Механизмы формирования устойчивости к противомикробным средствам.

Чтобы лечение было эффективным, противомикробное средство должно достигнуть своей мишени, связаться с ней и изменить ее функцию. Поэтому в основе устойчивости к противомикробным средствам и лежат 3 главных механизма: 1) препятствие на пути к мишени; 2) инактивация лекарства либо нарушение его превращения в активную форму; 3) изменение структуры самой мишени.

Наружная мембрана грам (-) бактерий не пропускает в клетку крупные полярные молекулы, в т.ч. и лекарств. Небольшие полярные молекулы проходят через поры наружной мембраны, образованные белками-поринами. Отсутствие или утрата поринов, а также их изменение вследствии мутаций, ограничивают или полностью блокируют поступление противомикробного средства в клетку. Следова-тельно, концентрация препарата в области мишени может понижаться и возникает толерантность.

Если же лекарство достигает внутриклеточной мишени путем активного транспорта, устойчивость микроорганизма может быть связана с изменением условий его осуществления, либо с мутациями. Например, источником энергии для активного транспорта антибиотика гентамицина служит трансмембранный электрохимический градиент. Он формируется за счет деятельности ферментов дыхательной цепи, осуществляющих перенос электронов и окислительное фосфорилирование. Мутации генов, кодирующих эти ферменты, или отсутствие кислорода, вследствии гипоксии или ишемии, являющегося конечным звеном в дыхательной цепи, приводят к значительному снижению трансмембранного электрохимического градиента, затруднению входа гентамицина в клетку и к возникновению устойчивости.

Кроме того, бактерии способны выводить лекарства из клетки путем активного транспорта. Таким образом обеспечивается устойчивость патогенных микроорганизмов к антибиотикам группы тетрациклинов, а также к β - лактамным антибиотикам.

Второй механизм формирования устойчивости к противомикробным средствам - это инактивация лекарства. Устойчивость бактерий к аминогликозидам и β - лактамным антибиотикам часто бывает обусловлена синтезом ферментов, инактивирующих это лекарства. Некоторые противомикробные средства превращаются в свою активную форму только в клетках патогенных микроорганизмов и нарушение этого процесса также может приводить к развитию лекарственной устойчивости. Например, именно так формируется резистентность возбудителя туберкулеза к основному противотуберкулезному средству изониазиду.

Третий механизм формирования устойчивости к противомикробным средствам - изменение мишени. Это может происходить вследствие мутации кодирующих образование мишени генов (так формируется устойчивость к препаратом группы фторхинолонов), модификации самой мишени (устойчивость к препаратм макролидов и тетрациклинов обусловлена модификацией рибосом паразитов), или заменой одной мишени на другую, не подверженную действию лекарства (например, так формируется устойчивость к метициллину у стафилококков). В результате вышеописанных процессов связывание лекарства с мишенью затрудняется или становится невозможным.

Устойчивость может возникать в результате мутаций, которые передаются потомству и закрепляются путем естественного отбора. Отбор мутаций, обеспечивающих развитие резистентности к противомикробным средствам, происходит в том случае, если эти мутации не летальные и не понижают вирулентности. Кроме того, для распространения подобной устойчивости за пределы макроорганизма необходима прямая передача мутировавшего возбудителя.

Однако чаще подобная лекарственная устойчивость распространяется путем горизонтального переноса генов в ходе трансдукции, трансформации или конъюгации, причем обмен генов может происходить даже между бактериями разных видов. Приобретенная таким образом резистентность распространяется очень быстро за счет размножения устойчивых штаммов или дальнейшей горизонтальной передачи генов. Считается, что расположенный на плазмиде (это нехромосомный генетический элемент, способный к самостоятельному размножению) ген бета - лактамазы стафилококков получил столь широкое распространение как раз таким путем, поскольку он встречается у неродственных штаммов и найден даже у энтерококков. Также плазмидные гены бета - лактамаз класса А часто встречаются у кишечной палочки, возбудителя гонореи (гонококка), гемофильной палочки.

Спонтанные мутации, закрепляемые в ходе естественного отбора, служат причиной устойчивости к стрептомицину (мутации рибосомных генов), фторхинолонам (мутации гена ДНК - гиразы), рифампицину (мутации гена РНК-полимеразы), а также к некоторым противотуберкулезным препаратам. Мутации могут затрагивать гены, кодирующие белки - мишени противомикробных средств, транспортные белки или активирующие лекарство ферменты. Кроме того, устойчивость может быть следствием мутаций в регуляторных последовательностях ДНК и генах белков - регуляторов, которые, в свою очередь, влияют на экспрессию генов, кодирующих белки - мишени, транспортные белки, а также активирующие или инактивирующие лекарство ферменты. В любой популяции чувствительных, например, к определенному антибиотику бактерий, всегда найдется некоторое количество резистентного к лекарству мутантов. И хотя сами противомикробные средства не вызывают мутаций, но под их воздействием случайные мутации быстро и эффективно закрепляются. Для возникновения выраженной устойчивости бывает достаточно единичной мутации, например, возникновение точечной мутации гена β - субъединицы бактериальной РНК - полимеразы, затрагивающая ответственный за связывание с рифампицином участок фермента, может это спровоцировать. В других случаях резистентность возникает в результате накопления нескольких мутаций, каждая из которых может лишь незначительно понижать чувствительность возбудителя инфекции к лекарству. Так, например, формировалась выраженная устойчивость кишечной палочки к препаратам группы фторхинолонов.

Трансдукция - это перенос генетического материала, например, участка ДНК, от одной бактерии к другой бактериофагами, вирусами и т.п. агентами, инициирующими бактериальные клетки. Если в этих участках имеются гены, кодирующие устойчивость к лекарствам, зараженная бактерия также становится резистентной. Путем трансдукции переносятся как плазмидные, так и хромосомные гены. Трансдукция игрет важную роль в распространении устойчивых штаммов золотистого стафилококка к пенициллинам (ген стафилококковой пенициллиназы находится в плазмиде), эритромицину, тетрациклину, хлорамфениколу.

Трансформация - это механизм передачи генетического материала путем поглощения бактериальной клеткой фрагментов ДНК, находящихся во внешней среде, которые затем встраиваются в геном путем обмена гомологичными участками. Этот путь лежит в основе распространения пенициллинрезистентности пневмококков и гонококков, т.к. у них пенициллинсвязывающие белки обладают меньшим сродством к антибиотику.

Конъюгация заключается в передаче генетического материала во время непосредственного контакта микроорганизмов по конъюгационному мостику, образующемуся между двумя клетками. При этом могут переноситься очень большие фрагменты ДНК, и, следовательно поэтому микроорганизмы могут приобретать устойчивость сразу к нескольким противомикробным средствам. При конъюгации получаются 2 группы генов: 1) гены, необходимые для самого процесса конъюгации; 2) другие гены, в т.ч. определяющие процессы резистентности к лекарствам. Эти 2 группы генов могут располагаться как на одной и той же плазмиде, так и на разных плазмидах. Некоторые гены, кодируюшие тот или иной признак, могут располагаться и на транспозонах - подвижных генетических элементах, способных перемещаться по геному в пределах одной молекулы ДНК, между разными плазмидами, между плазмидой и хромосомой. Подобное формирование лекарственной резистентности характерно для грам (-) палочек, но встречается и у грам (+) бактерий. Наприме, энтерококки имеют трансмиссивные плазмиды, ответственные за распространение устойчивости среди грам (+) микроорганизмов. Именно на таких плазмидах находятся гены, кодирующие устойчивость энтерококков к ванкомицину. Конъю-гация может лежать в основе широкого распространения полирезистентных штаммов энтеробактерий, это актульно потому, что ими на сегодня поражены более половины инфекционных больных.