Резистентность микрорганизмов к антибиотикам

Под резистентностью микроорганизмов к антибактериальным средствам понимают сохранение их способности к размножению в присутствии таких концентраций этих веществ, которые создаются при введении терапевтических доз.

Еще в начале развития химиотерапии при изучении действия трипанового синего на трипаносомы П. Эрлих замечал появление резистентных форм микроорганизмов к данному красителю. По мере расширения арсенала химиопрепаратов увеличивалось число сообщений о таких наблюдениях. Так, после начала ши­рокого применения сульфаниламидных препаратов было отмече­но появление многочисленных штаммов бактерий, которые легко выдерживали терапевтические концентрации данных препаратов.

Антибиотикорезистентные бактерии возникли и стали распро­страняться сразу после внедрения антибиотиков в клиническую практику. Как тревожный сигнал прозвучали сообщения о появлении и распространении пенициллинорезистентных стафилококков. В настоящее время повсеместно возрастает число лекар­ственно-устойчивых форм бактерий. Так, частота обнаружения пенициллиноустойчивых стафилококков доходит до 90—98 %, стрептомициноустойчивых — 60—70 % и выше, резистентность шигелл к ампициллину достигает 90 % и более, к тетрациклину и стрептомицину — 54 % и т. д. Устойчивость к антибиотикам чаще возникает у бактерий, реже у других микроорганизмов (спирохет, риккетсий, хламидий, микоплазм, дрожжеподобных грибов).

Механизмы резистентности микроорганизмов к антибиотикам и другим химиотерапевтическим препаратамсложны и разнооб­разны. Главным образом они связаны со следующими причи­нами:

1) превращением активной формы антибиотика в неактив­ную форму путем ферментативной инактивации и модификации;

2) утратой проницаемости клеточной стенки для определенного химиотерапевтического препарата;

3) нарушениями в системе специфического транспорта данного препарата в бактериальную клетку;

4) возникновением у микроорганизмов альтернативного пути образования жизненно важного метаболита, заменяющего основной путь, блокированный препаратом.

Типы устойчивости бактерий к антибиотикам

Механизмы резистентности могут быть подразделены на пер­вичные и приобретенные.

К первичным механизмам относятся те, которые связаны с отсутствием «мишени» для действия данного препара­та; к приобретенным — изменением «мишени» в результате модификаций, мутаций, рекомбинаций. В первом случае речь идет о естественной (видовой) резистентности, например у микоплазм к пенициллину из-за отсутствия у них клеточной стенки. Однако чаще всего резистентность к химиотерапевтическим препаратам, в том числе антибиотикам, приобретается микробными клетками с генами резистентности (г-гены), которые они получают в процессе своей жизнедеятельности от других клеток данной или соседней популяции. При этом наиболее эффективно и с высокой частотой r-гены передаются плазмидами и транспозонами (см. 6.2). Один транспозон передает резистент­ность только к одному препарату. Плазмиды могут нести не­сколько транспозонов, контролирующих резистентность к разным химиотерапевтическим препаратам, в результате чего формиру­ется множественная резистентность бактерий к различным препаратам.

Устойчивость к антибиотикам бактерий, грибов и простейших также возникает в результате мутаций в хромосомных генах, контролирующих образование структурных и химических компо­нентов клетки, являющихся «мишенью» для действия препарата. Так, например, резистентность дрожжеподобных грибов родаCandida к нистатину и леворину может быть связана с мутацион­ными изменениями цитоплазматическои мембраны.

Биохимические механизмы резистентности бактерий к бета-лактамным антибиотикам разнообразны. Они могут быть связаны с индуцибельным синтезом бета-лактамазы, изменениями в пенициллиносвязывающих белках и других «мишенях». Описано око­ло 10 пенициллиносвязывающих белков — ферментов, участвую­щих в синтезе бактериальной клеточной стенки. Кроме того, ре­зистентность к ампициллину и карбенициллину можно объяснить снижением проницаемости наружной мембраны грамотрицательных бактерий. Развитие того или другого типа резистент­ности определяется химической структурой антибиотика и свойст­вами бактерий. У одного и того же вида бактерий могут сущест­вовать несколько механизмов резистентности.

Механизм быстрого развития резистентности к новым цефалоспоринам, устойчивым к действию цефалоспориназ, зависит от образования комплекса антибиотика с индуцибельными латамазами, При этом гидролиза антибиотика не происходит. Такой ме­ханизм обнаружен у протеев.

Биохимические механизмы приобретенной резистентности к аминогликозидным антибиотикам и левомицетину связаны со способностью бактерий образовывать ферменты (ацетилтрансферазу, аденилтрансферазу, фосфотрансферазу), которые вызыва­ют соответственно ацетилирование, аденилирование или фосфорилирование данных антибиотиков. Устойчивость к тетрациклину обусловлена главным образом специфическим подавлением тран­спорта данного антибиотика в бактериальные клетки и т. д.

Таким образом, происходит образование отдельных резистент­ных особей в бактериальной популяции. Их количество крайне незначительно. Так, одна мутировавшая клетка (спонтанная му­тация), устойчивая к какому-либо химиотерапевтическому препа­рату, приходится на 10⁵—10⁹ интактных (чувствительных) кле­ток. Передача г-генов с плазмидами и транспозонами повышает число резистентных особей в популяции на несколько порядков. Однако общее число лекарственно-резистентных бактерий в попу­ляции остается весьма низким.

Формирование лекарственно-устойчивых бактериальных попу­ляций происходит путем селекции. При этом в качестве селек­тивного фактора выступает только соответствующий химиотерапевтический препарат, селективное действие которого состоит в подавлении размножения огромного большинства чувствитель­ных к нему бактерий.

Массовой селекции и распространению антибиотикорезистентных бактериальных популяций способствуют многие факторы. Например, бесконтрольное и нерациональное применение анти­биотиков для лечения и особенно для профилактики различных инфекционных заболеваний без достаточных к тому оснований, а также использование пищевых продуктов (мясо домашних птиц и др.), содержащих антибиотики (тетрациклин), и другие фак­торы.

Первый тип - природная устойчивость, которая определяется свойствами данного вида или рода микроорганизмов. (Устойчивость грамотрицательных бактерий к бензилпенициллину, бактерий - к противогрибковым, грибов - к антибактериальным препаратам).

Второй тип - приобретенная устойчивость.

Она может быть первичной и вторичной.

Термин “приобретенная устойчивость ” применяют в случаях, когда в чувствительной к данному препарату популяции микроорганизмов находят резистентные варианты. Она возникает, в основном, в результате мутаций, которые происходят в геноме клетки.

Первичная устойчивость (как результат мутации) оказывается в отдельных клетках популяции через ее гетерогенность до начала лечения антибиотиками.

Вторичная устойчивость формируется также за счет мутаций может расти при контакте бактерий с антибиотиками. Мутации ненаправлены и не связаны с действием антибиотиков. Последние играют лишь роль селекционирующих агентов. Они елиминують чувствительные особи популяции и, соответственно, начинают преобладать резистентные клетки.

В зависимости от скорости возникновения мутантов приобретенная вторичная устойчивость бывает два типов: стрептомициного и пеницилинового.

Стрептомициновий тип возникает как “одноступенчатая мутация“, когда быстро происходит образование мутантов с высокой устойчивостью после одно-двукратного контакта микроба с антибиотиком. Степень ее не зависит от концентрации препарата (стрептомицина, рифампицина, новобиоцина).

Пенициллиновий тип резистентности формируется постепенно, путем “многоступенчатых мутаций”. Селекция стойких вариантов при этом происходит медленно (пеницилин, ванкомицин, левомицетин, полимиксин, циклосерин)

Резистентность микробов к антибиотикам обеспечивается генами, которые локализуются или в хромосоме, или в составе внехромосомних элементов наследственности (транспозоны, плазмиды).

Хромосомные мутации - самая частая причина изменения рецептора, мишени, с которой взаимодействуют лекарства. Так, белок Р10 на 30s субъединице бактериальной рибосомы является рецептором для прикрепления стрептомицина. У бактерий, устойчивых к действию эритромицина, может повреждаться сайт на50s субединице рибосомы в результате метилирования 23s рРНК.

R-плазмиды могут содержать от одного до десяти и больше разных генов лекарственной резистентности, которая делает микроба нечувствительным к подавляющему большинству антиибиотикив, которые используются в клинике. Некоторые из них (конъюгативные, трансмиссивные) способны передаваться от одного бактериального штамма к другому не только в пределах одного вида, но и часто разных видов и даже родов микробов. Кроме конъюгации возможна передача детерминант устойчивости с помощью трансдукции (у стафилококков), а также трансформации.