладает более высоким аффинитетом к сульфаниламиду, чем к ПАБК. У резистентных к сульфаниламидам мутантов имеет место противоположное явление.

Происхождение резистентности к препаратам

Лекарственная резистентность может быть как генетического, так и негенетического происхождения.

А. Резистентность негенетического происхождения. Для проявления антибактериального действия большинства препаратов, как правило, требуется активная репликация бактерий. Соответственно, метаболически неактивные микроорганизмы (неразмножающиеся) могут быть резистентны к антибиотикам. Тем не менее во время активного размножения те же бактерии полностью чувствительны к антибактериальной терапии. Пример. Микобактерии туберкулеза часто выживают в тканях в течение многих лет после инфицирования, хотя подавляются защитными силами организма-хозя-ина и не размножаются. Такие персистирующие микроорганизмы резистентны к лечению и не могут уничтожаться препаратами. Однако, если они

* начинают размножаться (например, в результате утраты клеточного иммунитета больного), то оказываются чувствительными к тем же самым препаратам.

Через несколько поколений микроорганизмы могут утрачивать специфические структуры-мишени для воздействия препаратов и становиться резистентными. Пример. Пеницилл инчувствитель-ные организмы во время лечения пенициллинами могут трансформироваться в L-форму (протопласты). Утрачивая клеточную стенку, они становятся резистентными к препаратам, нарушающим ее синтез (пенициллинам, цефалоспоринам) и могут оставаться такими на протяжении нескольких поколений, превращаясь в “персистирующие”. Когда происходит возвращение бактерий к их родительским формам с восстановлением продукции клеточной стенки, они становятся .полностью восприимчивыми к пенициллину.

Б. Резистентность генетического происхожде ния. Громадное число резистентных к антибактериальным препаратам микробов возникло в результате генетических изменений и последующей селекции. Генетические изменения могут быть хромосомными или внехромосомными.

1. Хромосомная резистентность. Она разви] ется как результат спонтанных мутаций в локусе бактериальной хромосомы, контролирующем чувствительность к данному антибиотику. Присутствие препарата является избирательным механизмом подавления восприимчивости и способствует росту резистентных к нему мутантов. Спонтанные мутации встречаются с частотой от 10'12 до 10~7 и поэтому редко являются причиной возникновения клинической лекарственной резистентности у отдельно взятого пациента. Тем не менее у многих бактерий хромосомные мутанты, резистентные к рифампину, встречаются с гораздо более высокой частотой (10-7-10“5). Вследствие этого монотерапия бактериальных инфекций рифампином оказывается обычно безуспешной.

Хромосомные мутанты могут становиться резистентными и в связи с изменением структуры рецептора к препарату. Примеры. Белок Р12 30S-субъединицы бактериальной рибосомы служит рецептором для присоединения стрептомицина. Мутация гена, контролирующего белок Р12, приводит к резистентности к стрептомицину. Структурные гены, кодирующие целый ряд рецепторов для антибиотиков, в том числе для эритромицина, тетрациклина, линкомицина, аминогликозидов и других, находятся в весьма ограниченной области бактериальной хромосомы. В результате, мутация у некоторых видов бактерий может, например, приводить к утрате пенициллиновых рецепторов с образованием устойчивых к пенициллинам мутантов. Мутационное изменение структуры Д НК-гиразы обеспечивает резистентность к хинолонам.

2. Внехромосомная резистентность. Бактерии также содержат внехромосомные генетические элементы, называемые плазмидами. Плазмиды - это кольцевые молекулы ДНК, составляющие по массе 1-3 % от бактериальной хромосомы. Они могут свободно существовать в цитоплазме или быть интегрированы в хромосому бактерии. Некоторые из них имеют свои собственные гены для репликации и переноса. Другие же используют гены, находящиеся в других плазмидах.

К-факторы представляют собой класс плазмид,

- которые несут гены резистентности в отношении одного или более антимикробных препаратов и тяжелых металлов. Плазмидные гены антимикробной резистентности часто контролируют образование ферментов, разрушающих антимикробные препараты. Примеры. Плазмиды, определяющие резистентность к пенициллинам и цефалоспоринам, обладают кодирующими генами (3-лактамазы. Плазмиды кодируют также фермент, инактивирующий хлорамфеникол (ацетилтрансфераза); ферменты, которые ацетилируют, аденилируют или фосфори-лируют различные аминогликозиды; ферменты, которые определяют проницаемость клеточной оболочки для тетрациклинов, и др.

Хромосомы и плазмиды могут передаваться с помощью следующих механизмов.

а. Трансдукция. Плазмидная ДНК встраивается в бактериальный вирус и переносится им в другую бактерию того же вида.

б. Трансформация. Изолированная ДНК переходит от одной клетки внутри вида к другой, изменяя генотип последней. Это может происходить при таких лабораторных манипуляциях, как технологический процесс рекомбинации ДНК, а также, вероятно, спонтанно.

в. Бактериальная конъюгация. Односторонняя передача генетического материала между бактериями одной и той же или различных генераций встречается во время процесса сцепления (конъюгации).

Это особенно важно для распространения резистентности, опосредованной плазмидами.

г. Транспозиция. Между плазмидами или меж ду плазмидой и частью бактериальной хромосомы внутри бактериальной клетки может иметь место обмен короткими фрагментами ДНК (транспозона-ми), которые несут только несколько генов.

Перекрестная резистентность

Резистентные к определенному препарату микроорганизмы могут быть устойчивыми и к другим антибиотикам со сходными механизмами действия и местами связывания. Такие взаимоотношения существуют в основном между антимикробными агентами, которые имеют химическое сходство (например, полимиксин В - колистин; эритромицин - олеандомицин; неомицин - канамицин), но это явление может также существовать между химически не родственными соединениями (эритромицин - линкомицин). Внутри некоторых классов препаратов разные представители имеют настолько сходные по химическому строению активные группировки, что можно предполагать наличие полной перекрестной резистентности возбудителей к ним.

-Избранная литература

Brooks G. F. et al. Jawets, Melnick, & Adelberg’s Medical Microbiology, 20th ed. Appleton & Lange, 1994.

Cohen M. L. Epidemiology of drug resistance: Implications for a post-antimicrobial era. Science, 1992; 257:1050.

Dever L. A., Dermody T. S. Mechanisms of bacterial resistance to antibiotics. Arch. Intern. Med. 1991; 151:886.

Jacoby G. A, Archer G. L. New mechanisms of bacterial resistance to agents. N. Engl.J. Med. 1991; 324:601.

Mandell G. L., Douglas R. G., Bennett J. E. (eds). Principles and Practice of Infectious Diseases, 3rd ed. Wiley, 1989.

Neu H. S. The crisis in antibiotic resistance. Science, 1992; 257: 1064.

Sanders С. C., Weidermann B. Resistance to beta-Iactam antibiotics among non-fastidious gram negative organisms. Rev. Infect. Dis. 1988; 10:679.

Мы благодарны автору и издательствам, которые не противодействует, а способствует образованию медицинских работников.
В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, напиши нам и материалы будут незамедлительно удалены!