Контакты
Главная / Синдромы

Лекарственная устойчивость микроорганизмов. Механизмы лекарственной устойчивости возбудителей инфекционных болезней

Лекарственная устойчивость

– это природная или приобретенная способность возбудителя болезни сохранять жизнедеятельность при воздействии на него лекарственных средств.

Развитие у микроорганизмов устойчивости к используемым для борьбы с ними препаратам является одним из проявлений фундаментального биологического свойства всех живых организмов – приспособляемости к изменениям условий внешней среды. Данное явление было описано вскоре после появления первых антибактериальных лекарственных средств.

Лекарственная устойчивость развивается при неправильном применении антибиотиков, в результате чего могут возникнуть осложнения как со стороны макроорганизма, так и нежелательные изменения микроорганизма.
Возможные осложнения со стороны макроорганизма:


  1. Развитие аллергических явлений.
Некоторые антибиотики, введенные в организм больного, вызывают состояние повышенной чувствительности, нарастающее по мере применения препарата.

  1. Реакция обострения (феномен Герца - Геймера).
Заключается в развитии явлений общей интоксикации при активной антибактериальной терапии в результате высвобождения эндотоксина при массовой гибели микробов.

  1. Нарушение формирования полноценного иммунитета после перенесенного заболевания в результате антибиотикотерапии, что приводит к рецидивам и повторным заболеваниям.

  2. Дисбактериозы. Наблюдаются в результате применения антибиотиков широкого спектра действия, которые подавляют рост не только патогенных микроорганизмов, но и представителей чувствительной к ним нормальной микрофлоры.

  3. Прямые токсические (органотропные) реакции.
В случае применения цефалоспориновых антибиотиков частым побочным эффектом является их нефротоксичность. Тетрациклины могут вызвать гепатотоксические осложнения, нарушение функции почек, оказывают раздражающее действие на слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта, угнетают активность ряда пищеварительных ферментов. Аминогликозиды дают ототоксический и нефротоксичсский побочный эффект.
Большинство антибиотиков бактериального происхождения настолько токсично, что они применяются только местно: грамицидин С при парентеральном введении вызывает гемолиз и поэтому используется в виде полосканий, орошений, мазей и т. д. Противоопухолевые антибиотики вызывают много тяжелых реакций, связанных с угнетением кроветворения, нарушением функции желудочно-кишечного тракта.

6. Влияние антибиотиков на развитие плода.

Побочное действие антибиотиков на плод может развиваться в соответствии с их органотропным эффектом. Наибольшее опасение вызывает возможность тератогенного действия антибиотиков. Дефекты развития плода могут быть обусловлены повреждением организма матери, воздействием антибиотиков на сперматозоиды, изменениями функционирования плаценты и даже прямым действием на метаболизм плода. Так, антибиотики группы тетрациклина оказывают прямое влияние на организм плода.

Развитие устойчивости микроорганизмов к применяемым препаратам.

Проблема лекарственной устойчивости микробов является одной из важнейших в современной практической медицине. Наличие лекарственно-устойчивых форм микробов затрудняет лечение больных инфекционными заболеваниями. Устойчивость к антибиотикам является наследуемым признаком. У некоторых бактерий обнаружена множественная лекарственная устойчивость.

При рассмотрении проблемы лекарственной устойчивости в медицинском аспекте следует учитывать специфику условий, в которых осуществляется постоянное взаимодействие микро- и макроорганизма. При широком и практически неконтролируемом применении антибиотиков в организме создаются условия, способствующие селекции резистентных форм бактерий. Показано экспериментально и подтверждено зпидемиологическими наблюдениями, что в этих условиях возможен и генетический обмен детерминантами устойчивости, особенно устойчивости внехромосомной. Одним из примеров является выделение высокорезистентных кишечных палочек - нормальных обитателей кишечника, которые передают резистентность чувствительным патогенным и условнопатогенным энтеробактериям.

Распространение устойчивых патогенных энтсробактерий создает условия, благоприятствующие поддержанию вяло текущих, хронических процессов. Это относится и к стафилококковым инфекциям.

К числу факторов, расширяющих возможности распространения лекарственно-устойчивых бактерий в естественной среде, относится применение антибиотиков в животноводстве с целью стимуляции роста - привеса животных. Поэтому в качестве одной из основных мер ограничения дальнейшего распространения лекарственной устойчивости предусматривается разделение антибиотиков и некоторых препаратов на лечебные, применяемые в медицинской практике, и те, которые могут быть использованы в животноводстве.

Меры предупреждения распространения лекарственной устойчивости среди бактерий:

1) применение химиотерапевтического препарата на данной территории в течение не более 3 лет;

2) смена и комбинирование лекарственных веществ;

3) лечение в соответствии с чувствительностью бактерий к данному препарату, определяемой в лабораторных условиях;

4) создание и применение препаратов, способных избирательно накапливаться в той или другой ткани.

Борьба с лекарственной устойчивостью

Для борьбы с лекарственной устойчивостью , т. е. преодоления резистентности микроорганизмов к химиопрепаратам, существует несколько путей :

Создание новых химиотерапевтических средств , отличающихся механизмом антимикробного действия (например, созданная в последнее время группа химиопрепаратов – фторхинолоны) и мишенями,

Постоянная ротация (замена) используемых в данном лечебном учреждении или на определенной территории химиопрепаратов (антибиотиков),

Комбинированное применение бета-лактамных антибиотиков в комбинации с ингибиторами бета-лактамаз (клавулановая кислота, сульбактам, тазобактам),

И главное – соблюдение принципов рациональной химиотерапии .

Принципы рациональной химиотерапии , к сожалению, очень часто не соблюдаются, хотя достаточно просты и состоят в следующем :

химиотерапия должна назначаться строго по показаниям , т. е. только в тех случаях, когда без нее нельзя обойтись,

химиотерапия должна назначаться с учетом противопоказаний, например, повышенной чувствительности или аллергической реакции к препаратам той или иной группы. Выбор препарата для химиотерапии может проводиться в различных вариантах возникающих ситуаций.

При этиологически расшифрованных заболеваниях выбор препарата должен определяться с учетом чувствительности возбудителя (антибиотикограмма), выделенного от данного конкретного больного в результате бактериологического исследования.

При выделении возбудителя без определения его чувствительности к химиопрепаратам, или при эмпирической инициальной химиотерапии заболевания с не идентифицированным, но предполагаемым возбудителем выбор препарата для химиотерапии должен основываться на показателях антибиотикочувствительности соответствующих микроорганизмов – наиболее вероятных возбудителей данной нозологической формы заболевания по данным литературы, или при ориентации на данные о региональной чувствительности тех или иных инфекционных агентов-возбудителей данного заболевания.

лечение должно проводиться строго по схеме , рекомендованной для выбранного химиопрепарата (способ и кратность введения препарата, длительность лечения), а также с учетом коэффициента увеличения концентрации препарата в целях создания эффективных концентраций препарата непосредственно в органах и тканях (примерно 4 МПК – минимальная подавляющая концентрация , определенная, по возможности, методом серийных разведений).

Длительность приема химиопрепаратов должна составлять как минимум 4–5 дней в целях профилактики формирования устойчивости возбудителя к данному препарату, а также формирования бактерионосительства.

При дерматомикозе, кандидозе и трихомониазе влагалища с целью предупреждения рецидивов лечение продолжают в течение 2–4 недель после исчезновения симптомов заболевания.

химиотерапию желательно дополнить применением средств, способствующих повышению активности защитных механизмов макроорганизма (принцип иммунохимиотерапии ).

Весьма эффективны при проведении химиотерапии комбинации препаратов с различными механизмами и спектром действия. Например, в настоящее время в гинекологической практике в России широко используется для местного лечения вагинитов неясной этиологии препарат полижинакс, представляющий собой комбинацию неомицина, полимиксина и нистатина.

Кроме того, при эмпирической терапии, т. е. при неизвестной чувствительности возбудителей, желательно комбинировать препараты с взаимодополняющим спектром действия – для расширения спектра действия фторхинолонов на анаэробы и простейшие во многих случаях рекомендуется их комбинация с метронидазолом (трихополом), обладающим бактерицидным действием по отношению к этим микроорганизмам.

Однако при комбинированном применении препаратов необходимо учитывать несколько факторов :

лекарственную совместимость предполагаемых к совместному использованию химиопрепаратов. Например, совместное назначение тетрациклинов с пенициллинами противопоказано, так как тетрациклины уменьшают бактерицидное действие пенициллинов;

Возможность того, что препараты, содержащие одно и то же вещество в качестве активного действующего начала, могут носить различные торговые названия , так как выпускаются разными фирмами и могут быть дженериками (препаратами, производимыми по лицензии с оригинала) одного и того же химиопрепарата. Например, комбинированный препарат из сульфаниламидов и триметоприма – котримоксазол, в странах СНГ больше известен как бисептол или бактрим, а один из фторхинолонов – ципрофлоксацин известен в СНГ и широко применяется в практике как ципробай, цифран, квинтор, неофлоксацин;

Комбинированное применение антибиотиков повышает риск развития дисбаланса нормальной микрофлоры.

Развитие устойчивости бактерий к антибиотикам

Бактерии – это самая распространенная форма жизни на нашей планете, продемонстрировавшая невероятную неприхотливость в выборе среды обитания. Они могут быть обнаружены всюду: и в вечных льдах Антарктиды и кипящих источниках на дне океан, в кислой среде желудка и в щелочных источниках, внутри атомных реакторов и в безжизненных соляных озерах. Их огромная численность, удивительная пластичность генетического материала, а так же способствовать обмениваться генетической информацией между совершенно разными видами, открыли бактериям путь к бесконечной адаптации. Поэтому мы не должны удивляться тому, что микроорганизмы развивают механизмы устойчивости к любому оружию, которое человечество разрабатывает против них.
В настоящее время стало ясно, что интенсивное и длительное использование и злоупотребление антибиотиками в человеческой (Cabello, 2006), ветеринарной (Aarestrup, 2005) медицине и сельском хозяйстве (McManus et al., 2002) спровоцировало появление и распространение высокорезистентных к антибиотикам бактерий.
Люди и их творения – это всего лишь крошечная строчка в огромном томе жизни бактерий, где антимикробные средства не более чем одна из проблем, которую бактерии должны решить, чтобы выжить на Земле. Таким образом, микробы являются простыми зрителями, наблюдающими за успехом своих адаптаций. Они легко могут использовать свои генетические механизмы, чтобы увеличить скорость адаптации. Бактерии могут развить резистентность к антибиотикам посредством нескольких механизмов, например путем мутации тех участков, на которые действует антибиотик, или путем изменения проницаемости клеточной мембраны или при помощи горизонтального переноса генов устойчивости к антибиотикам (Livermore, 2003; Andersson, 2003).
Первые исследования резистентности бактерий к различным веществам были проведены еще в 40-х годах. Тогда было показано, что при действии на бактерий смертельного для них вещества, происходит селекция по уже существующим среди бактерий устойчивых штаммов (Newcombe, 1949).

В настоящее время ученые придерживаются нескольких теорий:

  1. Антибиотик, воздействуя на популяцию бактерий, приводит к так называемой SOS-реакции и увеличению среди них количества часто мутирующих форм (бактерии мутаторы или гипермутаторы). У мутаторов смертность высокая, но и выше шанс «полезной» мутации и таким образом, эволюция происходит ускоренными темпами. В конце концов возникает штамм устойчивый к антибиотику. Но помимо того, что возникает резистентность к воздействующему антибиотику, из-за повышенной частоты мутаций, могут возникать штаммы с устойчивостью к совершенно другим антибиотикам и появляются бактерии устойчивые ко множеству антибиотиков (Ciofu et al., 2009).
  2. Некоторые антибиотики сами являются сильными мутагенами и увеличивают частоту мутаций, посредством например окислительных повреждений ДНК, разбалансировкой нуклеотидного пула и другими стрессовыми механизмами. В добавок к мутациям, субингибирующие дозы антибиотиков способны стимулировать процесс рекомбинации (Lopez et al., 2009). Таким образом, организм человека, животных и окружающая среда в целом, подвергающиеся воздействию малых доз антибиотиков являются горячими точками бактериальных мутаций и рекомбинаций, которые ответственны за увеличение фенотипического разнообразия и особенно за возникновение, поддержание и распространение резистентности к антибиотикам.
  3. В добавок к мутациям существуют и другие механизмы повышающие генетическое разнообразие бактерий. К ним относится интрагеномная реорганизация геномных сиквенсов и горизонтальный перенос генов. Оба механизма играют важную роль в эволюции и адаптациях бактерий. Но большинство антибиотикорезистентных штаммов возникло за счет горизонтального переноса генов и плазмид устойчивости к антибиотикам от других бактерий (Binnewies et al., 2006).

В настоящее время все большее беспокойство вызывает тот факт, что сублетальные дозы антибиотиков могут провоцировать появление не только слаборезистентных, но и высокорезистентных штаммов бактерий. Большое количество антибиотикорезистентных бактерий выделенных из животных, которые обитали в относительно нетронутой окружающей среде, может быть объяснено попаданием очень малых доз антибиотиков (Gullberg et al., 2011). К тому же, воздействие малых доз антибиотиков может приводить и к другим нежелательным последствиям, таким как изменение вирулентности (повышение).
Концентрация антибиотиков в окружающей среде сильно варьирует в зависимости от типа среды и условий. Выбросы фармацевтических производств и сточные воды больничных учреждений могут содержать очень большое их количество до нескольких мг на мл. В водной и почвенной среде эти значения гораздо ниже.
В целом антибиотикорезистентность очень многогранная проблема, связанная с такими дисциплинами как медицина, генетика, микробиология, эпидемиология и социология. В конечном счете антибиотикорезистентность бактерий – это неизбежное следствие эволюционного процесса жизни. Если люди не поймут этого, то будут обречены на ожесточенную борьбу против эволюции, как и происходит до сих пор (Rodriguez-Rojas et al., 2012).

На рис. 1. представлена схема, которая показывает, что если исходная, чувствительная к антибиотикам популяция бактерий, сталкивается с высокими концентрациями антибиотика, которые значительно превышают минимальную подавляющую концентрацию (МИК), то тогда будет происходить селекция и увеличение количества высоко устойчивых к антибиотикам бактерий, существующих в популяции изначально. В другом случае, когда бактериальная популяция подвергается воздействию антибиотика в концентрациях, значительно меньших чем МИК, то благодаря всему разнообразию описанных механизмов (мутагенез, рекомбинация, горизонтальный перенос генов), произойдет увеличение генетического разнообразия такой популяции, повышая шансы к развитию как высоко так и слабо антибиотикорезистентных форм бактерий. В обоих случаях повышается частота бактерий мутаторов, из которых возникают новые антибиотикорезистентные штаммы (Rodríguez-Rojas, 2013).
А вот взгляд на проблему отечественного ученого, Константина Северинова, заведующего лабораториями в Институте микробиологии им. Ваксмана (Университет Рутгерс, США) и Институтах молекулярной генетики и биологии гена РАН (Москва)
«Здание института, в котором я работаю, было построено на средства, полученные от продажи компании Merck патента на стрептомицин. Этот антибиотик, выделенный из почвенной бактерии первым директором нашего института Зельманом Ваксманом в 1940-е годы, стал первым эффективным лекарством от туберкулеза. Открытие было отмечено Нобелевской премией и ознаменовало начало «золотого века» антибиотиков (B.Lee Ligon-Borden, 2003).
Ваксман организовывал многочисленные экспедиции, целью которых был сбор образцов почвы в разных уголках земного шара. Затем его сотрудники выделяли из образцов штаммы почвенных микробов, служившие источником новых антибактериальных веществ. В подвалах института в доисторических морозильных камерах до сих пор хранятся полученные ими культуры, только никто уже не знает, что они из себя представляют. Ведь теперь, несмотря на старое название, здесь изучают раковые клетки, мух, червей и растения. Микробы вышли из моды.
А тогда, в 1950-е, все крупные фармацевтические компании включились в гонку за «магическими лекарственными пулями». Сотрудники фармацевтических гигантов вроде Merck, Lilly и Glaxo подписывали обязательства собирать образцы почв в тех местах, где они проводили свои отпуска, и сдавать их в корпоративные микробиологические лаборатории. И результаты не заставили себя ждать. Очень скоро были открыты многие из тех антибиотиков, которые мы используем по сей день. Поскольку инфекционные заболевания - такие, как туберкулез или сифилис, - были настоящим бичом даже в развитых странах, антибиотики вводились в медицинскую практику по теперешним меркам почти мгновенно, часто без достаточных испытаний на безопасность. Одним из распространенных побочных эффектов некоторых из них была глухота, но это была малая плата за победу над заболеваниями, которые еще совсем недавно были смертельными.
Будущее виделось в светлых тонах. Казалось, что инфекционные заболевания, вызванные бактериями, скоро будут побеждены. Правда, вскоре после начала применения того или иного антибиотика врачи стали отмечать, что лечение срабатывает не всегда: некоторые бактерии стали устойчивы к антибиотику. Впрочем, случаи эти были редки, а количество новых антибиотиков, которые ученые доставали буквально из земли, стремительно росло. Затем стало ясно, что находить новые антибиотики становится все сложнее. Раз за разом исследователи выделяли одни и те же, уже известные вещества. Доходило до смешного: выделенный Ваксманом гризин оказался идентичным альбомицину, найденному советским ученым Генрихом Гаузе. Это дало повод Ваксману написать статью в журнале Science под названием «Наказание за изоляционизм», призвавшую к объединению усилий для поиска лекарств, от которых должно выиграть все человечество. Масштабные усилия врачей, прививки и, разумеется, антибиотики сделали инфекционные болезни в развитых странах во многом воспоминанием прошлого, по крайней мере, для среднего класса. Интерес к гонке за новыми антибиотиками стал стремительно падать. Появились другие проблемы: рак, диабет, сердечно-сосудистые заболевания, СПИД, медицинские проблемы, связанные с резко увеличившейся продолжительностью жизни. Развитие генной инженерии позволило фармкомпаниям разрабатывать новые - часто очень дорогие - средства для лечения редких, нишевых заболеваний.
Антибиотики же относительно дешевы, а люди, которые в них нуждаются больше всего, не создают платежеспособного спроса. Тем не менее большинство антибиотиков, открытых в 1950-60-е годы, активно используются, причем не только в медицине, но и в сельском хозяйстве, ведь если их добавить в корм скоту и птице, то увеличиваются привесы, а следовательно, и прибыли. К сожалению, это также приводит к тому, что все большее количество антибиотиков попадает в окружающую среду.
Конечно, и Ваксман, и Флемминг, обнаруживший пенициллин, являются первооткрывателями ничуть не более, чем открывший Америку Колумб. Миллиарды лет антибиотики используются бактериями и микроскопическими грибами для «общения» друг с другом. Бактериальные сообщества удивительно сложны и многообразны. Коммуникация между микробами осуществляется путем обмена различными химическими веществами. При неблагоприятных внешних условиях, например при недостатке пищи, некоторые микроорганизмы начинают производить вещества, которые убивают их соседей. Очевидно, что это очень полезное свойство, так как пищи на всех не хватает, а погибшим соседом вполне можно закусить. Когда люди начали широко использовать антибиотики, они просто воспользовались бактериальным ноу-хау для своих целей.
Очевидно, что бактерия, которая производит антибиотик, должна быть устойчива к его действию, иначе она сама же станет первой его жертвой. И действительно, все бактерии, производящие антибиотики, имеют специальные гены, обеспечивающие высокий уровень устойчивости.
Широкое использование антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве могло бы, казалось, привести к глобальному уменьшению количества бактерий. Но этого не произошло. И причина здесь как раз в упомянутых генах устойчивости. Оказалось, что бактерии обладают удивительным свойством - способностью к так называемому горизонтальному переносу генов, в ходе которого они активно передают гены не своему потомству (это был бы вертикальный перенос, характерный для нас), а другим, неродственным бактериям. При определенных условиях горизонтальный перенос генов в бактериальных популяциях происходит со скоростью лесного пожара и особенно характерен для генов, которые отвечают за устойчивость к антибиотикам.
В естественных условиях гены устойчивости встречаются нечасто - именно этот факт предопределил успех антибиотиков в качестве лекарств. Однако там, где концентрация антибиотиков высока, подобные гены распространены гораздо шире. Просто потому, что бактерии проходят отбор на выживание. Прежде всего, речь идет о больницах. Вот тут-то и возникает проблема, которая в недалеком будущем грозит свести на нет современные достижения медицины, так что мы снова сможем сопереживать героиням Чехова и Ремарка, людям, умирающим от неизлечимых болезней.
Долговременное применение разнообразных антибиотиков в больничных стационарах привело к появлению «супермикробов» - бактерий, которые накопили множественные гены устойчивости за счет горизонтального переноса и стали одновременно устойчивы ко всем известным антибиотикам (Huo, 2010). Даже если человек обратился в больницу по какому-нибудь мелкому поводу - обследование, анализы, незначительная операция, - заражение таким микробом может стать приговором, особенно если работа иммунной системы подавлена. Антибиотики оказываются не в силах остановить инфекцию.
Во многих больницах поселились, или вернее, были нечаянно выведены, свои собственные, эндемичные супермикробы. Например, в Пресвитерианском госпитале Колумбийского университета проживает бактерия Клебсиелла с множественной лекарственной устойчивостью (Nguyen et al., 2010). Заражение этой бактерией для пациентов с ослабленной иммунной системой с большой вероятностью приводит к смертельному исходу.
Люди, которые проходили лечение в колумбийском госпитале, представляют реальную опасность для пациентов других больниц, так как могут являться носителями супермикроба. И несмотря на все предосторожности и карантины, время от времени просачивается информация о новых заражениях (Gupta, 2002). Недавно колумбийский микроб попал в исследовательский госпиталь в Вашингтоне и привел к гибели нескольких пациентов.
К сожалению, какие бы меры ни принимали врачи, бактерии с множественной лекарственной устойчивостью будут встречаться все чаще и чаще. Мы сами во многом этому способствуем - бесконтрольным применением антибиотиков в сельском хозяйстве, при лечении вирусных заболеваний и т.д. Фактически, производится направленный (хоть и не преднамеренный) отбор устойчивых бактерий. Поэтому совершенно не кажется невероятным, что в 2050 году, сто лет спустя после широкого внедрения антибиотиков в медицинскую практику, люди будут умирать от заражений, вызванных самыми обычными микроорганизмами. Просто наши лекарства перестанут на эти микроорганизмы действовать.
Чтобы этот мрачный сценарий не стал реальностью, необходимо, во-первых, принципиально изменить практику использования имеющихся антибиотиков, а во-вторых, активизировать поиски новых. Развитие молодой науки геномики показало, что количество и разнообразие микроорганизмов на нашей планете неизмеримо велико и лишь ничтожная их часть может быть выделена методами классической микробиологии, которыми пользовался, скажем, Зельман Ваксман. Возможно, анализ последовательностей ДНК таких неспособных к росту в лабораторных условиях микроорганизмов позволит выделить гены, кодирующие новые антибиотики, и решить проблему».

По материалам сайта www.kvadro-bioteh.ru

Литература:

  1. B.Lee Ligon-Borden, Biography: Selman A. Waksman, PhD (1888-1973): Pioneer in development of antibiotics and Nobel Laureate // Seminars in Pediatric Infectious Diseases, Volume 14, Issue 1, January 2003, Pages 60-63
  2. Alexandro Rodríguez-Rojas, Jerónimo Rodríguez-Beltrán, Alejandro Couce, Jesús Blázquez, Antibiotics and antibiotic resistance: A bitter fight against evolution // International Journal of Medical Microbiology 303 (2013) 293– 297.
  3. Aarestrup, F.M., 2005. Veterinary drug usage and antimicrobial resistance in bacteria of animal origin. Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 96, 271–281.
  4. Cabello, F.C., 2006. Heavy use of prophylactic antibiotics in aquaculture: a growing problem for human and animal health and for the environment. Environ. Microbiol. 8, 1137–1144.
  5. McManus, P.S., Stockwell, V.O., Sundin, G.W., Jones, A.L., 2002. Antibiotic use in plant agriculture. Annu. Rev. Phytopathol. 40, 443–465.
  6. Livermore, D.M., 2003. Bacterial resistance: origins, epidemiology, and impact. Clin. Infect. Dis. 36, S11–S23.
  7. Andersson, D.I., 2003. Persistence of antibiotic resistant bacteria. Curr. Opin. Microbiol. 6, 452–456.
  8. Newcombe, H.B., 1949. Origin of bacterial variants. Nature 164, 150.
  9. Ciofu, O., Mandsberg, L.F., Bjarnsholt, T., Wassermann, T., Hoiby, N., 2009. Genetic adaptation of Pseudomonas aeruginosa during chronic lung infection of patients with cystic fibrosis: strong and weak mutators with heterogeneous genetic backgrounds emerge in mucA and/or lasR mutants. Microbiology 156, 1108–1119.
  10. E. Lopez, J. Blazquez, Effect of subinhibitory concentrations of antibiotics on intrachromosomal homologous recombination inEscherichia coli // Antimicrob. Agents Chemother., 53 (2009), pp. 3411–3415
  11. T.T. Binnewies, Y. Motro, P.F. Hallin, O. Lund, D. Dunn, T. La, D.J. Hampson, M. Bellgard, T.M. Wassenaar, D.W. Ussery, Ten years of bacterial genome sequencing: comparative-genomics-based discoveries // Funct. Integr. Genomics, 6 (2006), pp. 165–185
  12. E. Gullberg, S. Cao, O.G. Berg, C. Ilback, L. Sandegren, D. Hughes, D.I. Andersson Selection of resistant bacteria at very low antibiotic concentrations // PLoS Pathog., 7 (2011), p. e1002158
  13. A. Rodriguez-Rojas, A. Oliver, J. Blazquez, Intrinsic and environmental mutagenesis drive diversification and persistence ofPseudomonas aeruginosa in chronic lung infections // J. Infect. Dis., 205 (2012), pp. 121–127
  14. Teh-Ia Huo, The First Case of Multidrug-resistant NDM-1-harboring Enterobacteriaceae in Taiwan: Here Comes the Superbacteria! // Journal of the Chinese Medical Association, Volume 73, Issue 11, November 2010, Pages 557-558
  15. Nguyen M, Eschenauer GA, Bryan M, O"Neil K, Furuya EY, Della-Latta P, Kubin CJ., Carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae bacteremia: factors correlated with clinical and microbiologic outcomes. // Diagn Microbiol Infect Dis. 2010; 67(2):180-4.
  16. Gupta A., Hospital-acquired infections in the neonatal intensive care unit--Klebsiella pneumoniae // Semin Perinatol. 2002 Oct;26(5):340-5.

Под устойчивостью микробов к антибактериальному препарату понимают сохранение способности размножаться при таких концент­рациях этого препарата, которые создаются при введении в организм

терапевтических доз.

Типы антибиотикоустойчивости:

1) природная, свойственная данному виду микробов;

2) приобретенная: а) первичная; б) вторичная.

1) Природная устойчивость обусловлена свойствами данного ви­да микробов и механизмом действия антибиотика Например, устой­чивость грамотрицательных палочек к бензилпенициллину или грибов - к антибактериальным препаратам.

2) Приобретенная устойчивость. Устойчивость называют приоб­ретенной в тех случаях, когда появляются варианты устойчивых мик­робов, принадлежащих к виду, по природе своей чувствительному к данному антибиотику. Например, появление стафилококков, устой­чивых к пенициллину.

Первичной называют устойчивость, которая обнаруживается с са­мого начала болезни, так как произошло заражение антибиотикоустойчивым возбудителем. Вторичная устойчивость развивается в те­чение болезни.

Генетические механизмы антибиотикорезистентности: 1) хромосомная и 2) плазмидная.

1) Хромосомная антибиотикорезистентность. В популяции чувс­твительных бактерий появляются единичные клетки-мутанты, устой­чивые к данному антибиотику, причем это происходит не под дейс­твием антибиотика Обычно мутанты в отсутствие антибиотика че­рез какое-то время погибают. Если же популяция подвергается дей­ствию антибиотика, то чувствительные бактерии погибают, а устой­чивые выживают и дают начало резистентной популяции, то есть происходит селекция.

2) Плазмидная антибиотикорезистентность связана с R-плазмидами. Это обычно множественная устойчивость, сразу к нескольким антибиотикам. R-плазмиды могут передаваться бактериям тогЪ же вида или другого вида или даже рода. Например, дизентерийные бактерии могут стать устойчивыми к нескольким антибиотикам, получив R-плазмиду от дизентерийных или от кишечных палочек путем рекомбинации.

Фенотипические проявления антибиотикорезистентности. Устой­чивость бактерий к антибиотикам реализуется за счет следующих ме­ханизмов:

1) образование специфических ферментов, разрушающих данный антибиотик. Так фермент р-лактамаза разрушает р-лактамное кольцо пенициллинов и цефалоспоринов. Этот фермент продуцируют стафило­кокки с приобретенной резистентностью к пенициллину. Устойчивость к левомицетину и аминогликозидам связана с продукцией ферментов трансфераз;

2) снижение проницаемости клеточной стенки для данного анти­биотика, например, для тетрациклина, или нарушение транспортного механизма цитоплазмагической мембраны;

3) формирование обходного пути метаболизма взамен поврежден­ного антибиотиком;

4) изменение структуры мишени действия антибиотика;

5) превращение бактерий в L-формы, лишенные клеточной стен­ки, но способные к реверсии, то есть к обратному превращению в обыч­ные формы.

Устойчивость микробов к антибиотикам в клинике имеет важное значение, так как снижает эффективность лечения. Само по себе воз­никновение хромосомных мутаций и R-плазмид не связано с открытием антибиотиков и внедрением их в практику. Но антибиотики играют роль фактора отбора устойчивых микробов. Поэтому бесконтрольное, неоправданное, без соответствующих показаний, применение антиби­отиков способствует массовой селекции и распространению антибиотикорезистентных бактерий. Кроме того, этому способствует примене­ние антибиотиков в животноводстве и птицеводстве с целью ускоре­ния роста животных и птиц.

Преодоление и предупреждение развития лекарственной устойчивос­ти. Для ограничения распространения лекарственноустойчивых бак­терий и повышения эффективности лечения применяются следующие меры:

Получение новых антибиотиков с иным механизмом действия;

Лечение больных с учетом чувствительности возбудителей к ан­тибиотикам;

Применение для лечения сочетания антибиотиков с разным меха­низмом действия;

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.

№ 42 Механизмы лекарственной устойчивости возбудителей инфекционных болезней. Пути ее преодоления.
Антибиотикорезистентность - это устойчи­вость микробов к антимикробным химиопрепаратам. Бактерии следует считать резистент­ными, если они не обезвреживаются такими концентрациями препарата, которые реально создаются в макроорганизме. Резистентность может быть природной и приобретенной.
Природная устойчивость . Некоторые виды микробов природно ус­тойчивы к определенным семействам антиби­отиков или в результате отсутствия соответс­твующей мишени (например, микоплазмы не имеют клеточной стенки, поэтому не чувстви­тельны ко всем препаратам, действующим на этом уровне), или в результате бактериальной непроницаемости для данного препарата (на­пример, грамотрицательные микробы менее проницаемы для крупномолекулярных соеди­нений, чем грамположительные бактерии, так как их наружная мембрана имеет «маленькие» поры).
Приобретенная устойчивость . Приобретение резистентности - это биологическая закономерность, связанная с адаптацией микроорганизмов к условиям внешней среды. Она, хотя и в разной степени, справедлива для всех бактерий и всех анти­биотиков. К химиопрепаратам адаптируются не только бактерии, но и остальные микро­бы - от эукариотических форм (простейшие, грибы) до вирусов. Проблема формирования и распространения лекарственной резистен­тности микробов особенно значима для внутрибольничных инфекций, вызываемых так называемыми «госпитальными штаммами», у которых, как правило, наблюдается множес­твенная устойчивость к антибиотикам (так называемая полирезистентность).
Генетические основы приобретенной резис­тентности . Устойчивость к антибиотикам определяется и поддерживается генами резистентности (r -генами) и условиями, способствующими их распространению в микробных популяциях. Приобретенная лекарственная устойчивость может возникать и распространяться в попу­ляции бактерий в результате:
мутаций в хромосоме бактериальной клетки с последующей селекцией (т. е. отбором) му­тантов. Особенно легко селекция происходит в присутствии антибиотиков, так как в этих условиях мутанты получают преимущество перед остальными клетками популяции, ко­торые чувствительны к препарату. Мутации возникают независимо от применения анти­биотика, т. е. сам препарат не влияет на час­тоту мутаций и не является их причиной, но служит фактором отбора. Далее резистентные клетки дают потомство и могут передаваться в организм следующего хозяина (человека или животного), формируя и распространяя ре­зистентные штаммы. Мутации могут быть: 1) единичные (если мутация произошла в одной клетке, в результате чего в ней синтезируются измененные белки) и 2) множественные (се­рия мутаций, в результате чего изменяется не один, а целый набор белков, например пенициллинсвязывающих белков у пенициллин-резистентного пневмококка);
переноса трансмиссивных плазмид резис­тентности ( R -плазмид). Плазмиды резистен­тности (трансмиссивные) обычно кодируют перекрестную устойчивость к нескольким семействам антибиотиков. Впервые такая множественная резистентность была описа­на японскими исследователями в отношении кишечных бактерий. Сейчас показано, что она встречается и у других групп бактерий. Некоторые плазмиды могут передаваться меж­ду бактериями разных видов, поэтому один и тот же ген резистентности можно встретить у бактерий, таксономически далеких друг от друга. Например, бета-лактамаза, кодируемая плазмидой ТЕМ-1, широко распространена уграмотрицательных бактерий и встречается укишечной палочки и других кишечных бактерий, а также у гонококка, резистентного кпенициллину, и гемофильной палочки, резис­тентной к ампициллину;
переноса транспозонов, несущих r -гены (или мигрирующих генетических последова­тельностей). Транспозоны могут мигрировать с хромосомы на плазмиду и обратно, а также с плазмиды на другую плазмиду. Таким образом, гены резистентности могут передаваться да­лее дочерним клеткам или при рекомбинации другим бактериям-реципиентам.
Реализация приобретенной устойчивости . Изменения в геноме бактерий приводят к тому, что меняются и некоторые свойства бактериальной клетки, в результате чего она становится устойчивой к антибактериальным препаратам. Обычно антимикробный эффект препарата осуществляется таким образом: агент должен связаться с бактерией и прой­ти сквозь ее оболочку, затем он должен быть доставлен к месту действия, после чего пре­парат взаимодействует с внутриклеточными мишенями. Реализация приобретенной ле­карственной устойчивости возможна на каж­дом из следующих этапов:
модификация мишени. Фермент-мишень может быть так изменен, что его функции не нарушаются, но способность связываться с химиопрепаратом (аффинность) резко сни­жается или может быть включен «обходной путь» метаболизма, т. е. в клетке активируется другой фермент, который не подвержен дейс­твию данного препарата.
«недоступность» мишени за счет сниже­ния проницаемости клеточной стенки и кле­точных мембран или «эффлюко»- механизма, когда клетка как бы «выталкивает» из себя антибиотик.
инактивация препарата бактериальными ферментами. Некоторые бактерии способны продуцировать особые ферменты, которые де­лают препараты неактивными (например, бета-лактамазы, аминогликозид-модифицирующие ферменты, хлорамфениколацетилтрансфераза). Бета-лактамазы - это ферменты, разруша­ющие бета-лактамное кольцо с образованием неактивных соединений. Гены, кодирующие эти ферменты, широко распространены среди бактерий и могут быть как в составе хромосо­мы, так и в составе плазмиды.
Для борьбы с инактивирующим действием бета-лактамаз используют вещества - ин­гибиторы (например, клавулановую кисло­ту, сульбактам, тазобактам). Эти вещества содержат в своем составе бета-лактамное кольцо и способны связываться с бета-лактамазами, предотвращая их разрушитель­ное действие на бета-лактамы. При этом собственная антибактериальная активность таких ингибиторов низкая. Клавулановая кислота ингибирует большинство известных бета-лактамаз. Ее комбинируют с пенициллинами: амоксициллином, тикарциллином, пиперациллином.
Предупредить развитие антибиотикорезистентности у бактерий практически не­возможно, но необходимо использовать антимикробные препараты таким образом, чтобы не способствовать развитию и рас­пространению устойчивости (в частности, применять антибиотики строго по показа­ниям, избегать их использования с профи­лактической целью, через 10-15 дней антибиотикотерапии менять препарат, по воз­можности использовать препараты узкого спектра действия, ограниченно применять антибиотики в ветеринарии и не использо­вать их как фактор роста).