Резистентность к антибиотикам: война на выживание. Все о резистентности и методах определения чувствительности бактерий к антибиотикам Устойчивость бактерий к антибиотикам обусловлена наличием

Антибиотики используются в клинической практике более 70 лет. Благодаря их применению было спасено миллионы людей. Несмотря на это, и сегодня в XXI веке смертность от инфекционных заболеваний остается высокой. Причиной этому является развитие устойчивости (резистентности) к антибиотикам.

Резистентность к антибиотикам бывает:

• Природной.
  Когда в микроорганизме отсутствует мишень для действия антибиотика или она недоступна.
  Примеры:
  — β-лактамные антибиотики не действуют на микоплазмы. Мишенью β-лактамов являются ферменты локализованные в стенках бактериальных клеток, которые отсутствуют у микоплазм (у них нет клеточных стенок). Поэтому Mycoplasma spp. имеет природную устойчивостью к β-лактамам;
  — У большинства грамотрицательных бактерий клеточная стенка непроницаема для макролидов, поэтому они обладают природной устойчивостью к этому классу антибиотиков.

Приобретенной .
Эта устойчивость развивается вследствие мутаций микроорганизмов либо при передаче генов от резистентных бактерий к чувствительным бактериям.

Мутации бактериальных клеток приводят к спонтанному появлению резистентных бактериальных клеток. При применении антибиотиков происходит уничтожение чувствительных бактериальных клеток и размножение устойчивых бактерий.
Вследствие этого может образоваться популяция состоящая целиком из резистентных микроорганизмов.

Основным источником генетической информации в бактериальной клетке является хромосома, которая в большинстве случаев образована единственной замкнутой циркуляторной молекулой ДНК. Содержащие в ней гены обеспечивают жизнедеятельность бактерии практически в любых обстоятельствах.

В тоже время, во многих (возможно, что и во всех) бактериях имеются дополнительные молекулы ДНК, получившие название плазмид. По размеру они меньше хромосомной ДНК, не связаны с ней и обычно воспроизводятся отдельно от нее. Гены, которые переносятся плазмидами, чаще всего не являются жизненно необходимыми для выживания бактерий в обыкновенных условиях, но могут придавать клеткам-носителям преимущества в борьбе за существование в некоторых особых обстоятельствах.

Полезные свойства, которые передаются плазмидами, включают в себя:

• Фертильность: способность к конъюгации и передаче генетической информации другим бактериям;
• Резистентность к антибиотикам: большинство случаев устойчивости к антибиотикам, которые встречаются в клинических условиях, опосредованы плазмидами;
• Способность к выработке бактериоцинов – белков, ингибирующих другие бактерии, которые являются экологическими конкурентами данного микроорганизма;
• Выработку токсинов;
• Иммунитет к некоторым бактериофагам;
• Способность использовать необычные сахара и другие субстраты в качестве продуктов питания.

Плазмиды различаются по своим размерам, составу и совместимости. Совместимые плазмиды могут сосуществовать в одной и той же бактерии-хозяине, в то время как несовместимые – нет.

Третьим источником генетической информации в бактериальной клетке являются бактериофаги (или просто – фаги). Бактериофаги – это вирусы, инфицирующие бактерии. Большинство фагов способно атаковать сравнительно небольшое число штаммов определенных бактерий, то есть имеет узкий и весьма специфический круг потенциальных жертв.

Различают две основные группы фагов:

• Вирулентные фаги, которые неминуемо уничтожают любую инфицированную ими бактерию, в результате из каждой лизированной клетки высвобождается ряд новых частичек фагов;
• Умеренные (лизогенетические) фаги, которые могут либо лизировать, либо лизогенировать инфицированные бактериальные клетки.
  При лизогении геномы бактерий и умеренного фага сосуществуют в виде единой хромосомы, в которой ДНК хромосомы бактерии и передается по наследству дочерним клеткам. Такой «спящий» фаг получил название профага.
  Тем не менее, на этой стадии некоторые гены профага могут экспрессироваться и придавать новые свойства (в частности, резистентность к антибиотикам) клетке-хозяину. На определенном этапе (во время одного из каждых несколько тысяч делений бактерии) профаг вступает в литический цикл с последующим разрушением бактерии-хозяина и высвобождением новых фаговых частичек в окружающую среду.

Передача генов, кодирующих резистентность, от резистентных бактерий чувствительным микроорганизмам, является более эффективным механизмом приобретения резистентности.

Такая передача осуществляется тремя путями:

• При трансформации свободная ДНК погибшей антибиотикорезистентной бактериальной клетки захватывается из окружающей среды антибиотикочувствительной бактерией-реципиентом;
• Трансдукция включает в себя случайную инкорпорацию бактериальной ДНК частичкой бактериофага во время литического цикла фага. При этом ДНК может быть как хромосомной, так и плазмидной. В последующем частичка фага переносит бактериальную ДНК в следующую клетку, которая она инфицирует;
• Коньюгация предполагает физический контакт между двумя бактериями.
  В то время, когда два микроорганизма прикрепляются один к другому, происходит односторонняя передача ДНК от клетки-донора клетке реципиенту. Способность к конъюгации зависит от соответствующих плазмид или транспозонов в клетке-доноре.

Наличие перечисленных механизмов передачи генетической информации означает, что не только мутации и селекция определяют эволюцию бактерий. Например, ранее чувствительная к антибиотикам бактерия может при конъюгации приобрести плазмиду, содержащую гены, кодирующие резистентность к нескольким различным антибиотикам. В результате в течение короткого промежутка времени в данной экологической нише может сформироваться пул полирезистентных микроорганизмов.

Основные механизмы, с помощью которых развивается приобретенная устойчивость к антибиотикам:

• Разрушение или модификация антибиотика;
• Меняется мишень для действия антибиотика;
• Уменьшается проницаемость клеточной стеки для антибиотика;
• Активное выведение антибиотика из бактериальной клетки;
• Приобретается новый метаболический путь, на который не влияет антибиотик.

Наиболее важным из этих механизмов является разрушение антибиотика бактериальными клетками (микроорганизмы способны выделять ферменты разрушающие антибиотик). Пример этому служит развитие резистентности к β-лактамным антибиотикам, широко применяемым в клинической практике.

Бактериальные ферменты, разрушающие β-лактамазные антибиотики, получили название β-лактамаз. В связи со способностью гидролиза тех или иных β-лактамных антибиотиков различают пенициллиназы, цефолоспориназы, карбапенемазы и т. д.

Если гены, кодирующие выработку β-лактамаз, находятся в хромосомах, то начинают распространяться резистентные клоны бактерий.
Плазмидная локализация генов, кодирующих выработку β-лактамаз, обуславливает быстрое внутри и межвидовое распространение резистентности.

Практически все грамотрицательные бактерии вырабатывают β-лактамазы (гены локализуются в хромосомах). Опосредованные плазмидами β-лактамазы широко распространены не только среди грамотрицательных микроорганизмов, но и у стафилококков.

Синтезируемые бактериями β-лактамазы могут быть чувствительными и нечувствительными к ингибиторам β-лактамаз.
Ингибиторы β-лактамаз это вещества, которые связываются с β-лактамазами и подавляют их активность.
Плазмидные β-лактамазы грамотрицательных бактерий чувствительны к ингибиторам, а хромосомные, — как правило нет. Некоторые хромосомные β-лактамазы грамотрицательных бактерий эффективно гидролизуют практически все β-лактамные антибиотики, включая карбапенемы.

Также бактериальные клетки могут выделять ферменты модифицирующие антибиотик. В результате этого антибиотик утрачивает возможность связываться со своими мишенями в бактериальной клетке и теряет свою эффективность. Примером служит развитие резистентности к аминогликозидам у грамотрицательных бактерий семейства Enterobacteriacea, когда антибиотики инактивируются в результате ацетилирования, аденилирования или фосфорилирования.

Резистентность может развиваться, когда изменяется мишень для действия антибиотика. Примером этого вида устойчивости может быть резистентность S.pneumoniae к пенициллину.

Существует механизм резистентности, когда антибиотик активно удаляется (выкачивается) с клетки с помощью насосов. Примером служит приобретение устойчивости к тетрациклинам. Тетрациклины, попадая вовнутрь клетки, изгоняются из нее наружу и не успевают связаться со своими мишенями (рибосомами).

Классическим образцом резистентности, опосредованной действием подобных насосов, является разветвленная перекрестная устойчивость некоторых штаммов Pseudomonas auruginosa к β-лактамам, фторхинолонам, тетрациклинам и хлорамфениколу.
Долгое время она приписывалась нарушению проницаемости бактерий для этих антимикробных препаратов. В настоящее время установлено, что она связана с оператором MexAmexBopr M, кодирующим систему изгнания указанных антибиотиков из микробной клетки. Если инактивировать эту систему, то синегнойные палочки становятся высокочувствительными ко всем перечисленным препаратам.

Резистентность может развиваться при нарушении проницаемости бактерий для антибиотиков. Например β-лактамные антибиотики проникают в грамотрицательные бактерии через поры посредством диффузии. Уменьшение числа или радиуса пор приводит к снижению чувствительности бактерий к этим антибиотикам.

Также резистентность может возникнуть, если у бактерий сформируется новый метаболический путь, на который не влияет антибиотик. Например, S. аureus способен образовать дополнительный белок, который полноценно синтезирует клеточную стенку стафилококка и вызывает устойчивость к антистафилококковым пенициллинам (оксациллину и метициллину и), и ко всем β-лактамным антибиотикам.

Описанные механизмы отнюдь не исчерпывают тему приобретения и передачи антибиотикорезистентности. Они дают лишь некоторое представление о способности мира микробов приспосабливаться к изменившимся условиям внешней среды и, прежде всего, — к применению антибиотиков.

Рекомендации по применению антибактериальной терапии для различных инфекций опираются на результатах микробиологических исследований. Такие исследования дают возможность отслеживать чувствительность антибиотиков к ключевым возбудителям заболевания, отслеживать динамику изменения чувствительности, вносить коррективы в стандарты лечения.

На практике различают резистентность возбудителей внебольничных и госпитальных инфекций. При небольшом уровне резистентности эффективность антибактериальной терапии не снижается. Однако лечение становится неэффективным при превышении определенного порогового уровня. Для внебольничных пневмококков пороговый уровень примерно 20-30% резистентных штаммов.

Для госпитальных возбудителей, в результате более широкого применения антибиотиков, формируются высокорезистентные штаммы, которые нередко устойчивы к антибиотикам нескольких классов.
Выраженность и характер резистентности зависит от профиля отделения и традиций использования антибиотиков в конкретном отделении больницы. При этом резистентность будет отличаться не только в разных стационарах, но и в разных отделениях одной и той же больницы.
Поэтому выработка универсальных рекомендаций по терапии госпитальных инфекций вряд ли возможна и должна строиться с учетом микробиологического мониторинга за ситуацией, сложившейся в конкретном отделении.

Распространению резистентных бактерий во многом способствует в медицине.

Неадекватное использование антибиотиков может быть связано как:

• С действием врача. Назначение этих медикаментов при и лихорадочных состояниях неинфекционной природы, нерациональная антибиотикотерапия (по длительности, дозировкам, кратности введения, выбору конкретного препарата и т. д.).
• С действием пациента (несоблюдение полного курса , самолечение остатками не употребленных лекарств и т.д.).

Однако антибиотики используют не только в медицине. Широкое применение они нашли в сельском хозяйстве и животноводстве, причем не только для лечения и профилактики инфекций, но и в качестве стимуляторов роста (животноводство). В последнем случае они обычно назначаются в субтерапевтических дозах. Несомненно, подобное применение – прямая дорога к возникновению и распространению резистентных бактерий.

Серьезную проблему представляет использование антибиотиков и в сельском хозяйстве при обработке антибиотиками больших площадей занятых сельскохозяйственными растениями с применением авиации и других технических средств. Дальнейшее их распространение происходит как среди обслуживающего персонала, так и через пищевую цепочку.

Сложность и многообразие механизмов устойчивости бактерий к антибиотикам стимулировали разработку различных мер по ограничению распространения и преодолению резистентности.

Перспективными подходами к преодолению резистентности являются:

• Защита известных антибиотиков от разрушения ферментами бактерий или от удаления их из бактериальной клетки посредством мембранных насосов;
• Применение иных антибиотиков выбранной группы. Например, уровень устойчивости большинства возбудителей госпитальных инфекций к гентамицину в несколько раз выше, чем к другому аминогликозиду антибиотику – амикацину;
• Применение комбинации антибиотиков;
• Проведение целевой и узконаправленной антибактериальной терапии;
• Синтез новых соединений, относящихся к известным классам антибиотиков;
• Поиск принципиально новых классов антибактериальных препаратов.

Литература: Инфекции и антибиотики И. Г. Березняков. 2004 год. Харьков.

Неизлечимые заболевания, о которых медики предупреждали нас годами, постепенно входят в жизнь современного человека. Напомним, что Центр по контролю и профилактике заболеваний не так давно сообщил о женщине из Невады, которая умерла от инфекции, устойчивой ко всем известным антибиотикам на земле.

Сейчас подобные случаи — скорее редкость, а не устойчивая тенденция. Однако антибиотики, которые являются основным средством в борьбе с бактериями, постоянно устаревают, потому что штаммы инфекции со временем вырабатывают полную или частичную устойчивость к их воздействию. Так какова же ситуация на сегодняшний день и можем ли мы утверждать, что эра антибиотиков подходит к концу?

Устойчивость к антибиотикам была обнаружена у многих различных разновидностей бактерий, вызывающих пневмонию, половые заболевания и даже пищевые отравления. Микробы быстро мутируют, становясь резистивными к конкретным препаратам, или же включают в собственную структуру гены устойчивости, присущие другим видам. Бактерия — это своего рода биологический конструктор, и во время слияния два представителя разных штаммов могут заимствовать друг у друга те гены, которые позволяют им выжить в агрессивной среде. Поэтому зачастую противостояние медиков и инфекции носит волновой характер: после изобретения более мощного препарата вспышки заболеваний на какое-то время удается подавить. Потом бактерии мутируют, становятся невосприимчивы к лекарству, и ученым приходится искать новые средства воздействия.

В настоящее время последнее поколение антибиотиков (к примеру, колистин и класс карбапенемов, бета-лактамных антибиотиков широкого спектра) уже постепенно приходит в негодность. В 2015 году в Китае были обнаружены бактерии, обладающие резистивным геном MCR-1, чья ДНК была интегрирована в плазмиды (специальные бактериальные образования), а потому мог передаваться от одного вида к другому.

Впрочем, даже если какой-то штамм получает устойчивость к мощному и самому современному препарату, это еще не значит, что более старые лекарства окажутся против него бессильны. Бактерии редко обладают ультимативной, абсолютной защитой от всех медикаментов, хотя за последний год ученые получили достаточно оснований полагать, что скоро подобные супербактерии могут размножиться и вызвать очередную эпидемию.

Трудно предсказать, как изменится ситуация в ближайшие несколько лет. Сейчас долгосрочные прогнозы выглядят довольно мрачно. Если не предпринять решительных мер по разработке нового поколения препаратов, уже к 2050 году даже незначительные заражения могут превратиться в серьезную угрозу. Недуги вроде гонореи или туберкулеза внезапно окажется неизлечимыми. Конечно, ученые отслеживают тенденции генетических мутаций вирулентных штаммов и тратят существенное количество времени и ресурсов на выявление потенциально опасных бактерий. Со стороны обывателей же хорошей профилактической мерой будет даже банальное соблюдение правил элементарной гигиене. Кроме того, нам стоит ограничить повсеместное использование антибиотиков, особенно в сельскохозяйственной среде — фармацевтическим компаниям надлежит проработать и альтернативные способы лечения. Как бы то ни было, специалисты уверены, что полностью решить проблему устойчивости к антибиотикам в ближайшее время не удастся, а значит, что на следующие 10−15 лет у медицины есть важнейшее поле для работы.

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

Основой терапевтического действия антибактериальных препаратов является подавление жизнедеятельности возбудителя инфекционной болезни в результате угнетения более или менее специфичного для микроорганизмов метаболического процесса. Угнетение происходит в результате связывания антибиотика с мишенью, в качестве которой может выступать либо фермент, либо структурная молекула микроорганизма.

Резистентность микроорганизмов к антибиотикам может быть природной и приобретенной.

• Истинная природная устойчивость характеризуется отсутствием у микроорганизмов мишени действия антибиотика или недоступности мишени вследствие первично низкой проницаемости или ферментативной инактивации. При наличии у бактерий природной устойчивости антибиотики клинически неэффективны. Природная резистентность является постоянным видовым признаком микроорганизмов и легко прогнозируется.
• Под приобретенной устойчивостью понимают свойство отдельных штаммов бактерий сохранять жизнеспособность при тех концентрациях антибиотиков, которые подавляют основную часть микробной популяции. Возможны ситуации, когда большая часть микробной популяции проявляет приобретенную устойчивость. Появление у бактерий приобретенной резистентности не обязательно сопровождается снижением клинической эффективности антибиотика. Формирование резистентности во всех случаях обусловлено генетически: приобретением новой генетической информации или изменением уровня экспрессии собственных генов.

Известны следующие биохимические механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам:

1. Модификация мишени действия.
2. Инактивация антибиотика.
3. Активное выведение антибиотика из микробной клетки (эффлюкс).
4. Нарушение проницаемости внешних структур микробной клетки.
5. Формирование метаболического "шунта".

МЕХАНИЗМЫ УСТОЙЧИВОСТИ К АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМ ПРЕПАРАТАМ ОТДЕЛЬНЫХ ГРУПП

β-лактамные антибиотики

Ферментативная инактивация . Наиболее распространенным механизмом устойчивости микроорганизмов к β-лактамам является их ферментативная инактивация в результате гидролиза одной из связей β-лактамного кольца ферментами β-лактамазами . К настоящему времени описано более 200 ферментов, различающихся по следующим практически важным свойствам:

• Субстратный профиль (способность к преимущественному гидролизу тех или иных β-лактамов, например пенициллинов или цефалоспоринов , или тех и других в равной степени).
• Локализация кодирующих генов (плазмидная или хромосомная). Эта характеристика определяет эпидемиологию резистентности. При плазмидной локализации генов происходит быстрое внутри- и межвидовое распространение резистентности, при хромосомной - наблюдают распространение резистентного клона.
• Чувствительность к применяющимся в медицинской практике ингибиторам : клавулановой кислоте, сульбактаму и тазобактаму.

Таблица 1. Наиболее распространенные β-лактамазы и их свойства

Ферменты	Характеристика
Плазмидные β-лактамазы класса А стафилококков	Гидролизуют кроме метициллина и оксациллина
Плазмидные β-лактамазы широкого спектра класса А грамотрицательных бактерий	Гидролизуют природные и полусинтетические пенициллины , цефалоспорины I поколения . Чувствительны к ингибиторам.
Плазмидные β-лактамазы расширенного спектра класса А грамотрицательных бактерий	Гидролизуют природные и полусинтетические пенициллины , цефалоспорины I-IV поколения . Чувствительны к ингибиторам.
Хромосомные β-лактамазы класса С грамотрицательных бактерий	Гидролизуют природные и полусинтетические пенициллины , цефалоспорины I-III поколения
Хромосомные β-лактамазы класса А грамотрицательных бактерий	Гидролизуют природные и полусинтетические пенициллины , цефалоспорины I-II поколения . Чувствительны к ингибиторам.
Хромосомные β-лактамазы класса В грамотрицательных бактерий	Эффективно гидролизуют практически все β-лактамы, включая карбапенемы . Не чувствительны к ингибиторам.
Плазмидные β-лактамазы класса D грамотрицательных бактерий (преимущественно P.aeruginosa )	Гидролизуют природные и полусинтетические пенициллины , цефалоспорины I-II поколения . Многие способны также гидролизовать цефалоспорины III поколения . Большинство не чувствительны к ингибиторам.

К наиболее распространенным ферментам относятся стафилококковые β-лактамазы (встречаются у 60-80% штаммов) и β-лактамазы широкого спектра грамотрицательных бактерий (среди штаммов E.coli встречаются в 30-40% случаев). Несмотря на широкое распространение перечисленных ферментов, они не представляют серьезной проблемы для терапии, поскольку многие современные β-лактамы (цефалоспорины II-IV поколений , ингибиторозащищенные пенициллины , карбапенемы) не чувствительны к гидролизу.

В настоящее время наибольшее значение для клинической практики имеют плазмидные БЛРС грамотрицательных бактерий, поскольку они способны разрушать цефалоспорины III и, в меньшей степени, IV поколения . Рутинные методы оценки антибиотикочувствительности очень часто не выявляют этот механизм устойчивости. Чаще всего БЛРС встречаются у микроорганизмов рода Klebsiella , достаточно часто у E.coli и Proteus spp., реже у других грамотрицательных бактерий. В России в отдельных учреждениях частота распространенности этих ферментов среди клебсиелл достигает 90%.

Модификация мишени действия . Мишенями действия β-лактамов являются ферменты - ПСБ , участвующие в синтезе клеточной стенки бактерий. В результате модификации у некоторых ПСБ уменьшается сродство к β-лактамам, что проявляется в повышении МПК этих препаратов и снижении клинической эффективности. Реальное клиническое значение имеет устойчивость среди стафилококков и пневмококков. Гены модифицированных ПСБ локализованы на хромосомах.

• Устойчивость стафилококков (S.aureus и КНС) обусловлена появлением у микроорганизмов дополнительного ПСБ (ПСБ2а).
• Маркером наличия ПСБ2а является устойчивость к метициллину или оксациллину .
• Независимо от результатов оценки in vitro при инфекциях, вызываемых MRSA , все β-лактамы следует считать клинически неэффективными и не использовать в терапии.
• Частота распространения MRSA в некоторых отделениях реанимации, онкологии и гематологии в России превышает 50-60%, что создает крайне серьезные проблемы для терапии.
• Устойчивость пневмококков обусловлена появлением в генах, кодирующих ПСБ , чужеродной ДНК, происхождение которой связывают с зеленящими стрептококками. При этом перекрестная устойчивость между отдельными β-лактамами неполная. Значительная часть штаммов, устойчивых к пенициллину , сохраняет чувствительность к цефалоспоринам III поколения и карбапенемам . К настоящему времени накоплено значительное количество данных, свидетельствующих о сохранении клинической эффективности β-лактамов при инфекциях ДП, вызываемых штаммами с промежуточным уровнем устойчивости, однако при инфекциях ЦНС (менингитах) эффективность этих антибиотиков явно снижается. Накопленные данные послужили основанием для пересмотра критериев чувствительности пневмококков к амоксициллину , обсуждается целесообразность изменения критериев чувствительности к пенициллину .
• Данные о частоте распространения в России пенициллинорезистентных пневмококков ограничены. В Москве, в период с 1998 г. по 2001 г., частота встречаемости штаммов пневмококков со сниженной чувствительностью к пенициллину колебалась в пределах 10-22%. При этом высокий уровень устойчивости отмечали не более чем у 1-2% штаммов.
• Среди грамотрицательных бактерий устойчивость, связанная с модификацией ПСБ встречается редко. Определенное значение этот механизм устойчивости имеет у H.influenzae и N.gonorrhoeae . Микроорганизмы, проявляют устойчивость не только к , но и к ингибиторозащищенным препаратам .

Аминогликозиды

Ферментативная инактивация. Основным механизмом устойчивости к аминогликозидам является их ферментативная инактивация путем модификации. Модифицированные молекулы аминогликозидов теряют способность связываться с рибосомами и подавлять биосинтез белка. Описаны три группы АМФ , осуществляющих инактивацию аминогликозидов , путем их связывания с различными молекулами: ААС - присоединяющие молекулу уксусной кислоты, АРН - присоединяющие молекулу фосфорной кислоты, нуклеотидил- или ANT - присоединяющие молекулу нуклеотида аденина.

Таблица 2. Характеристика наиболее распространенных АМФ

На практике среди грамотрицательных бактерий могут встречаться практически все комбинации устойчивости к отдельным аминогликозидам . Это связано с разнообразием субстратных профилей отдельных ферментов и возможностью наличия у бактерии одновременно нескольких генов АМФ .

Для России характерна высокая частота распространения устойчивости среди грамотрицательных бактерий к гентамицину и тобрамицину , что, вероятно, связано с необоснованно широким применением гентамицина . Частота устойчивости к нетилмицину , как правило, несколько ниже. Устойчивость к амикацину встречается достаточно редко.

У ряда микроорганизмов (S. pneumoniae , Mycobacterium spp., Brachyspira hyodysenteriae , Propionibacterium spp., B. pertussis , H. influenzae , H. pylori ) известен и другой механизм модификации мишени для макролидов и линкозамидов - в результате мутаций в V домене 23S рРНК снижается сродство к антибиотикам и формируется клинически значимая устойчивость. При этом механизме наблюдают перекрестную резистентность ко всем макролидам и линкозамидам макролидам /линкозамидам штаммов S. pneumoniae , S. pyogenes и S. oralis вызывают также мутации в генах рибосомальных белков L4 и L22.

Активное выведение. Активное выведение макролидов и линкозамидов осуществляют несколько транспортных систем. Основное клиническое значение имеет система выведения, кодируемая mef -геном, распространенная среди S.pneumoniae , S.pyogenes и многих других грамположительных бактерий. Соответствующий белок-транспортер выводит 14- и 15-членные макролиды и обеспечивает невысокий уровень резистентности (МПК от 1 до 32 мг/л). Линкозамиды и 16-членые макролиды сохраняют активность.

Гены mef локализованы на хромосомах в составе конъюгативных элементов, что обеспечивает достаточно эффективное внутри- и межвидовое распространение. У стафилококков и энтерококков активное выведение макролидов , но не линкозамидов , осуществляют транспортные системы другого типа, кодируемые генами msr . Существуют также транспортные системы, осуществляющие избирательное выведение некоторых препаратов, например, линкомицина или олеандомицина.

Ферментативная инактивация. Ферменты, инактивирующие макролиды и линкозамиды , описаны среди грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов. Некоторые из них обладают широким субстратным профилем (макролидфосфотрансферазы E.coli и Staphylococcus spp.), другие инактивируют только отдельные антибиотики (эритромицинэстеразы, распространенные среди семейства Enterobacteriaceae , линкомицинацетилтрансферазы стафилококков и энтерококков). Клиническое значение ферментов, инактивирующих макролидные антибиотики , невелико.

Роль отдельных механизмов резистентности к макролидам не равноценна. Накапливаются данные о том, что при инфекциях, вызываемых S. pneumoniae и S. pyogenes с устойчивостью, обусловленной активным выведением, некоторые макролиды могут сохранять клиническую эффективность.

Устойчивость энтерококков к гликопептидам является серьезной проблемой в ОРИТ в США и Западной Европе. Чаще всего устойчивость отмечают у штаммов E.faecium , ее частота может достигать 15-20%. Достоверных данных о выделении VRE в России нет.

Сообщения о выделении единичных штаммов метициллинорезистентных и метициллиночувствительных S.aureus со сниженной чувствительностью к ванкомицину (GISA) начали появляться в различных странах с 1997г.. Для штаммов со сниженной чувствительностью характерно утолщение клеточной стенки, уменьшение аутолитической активности. Обсуждается возможность избыточной продукции мишеней действия гликопептидов . Снижение чувствительности к гликопептидам было описано ранее среди КНС .

На практике при выделении ванкомицинорезистентных энтерококков и стафилококков необходимо проявлять настороженность, тщательно проверять чистоту исследуемой культуры и точность ее идентификации. Так, необходимо иметь в виду, что некоторые грамположительные бактерии (Lactobacillus spp., Leuconostoc spp., Pediococcus spp.) обладают природной устойчивостью к гликопептидам . .

Сульфаниламиды и ко-тримоксазол

Полимиксины

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение целесообразно коротко суммировать данные о наиболее распространенных механизмах резистентности среди основных клинически значимых микроорганизмов.

Возбудители внебольничных инфекций

• Staphylococcus spp. - устойчивость к природным и полусинтетическим пенициллинам , связанная с продукцией β-лактамаз .
• S.pneumoniae - устойчивость различного уровня к пенициллину (часть штаммов устойчива к цефалоспоринам III поколения), связанная с модификацией ПСБ ; высокая частота ассоциированной устойчивости к макролидам , тетрациклинам , ко-тримоксазолу .
• H.influenzae , M.catarrhalis - устойчивость к полусинтетическим пенициллинам , связанная с продукцией β-лактамаз .
• N.gonorrhoeae - устойчивость к пенициллинам , связанная с продукцией β-лактамаз , устойчивость к тетрациклинам , фторхинолонам .
• Shigella spp. - устойчивость к ампициллину , тетрациклинам , ко-тримоксазолу , хлорамфениколу .
• Salmonella spp. - устойчивость к ампициллину , ко-тримоксазолу , хлорамфениколу . Появление устойчивости к цефалоспоринам III поколения и фторхинолонам .
• E.coli - при внебольничных инфекциях МВП - возможна устойчивость к ампициллину , ко-тримоксазолу , гентамицину .

• Enterobacteriaceae - продукция БЛРС (чаще всего среди Klebsiella spp.), обуславливающая клиническую неэффективность всех цефалоспоринов ; очень высокая частота ассоциированной устойчивости к гентамицину /тобрамицину ; в некоторых учреждениях тенденция к росту ассоциированной резистентности к фторхинолонам , амикацину .
• Pseudomonas spp., Acinetobacter spp., S.maltophilia - ассоциированная устойчивость к цефалоспоринам , аминогликозидам , фторхинолонам , иногда карбапенемам .
• Enterococcus spp. - ассоциация устойчивости к пенициллинам , высокого уровня устойчивости к аминогликозидам , фторхинолонам и гликопептидам .
• Staphylococcus spp. (метициллинорезистентные) - ассоциированная устойчивость к макролидам , аминогликозидам , тетрациклинам , ко-тримоксазолу , фторхинолонам .

Механизмы резистентности к противотуберкулезным препаратам

Особенности патогенеза туберкулеза и биологии возбудителя (медленная пролиферация, длительное персистирование в организме и последующая реактивация инфекции) накладывают определенные отпечатки на формирование устойчивости у микобактерий. Из-за крайне ограниченных возможностей генетического обмена между микобактериями формирование у них резистентности практически всегда связано с накоплением хромосомных мутаций в генах, кодирующих мишени действия препаратов.

Терминология антибиотикоустойчивости микобактерий отличается некоторыми особенностями, что связано с чисто практическими задачами. Согласно рекомендациям ВОЗ, в зависимости от того, получал ли пациент специфическую противотуберкулезную терапию до выделения возбудителя, различают первичную и приобретенную устойчивость. К микроорганизмам с первичной устойчивостью относят штаммы, выделенные от пациентов, не получавших специфическую терапию. Если устойчивый штамм выделен у пациента на фоне противотуберкулезной терапии, то устойчивость расценивают как приобретенную. В тех случаях, когда невозможно достоверно установить факт применения противотуберкулезных препаратов , используют термин "начальная" устойчивость. К множественноустойчивым микобактериям относят микроорганизмы, устойчивые, как минимум, к рифампицину и изониазиду .

Риск развития мутаций, опосредующих устойчивость, составляет: 3,32 x 10 -9 на одно деление клетки для рифампицина ; 2,56 x 10 -8 для изониазида ; 2,29 x 10 -8 для стрептомицина ; 1,0 x 10 -7 для этамбутола . Риск одновременного развития устойчивости к двум препаратам меньше чем 10 -15 . Вероятность такого события крайне низка, особенно учитывая тот факт, что обсемененность микобактериями очага инфекции обычно не превышает 10 8 КОЕ . Учитывая приведенные факты, формирование у микобактерий множественной устойчивости связывают с нарушением режимов антибактериальной терапии, хотя прямых доказательств этому нет.

Рифамицины

Активное выведение, опосредуемое продуктом гена pfmdr , вероятно, является причиной феномена множественной устойчивости P.falciparum к противомалярийным препаратам .

Нитроимидазолы

Ряд простейших, прежде всего T.vaginalis , G.lamblia и E.histolytica , характеризуются анаэробным метаболизмом, во многом сходным с метаболизмом анаэробных бактерий. Чувствительность этих простейших к нитроимидазолам (прежде всего к метронидазолу) объясняется способностью микроорганизмов к восстановлению нитрогруппы препаратов и, таким образом, трансформации их в активную форму, повреждающую ДНК. Донором электронов, участвующим в активации нитроимидазолов , является ферредоксин. Устойчивость анаэробных простейших к нитроимидазолам связана со снижением уровня экспрессии ферредоксина и, следовательно, со снижением способности микроорганизмов активировать препараты.

Антибиотики, нарушающие метаболизм фолиевой кислоты

Сульфаниламиды – структурные аналоги парааминобензойной кислоты, нарушают синтез тетрагидрофолиевой кислоты, что и предотвращает дальнейший рост бактериальной клетки. Приметоприм блокирует фермент последующего звена синтеза тетрогидрофолиевой кислоты, поэтому совместное применение препаратов сульфаниламида и приметоприма приводит к заметному синергидному бактерицидному действию.

Многие антибиотики постепенно утратили свою эффективность в связи с возникновением резистентности к ним микроорганизмов. Например, выделяемые в настоящее время штаммы стафилококка, за редким исключением, устойчивы к
пенициллину, туберкулезные бактерии резистентны к
стрептомицину. Появились штаммы патогенных бактерий, одновременно устойчивые к нескольким антибиотикам, т. е. обладающие множественной резистентностью . Частота встречаемости штаммов Shigella
с такими свойствами достигает 70 %.

Резистентность микроорганизмов к лекарственным препаратам мо­жет быть естественной или приобретенной. Естественная (природная истинная) устойчивость обусловлена отсутствием или недоступностью у микроорганизмов «мишени» для действия антибиотика, т. е. такого звена в цепи метаболических реакций, которое блокировалось бы под влиянием препарата вследствие первично низкой проницаемости или ферментативной инактивации. При наличии у бактерий природной устойчивости антибиотики клинически неэффективны. Природная резистентность является постоянным видовым признаком микроорганизмов и легко прогнозируется.

Приобретенная устойчивость – это свойство отдельных штаммов бактерий сохранять жизнеспособность при тех концентрациях антибиотиков, которые подавляют основную часть микробной популяции. Формирование резистентности во всех случаях обусловлено генетически: приобретением новой генетической информации или изменением уровня экспрессии собственных генов, т. е. приобретенная устойчивость может быть обусловлена мутациями в хромосомных генах, контролирующих синтез компонентов клеточной стенки, ЦПМ, рибосомных или транспортных белков. Такого рода мутации изменяют «мишень» и делают клетку неуязвимой для антибиотика. Хромосомные мутанты обычно устойчи­вы к одному или нескольким антибиотикам близкой химической струк­туры.

Биохимические механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам:

ü Модификация мишени действия антибактериальных препаратов.

ü Инактивация антибактериальных препаратов.

ü Активное выведение антибактериальных препаратов из микробной клетки (эффлюкс).

ü Нарушение проницаемости внешних структур микробной клетки.

ü Формирование метаболического "шунта".

Приобретенная устойчивость определяется наличием устойчивых вариантов в популяции микроорганизмов, чувствительной к данному антибиотику. Первичная приобретенная устойчивость , как результат мутации, выявляется у вариантов микробной культуры еще до применения антибиотиков. Вторичная устойчивость проявляется после применения антимикробных препаратов, которые оказывают селективное действие при появлении устойчивых и чувствительных мутантов. Под влиянием антибиотиков чувствительные варианты подавляются, устойчивые выживают.

Множественная резистентность передается не только в пределах разных штаммов одного вида бактерий, но и различным видам одного рода и даже представителям разных родов.

Чаще всего приобретенная резистентность возникает в результате переноса плазмиды (R-фактор ), контролирующей множественную резистентность бактерий к антибиотикам. Плазмиды включают комплекс генов, кодирующих синтез ферментов, разрушающих или модифици­рующих структуру антибиотика, с чем и связана потеря его активности. Так, устойчивость S. aureus к пенициллину обусловлена наличием локализованных в плазмидах генов пенициллиназы, расщепляющей пенициллин до неактивной пенициллоиновой кислоты.

R-фактор состоит их 2х разных фрагментов ДНК. Один из них – RTF-фактор переноса устойчивости , несет гены, ответствен­ные за репликацию и перенос плазмиды. Другой фрагмент – детерминанты резистентности к различным антибиотикам. R-фактор имеет циркулярное строение и состоит из ДНК, отли­чающейся по физико-химическим характеристикам от ДНК бак­териальной хромосомы. Возможен перенос резистентности R-факторами одновременно к 8 и более антибиотикам (4,5).

Лекарственная устойчивость обусловлена передачей генетического материала (хромосомного и внехромосомного) от одной микробной клетки к другой. Известны 3 механизма передачи устойчивости: трансформация, трансдукция и конъюгация. Механизм конъюгации является преобладающим и ответствен за широкое распространение резистентности штаммов микроорганизмов.

Фенотипы полирезистентности, включающие одновременно устойчивость к 2-3 и более антибиотикам (левомицетин, стрептомицин, тетрациклин, пенициллины, гентамицин), описаны для многих энтеробактерий (сальмонеллы, кишечная палочка), синегнойной палочки, протея.

Устойчивость микроорганизмов к лекарственным препаратам реализуется за счет следующих механизмов:

1) образование устойчивыми штаммами микробов специ­фических ферментов, инактивирующих антибиотик;

2) изменение проницаемости клеточной стенки;

3) нарушение обменных процессов в бактериальной клетке,

4) изменение внутриклеточных рецепторов – рибосомальных белков, следствием чего является нарушение связывания антибиотика.

Биологическое значение проблемы антибиотикоустойчивости микроорганизмов как фактора, снижающего эффективность химиотерапии, огромно. Антибиотикам, как мощным селективным агентам, принадлежит ведущая роль в отборе и преимущественном распространении штаммов, несущих R-плазмиды.

Для преодоления лекарственной устойчивости микробов ис­пользуют следующие способы:

Получение новых препаратов, которые отличаются от существующих механизмом антибактериального действия;

Комбинация антибиотиков между собой;

Синтез антимикробных препаратов с заранее заданными свойствами;

Создание ингибиторов бактериальных ферментов, инактивирующих антибиотики

Множественная устойчивость, связанная со снижением проницаемости

Снижение проницаемости внешних структур бактериальной клетки является наименее специфичным механизмом устойчивости и, обычно, приводит к формированию устойчивости одновременно к нескольким группам антибиотиков.

Чаще всего причиной этого явления становится полная или частичная утрата пориновых белков.

Глобальная угроза развития резистентности микроорганизмов

Проблема глобальной угрозы развития резистентности микроорганизмов требует международных усилий для своего решения. Очень важно на данном этапе уже то, что угроза всеобщего снижения эффективности антибактериальных препаратов достаточно ясно осознается мировым сообществом. 16 сентября 2000 г. в г. Торонто (Канада) состоялся Всемирный день резистентности , в котором приняли участие ведущие мировые ученые. Главные выводы:

1. Антимикробные препараты (АП) – это невосстановимые ресурсы.

2. Резистентность коррелирует с клинической неэффективностью.

3. Резистентность создается человеком, и только человек может решить эту проблему.

4. Антибиотики – это социальные препараты.

5. Избыточное применение АП населением, неправильные представления и недооценка проблемы устойчивости врачами и фармацевтами, назначающими АП, ведет к распространению резистентности.

6. Применение АП в сельском хозяйстве и ветеринарии способствует накоплению резистентности в окружающей среде.

Учитывая состояние проблемы, необходимо направить интернациональные усилия в следующих направлениях:

1. Мониторинг резистентности и эпидемиологический надзор должны стать рутинными как в поликлинике, так и в стационаре.

2. Во всем мире должно быть прекращено применение антибиотиков в качестве стимуляторов роста в животноводстве.

3. Рациональное применение АП является основным мероприятием по снижению резистентности.

4. Создание образовательных программ для врачей и фармацевтов, назначающих АП.

5. Разработка новых АП.

Должны быть созданы Комитеты по контролю за АП как во всех лечебных учреждениях, в которых назначаются АП, так и в странах и регионах для разработки и внедрения политики их применения, а также должны быть пересмотрены продолжительность лечения и режимы дозирования АП в соответствии со структурой резистентности. Целесообразно проводить исследования для определения наиболее активного препарата в группах антибиотиков для контроля за развитием резистентности.

«Мифы» об антибиотиках

1. Все антибактериальные препараты являются антибиотиками .

Кроме антибиотиков существуют полностью синтетические антибактериальные средства (сульфаниламиды, нитрофурановые препараты и др.). Такие лекарства, как бисептол, фурацилин, фуразолидон, метронидазол, палин, нитроксолин, невиграмон, не являются антибиотиками. Они отличаются от истинных антибиотиков механизмами воздействия на микробов, а также по эффективности и общему воздействию на организм человека.