Резистентность возбудителя. Роль изменчивости микроорганизмов в эпидемиологии.
Обновлено: 02.05.2024
Наследственность и изменчивость - это неразделимо связанные категории биологических явлений, определяющих направление эволюционного развития живых организмов на любом уровне биологической организации.
Вследствие этого учение о наследственности и изменчивости микроорганизмов является научной основой систематики микроорганизмов и их идентификации.
Знания закономерностей модификационной и мутационной изменчивости позволяют проводить целенаправленную селекцию (отбор) из популяций микроорганизмов особей с нужными человеку свойствами. Таким путем получены высокоактивные штаммы многих продуцентов различных органических соединений.
Селекцию микроорганизмов для выделения полезных мутантов осуществляют несколькими путями:
благодаря поиску и отбору полезных форм микроорганизмов из природных источников;
• в результате адаптации микроорганизмов путем выращивания при постоянно изменяющихся условиях культивирования;
• благодаря повторному выделению чистых культур из производственных штаммов;
• путем отбора индуцированных штаммов;
• путем использования явлений трансформации, трансдукции и конъюгации для получения штаммов с новыми свойствами.
В настоящее время получило развитие новое направление молекулярной биологии - генная инженерия. Генная инженерия занимается конструированием, выделением и пересадкой определенных генов из одних клеток в другие. В результате клетки приобретают новые свойства.
Еще одним примером использования учения о наследственности и изменчивости является борьба с возбудителями инфекционных заболеваний. Селекционируя бактерии по признаку вирулентности, токсичности и антигенной структуре, удается получить культуры с низкой вирулентностью и использовать их в качестве вакцин для профилактики заразных заболеваний.
Вопросы для самопроверки
1. Что такое генетика? Каково ее определение как науки?
2. Дайте определение наследственности и изменчивости.
3. Что такое «ген», «генотип», «фенотип»?
4. Какую роль в клетке выполняют структурные гены, гены-регуляторы и гены-операторы?
5. Чем характеризуются мутации? Какими они бывают?
6. Какова роль комбинативных (рекомбинантных) изменений в передаче наследственных признаков?
7. Что такое «адаптация», «модификация»?
8. Чем отличаются мутанты от рекомбинантов?
9. Что такое генная инженерия?
10. Каково практическое значение учения о наследственности и
изменчивости?
Литература
1. Асонов Н.Р. Микробиология. - 3 изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1997.- 352 с.
2. Сидоров М.А., Корнелаева Р.П. Микробиология мяса и мясопродуктов.- М.: Колос, 1998.- 240 с.
Тема 11 биохимические процессы вызываемые микроорганизмами
11.1 Спиртовое брожение. Химизм, условия проведения процесса. Возбудители. Практическое использование спиртового брожения
11.2 Молочнокислое брожение: гомо- и гетероферментативное. Химизм процесса. Характеристика молочнокислых бактерий. Практическое значение молочнокислого брожения
11.3 Пропионовокислое брожение. Химизм процесса, возбудители. Практическое использование пропионовокислого брожения
11.4 Маслянокислое брожение. Химизм процесса. Возбудители. Практическое использование и роль в процессах порчи пищевых продуктов
11.5 Уксуснокислое брожение. Химизм процесса. Возбудители. Практическое использование и роль в процессах порчи пищевых продуктов
11.6 Окисление жиров и высших жирных кислот микроорганизмами. Микроорганизмы - возбудители порчи жиров
11.7 Гнилостные процессы. Понятие об аэробном и анаэробном гниении. Возбудители. Роль гнилостных процессов в природе, в пищевой промышленности
Резистентность возбудителя. Роль изменчивости микроорганизмов в эпидемиологии.
Подъем заболеваемости шигеллезом Флекснера, наблюдающийся с конца 70-х годов, обусловлен возбудителями с измененными биологическими свойствами. По сравнению с S. flexneri, доминировавшими в 60-х годах, они обладают невысокой вирулентностью, большей резистентностью к антибиотикам (по степени и широте спектра), реже вызывают заболевания в тяжелой и среднетяжелой формах и чаще распространяются с помощью пищевого фактора передачи. По указанным признакам S. flexneri мало отличается от S. sonnei. Таким образом, если раньше тенденция к доминированию малопатогенных популяций проявлялась сменой видов возбудителей отдельных шигеллезов (Григорьева - Шиги —Флекснера —Зонне), то с середины 70-х годов она сохраняется за счет изменений внутри вида S. flexneri.
Изучение причин резкого увеличения в 70-е годы сальмонеллезов, вызванных S. typhimurium, показало, что определенный биологический вариант этого возбудителя отличается слабой вирулентностью, множественной резистентностью к антибиотикам, детерминированной R-плазмидами, устойчивостью к дезинфектантам, способностью при бытовом заражении вызывать у детей младшего возраста манифестные формы заболевания, а у взрослых в большинстве случаев бактерионосительство. Штаммы сальмонелл, обладающие указанными свойствами, получили название «госпитальных», хотя в настоящее время они распространены повсеместно в разных эпидемических очагах.
Анализ изменений биологических свойств различных видов микроорганизмов позволяет сделать заключение, что генетически предопределенная изменчивость реализуется при изменении условий их существования. В обществе эти изменения условий определяются социальными факторами. Широкое использование антибиотиков в сельском хозяйстве и медицине, ярко выраженная способность к генетическому обмену у некоторых микробов, рост благоустройства, обеспечивший ухудшение условий для распространения микробов, приводят к формированию популяций с измененными биологическими свойствами. Эти изменения выражаются в увеличении резистентности к антибактериальным препаратам и антропогенным факторам загрязнения окружающей среды (ПАВ, пестициды, дезинфектанты и др.), в снижении степени патогенности, придают возбудителям преимущества для широкого распространения и отражаются на этиологической структуре заболеваний и особенностях эпидемического процесса.
В результате такой эволюции эпидемический процесс некоторых инфекционных болезней с одинаковым (например, фекально-оральным) механизмом передачи возбудителей и в одинаковых социально-экономических условиях протекает по-разному. При общей тенденции к снижению заболеваемость одними инфекциями (например, брюшным тифом) снижается, другими (например, разными шигеллезами, зоонозными сальмонеллезами) - увеличивается. Это, несомненно, в большей мере связано с биологическими свойствами возбудителей. Образно говоря, если механизм передачи определяет общий ход («стратегические» явления) эпидемического процесса, то биологические свойства возбудителя обусловливают его детали («тактические» изменения).
Таким образом, роль биологических свойств возбудителя в эпидемическом процессе может рассматриваться только как соподчиненная регулирующему влиянию механизма передачи возбудителя, активность которого определяется социальными условиями.
В прошлом почти полное исчезновение дизентерии Григорьева-Шиги в СССР и некоторых других странах объясняется улучшением санитарно-коммунальных условий, увеличением возможностей выявления и изоляции больных (источников возбудителя инфекции), благодаря совершенствованию лечебно-профилактической помощи населению, т. е. этот процесс связан с социальными факторами. Роль возбудителя здесь выступает как вторичная детерминанта, связанная с его патогенностью и слабой способностью к адаптивному сдвигу. Борьба с шигеллезом Зонне и с заболеваниями, вызываемыми условно-патогенными микроорганизмами, потому и сложнее, что возбудитель вызывает в большом проценте легкое течение заболевания («феномен айсберга»), вследствие чего воздействие на источник неэффективно.
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
ГЛОБАЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА АНТИМИКРОБНОЙ РЕЗИСТЕНТНОСТИ
Развитие резистентности к антимикробным препаратам у многих бактериальных патогенов делает традиционную терапию неэффективной, а это, в свою очередь, приводит к тому, что лечение инфекций становится более сложным и зачастую более дорогим. В развитии и распространении резистентности играют роль три фактора: мутации в обычных генах, приводящие к расширению спектра резистентности, передача резистентности генов от одних микроорганизмов к другим и усиление селективного давления условий среды в больницах и за их пределами, что приводит к активизации процесса развития резистентных организмов. Некоторые новые механизмы резистентности с трудом поддаются обнаружению лабораторными методами. Таким образом, резистентные микроорганизмы могут оставаться необнаруженными до тех пор, пока не распространятся в больнице весьма широко. Проблема для фармацевтов, микробиологов и терапевтов состоит не только в том, чтобы сдерживать распространение уже существующих резистентных организмов, но и в том, чтобы предотвращать появление новых, а это требует рационального, осторожного использования антимикробных препаратов.
Факторы, обусловливающие развитие и распространение резистентности
Можно выделить три фактора, участвующих в развитии и распространении резистентности к антимикробным препаратам. Во-первых, едва различимые мутации в обычных резистентных генах расширяют спектр активности кодируемых ими белков. Во-вторых, происходит обмен генетического материала между микроорганизмами, в результате чего обычные гены перемещаются из своего источника в новые клетки. Наконец, усилившееся селективное давление в больницах и за их пределами активизирует образование новых резистентных организмов.
Мутации в обычных генах
ТЕМ b -лактамаза (получившая свое название по инициалам первого пациента, у которого была документирована инфекция ампициллинрезистентным штаммом Е. coli) опосредует резистентность к ампициллину и цефалоспоринам первого поколения более чем у 70% ампициллинрезистентных Е. coli и менее часто встречается у других представителей Enterobacteriaceae [6].
Этот энзим в норме не способен опосредовать резистентность к цефалоспоринам широкого спектра действия, таким как цефтазидим (цефадим, фортум, тазицеф), цефотаксим (клафоран, клафотаксим) и цефтриаксон (лендацин, офрамакс, роцепин), или монобактамам, таким как азтреонам (азактам) [7].
Однако замена одной, двух или трех аминокислот в белковой последовательности ТЕМ b -лактамазы в активных участках или около них изменяет структуру энзима таким образом, что другие антимикробные препараты могут теперь быть захвачены активными участками и подвергнуты гидролизу [7 - 9]. Сходная ситуация возникает при изменениях в SHV-1 [3-лактамазе (так называемый сульфгидрильный вариант |3лактамазы), имеющейся у Klebsiella pneumoniae: едва уловимые изменения в последовательности аминокислот также могут приводить к расширению спектра резистентности, опосредуемой энзимом, через усиление гидролиза цефалоспорина [8]. К. pneum oniae, несущие ( b -лактамазу расширенного спектра действия, вызывают как эндемические, так и эпидемические заболевания [10, 11].
Обмен генетического материала
Хотя способность микроорганизмов обмениваться ДНК посредством трансформации, трансдукции и конъюгации известна уже в течение нескольких десятилетий, масштабы этого процесса мы начинаем осознавать только сейчас [12]. Установлено, что обмен происходит даже между грамположительными и грамотрицательными микроорганизмами [13, 14]. Особый интерес представляет механизм обмена между стафилококками и энтерококками. Уже известно, что гены, кодирующие продукцию ( b -лактамазы [15] и обусловливающие резистентность к гентамицину (гарамицин) [16], перешли от стафилококков в энтерококки.
Очень важно, будет ли происходить передача генов, обусловливающих резистентность к ванкомицину (ванкоцин) (van-генов по генетической номенклатуре), от энтерококков стафилококкам, в особенности S. aureus, in vivo, как это уже было показано in vitro [17]. Это привело бы к образованю нескольких метициллинрезистентных штаммов S. aureus, уничтожение которых было бы практически невозможным. Большую тревогу вызывает также изоляция штаммов Shigella dysenteriae [18] и Vibrio cholerae [19], резистентных ко всем антимикробным препаратам первой линии, и в случае S. dysenterae - ко всем антибиотикам, кроме ципрофлоксацина. Такие штаммы все чаще выявляются в африканских странах, особенно в Бурунди. Поскольку оба микроорганизма могут вызывать широкомасштабные вспышки заболеваний, резистентность становится явной угрозой для общественного здоровья.
Селективное давление
Мутации, повышающие резистентность микроорганизма к антимикробным препаратам, свойственны бактериям. Эти мутации могут представлять собой изменения проницаемости мембраны или альтерацию участков-мишеней для антибиотиков [4, 5]. Выживет и размножится ли штамм, подвергшийся мутации, в значительной степени зависит от селективного давления, действующего на него. Это справедливо и в отношении организмов, получивших новую ДНК в процессе генетического обмена. При использовании больших количеств антимикробных препаратов или если для уничтожения инфекции, например Mycobacterium tuberculosis [20], назначают неадекватные дозы лекарств, штаммы, приобретшие мутации или экстрахромосомальную ДНК, обусловливающие резистентность, будут размножаться. Больницы принято считать своего рода "питомниками" и основными резервуарами резистентных микроорганизмов [21]; однако в последнее десятилетие ситуация начала меняться.
Применение антимикробных препаратов в кормах для животных [22], в рыбном хозяйстве и в дневных центрах по оказанию помощи привело к появлению новых источников резистентных микроорганизмов. Мы начинаем лучше понимать взаимоотношения между микроорганизмами, вызывающими заболевания животных и человека [22]. Так, когда квинолоны начали использовать в ветеринарии, штаммы Campylobacter jejuni, резистентные к квинолонам, появились не только у животных, но и у человека [24]. Сходные проблемы с повышением резистентности к флуороквинолонам возникли в Испании [25] и Финляндии [26]. Таким образом, призыв к осторожному использованию антимикробных препаратов распространяется не только на здравоохранение, но и на ветеринарию, сельскохозяйственное производство и животноводство.
Развитие резистентности у пневмококков: комбинация факторов Одним из лучших примеров того, как могут возни кать резистентные микроорганизмы, является то, что произошло со Streptococcus pneumoniae [27]. Только в США этот микроорганизм вызывает более 6 млн случаев среднего отита, 0,5 млн случаев пневмонии и 6000 случаев менингита ежегодно [23]. В недавних исследованиях, проведенных Центром по контролю и предупреждению заболеваний, 61% пневмококков, выделенных от детей из однодневного центра медицинской помощи в Кентукки и 29% - в Тенесси, были резистентными к пенициллину [28]. Успех мультирезистентного штамма серотипа 23F, который стал известен под названием испанского клона [29, 30], понастоящему тревожит. Этот клон вначале проявлял высокую резистентность к пенициллину, тетрациклину, хлорамфениколу (берлицитин) и триметопримсульфаметоксазолу (бактрим, бисептол), в настоящее время резистентен также к эритромицину [31] и цефотаксиму [32]. Резистентность пневмококков к цефалоспоринам широкого спектра действия, таким как цефотаксим и цефтриаксон, становится важнейшей проблемой для педиатров [33]. К сожалению, мы не располагаем результатами исследований, которые позволили бы определить масштаб или значение этой проблемы во всем мире. Однако высокий уровень резистентности к пенициллину во многих регионах мира [27] позволяет предполагать, что это, вероятно, станет значительной проблемой в будущем.
Обнаружение резистентности лабораторными методами
Данные, накапливающиеся в последнее время, свидетельствует о том, что многие новые механизмы резистентности трудно выявить в клинической лаборатории. Низкий уровень резистентности к ванкомицину, например опосредованный vanB, часто трудно обнаружить, особенно при использовании автоматизированных методов [34]. Также вызывает трудности выявление расширенного спектра активности b -лактамазы в К. pneumoniae [35]. Клинические лаборатории обязательно должны учитывать возникающие проблемы, связанные с антимикробной резистентностью, и располагать адекватными методами тестирования, позволяющими обнаруживать новые механизмы резистентности.
Успех и поражение антибиотиков
Число новых антибактериальных препаратов, разрабатываемых или проходящих клинические испытания, в США невелико [36]. Поэтому мы не можем ожидать, что они займут место тех средств, от которых пришлось отказаться по причине резистентности. Напротив, мы должны сделать максимально эффективным использование тех препаратов, которыми мы располагаем. История флуороквинолов представляет собой наглядный пример неправильного использования. В 80-х годах считалось, что новые антимикробные препараты флуороквинолоны помогут решить многие проблемы, связанные с лечением инфекционных заболеваний [37]. Тем не менее быстро обнаружилась потеря эффективности против S.aureus [38]. Имело место неправомерное назначение ципрофлоксацина (ципробай, ципринол, ципран) при ряде заболеваний, среди которых были и неинфекционные [39]. Флуороквинолоны остаются единственными препаратами, эффективными против мультирезистентной Shigella, обнаруженной в Бурунди [18], хотя минимальные концентрации, необходимые для подавления микроорганизма, растут. Эти препараты сохраняют активность против большинства мультирезистентных штаммов Salmonella [40]. Как бы то ни было, использование флуороквинолонов в животноводстве, которое оказывает сильнейшее селективное давление в отношении резистентности, может привести к тому, что эти препараты станут неэффективными, как уже указывали Н. Endtz и соавт.
[24]. Осторожное использование в больницах антимикробных препаратов, включая ванкомицин, является крайне необходимым для сохранения эффективности этих и других лекарств. Мультирезистентность, наблюдаемая у бактерий, свидетельствует о том, что при отборе в направлении резистентности к одному препарату происходит отбор по резистентности ко многим лекарствам. Резистентность продолжает распространяться не только среди внутрибольничных патогенов, но и среди некоторых видов микроорганизмов, заражение которыми происходит при обычных социальных контактах. Контролировать использование антибиотиков в больницах трудно, но все же этого добиться легче, чем контроля в других общественных сферах. И то, и другое совершенно необходимо, если нам все же придется столкнуться с проблемой резистентности и преодолевать ее.
1 Abraham Ep, Chain E. An enzyme from bacteria able to destroy penicillin. Nature 1940:146:837-9.
2 Kirby WMM. Extraction of a highly potent penicillin inactivator from penicillin resistant staphylococci. Science 1944:99:452-5.
3 Tenover FC. Novel and emerging mechanisms of antimicrobial resistance in nosocomial pathogens. Am J Med 1991;91(suppl B):76S-81S.
4 Neu HC. The crisis in antibiotic resistance. Science 1992;257:1064-73.
5 Murray BM. New aspects of antimicrobial resistance and the resulting therapeutic dillemas. J Infect Dis 1991;163:1185-94.
6 Roy С, Segura С, Tirado M, Reig R, Hermida M, Teruel D, et al. Frequency of plasmid-determined betalactamases in 680 consecutively isolated strains of Enterobacteriaceae. EurJ Clin Microbiol 1985;4:146 7.
7 Phillipon A, Labia R, Jacoby G. Extend edspectrum I-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 1989;33:1131-6.
8 Jacoby G, Medeiros AA. More extended spectrum beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 1991;35:1697-1704.
9 Sougakoff W, Goussard S, Gerbaud G, Courvalin P. Plasmidmediated resistance to third generation cephalosporins caused by point mutations in TEM-type penicillinase genes. Rev Infect Dis 1988;10:879-84.
10 Meyer KS, Urban C, Eagan JA, Berger BJ, Rahal JJ. Nosocomial outbreak ofKlebsiella infection resistant to late-generation cephalosporins. Ann Intern Med 1993;! 19:353-8.
11 Smith CE, Tilman s, Howell AW, Longfield RN, Jorgensen JH. Failure of ceftazimidine-amikacin therapy for bacteremia and meningitis due to Klebsiella pneumoniae producing an extended spectrum I-lactamase. Antimicrob Agents Chemother 1990;34:1290-3.
12 DeFlaun MF, Levy SB. Genes and their varied hosts. In: Levy SB, Miller RV, editors. Gene transfer in the environment. New York: McGraw Hill Publishing, 1991:1-32.
13 Arthur M, Andremont A, Courvalin P. Distribution of erythromycin esterase and rRNA methylase genes in members of the family Enterobacteriaeceae highly resistant to erythromycin. Antimicrob Agents Chemother 1987;31:404-9.
14 Trieu-Cuot P, Gerbaud G, Lambert T, Courvalin P. In vivo transfer of genetic information between Gramnegative and Gram-positive bacteria. EMBO J 1985;4:3583-7.
15 Murray BE, Mederski-Samoraj B, Foster SK, Brunton JL, Harford P. In vitro studies of plasmidmediated penicillinase from Streptococcus faecalis suggest a staphylococcal origin. J Clin Invest 1986;77:289-93.
16 Collatz E, Carlier C, Courvalin P. The chromosomal 3'5"-aminoglycoside phosphotransferase in Streptococcus pneumoniae is closely related to its plasmid-coded homologs in Streptococcus faecalis and Staphylococcus aureus. J bacteriol 1983; 156:1373-7.
17 Noble WC, Virani Z, Cree RGA. Co-transfer of vancomycin and other resistance genes from Enterococcus faecalis NCTC 12201 to Staphylococcus aureus. FEMS Microbiol Lett 1992; 93:195-8.
18 Ries AA, Wells JG, Olivola D, Ntakibirora M, Nyandwi S, Ntibakivayo M, et al. Epidemic Shigella dysenteriae type I in Burundi: pan-resistance and implications for prevention. J Infect Dis. In press.
19 Weber JT, Mintz ED, Canizares R, Semiglia A, Gomez I, Sempertegui R, et al. Epidemic cholera in Ecuador: multi-drug-resistance and transmission by water and seafood. Epidemiol Infect 1994;! 12:1-11.
20 Ediin BR, Tokars JI, Grieco MH, Crawford JT, Williams J, Sordillo EM, et al. An outbreak of multidrug resistant tuberculosis among hospitalized patients with acquired immunodeficiency syndrome. N EnglJMed 1992;326:1514-21.
A complete list of references (40) is on demand free of charge available at the publisher's office (Wolga Publishers, Amsterdam, Netherlands).
Взято из Pharm World Sci 1995; 17(5): 149-51 с разрешения автора и издателя.
Контент доступен под лицензией Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Возбудители в эпидемиологии. Роль биологических свойств возбудителей.
Роль биологических свойств возбудителя в эпидемическом процессе до конца не выяснена. История эпидемиологии изобилует примерами как недооценки роли биологических свойств возбудителя в эпидемическом процессе, так и ее преувеличения. На первом этапе бактериологической эры в последней трети XIX в. все особенности эпидемического процесса той или иной инфекционной болезни пытались объяснить свойствами вновь открываемых возбудителей. Подобные представления, совершенствуясь и модернизируясь, дошли до наших дней. К. Сталлибрасс (1936) приводит ряд теорий, разработанных в первой четверти XX в. Броунли, Петерсом, Кермаком и Мак-Кендриком, Джиллом и другими, в которых причины возникновения, распространения и угасания эпидемий пытались объяснить изменчивостью как микроорганизма, так и восприимчивости хозяина. Известный австрийский вирусолог Burnet (1946, 1951) рассматривал эпидемический процесс как экологическую проблему взаимодействия возбудителя и организма человека и животного, объясняя возникновение эпидемий повышением вирулентности. В. Д. Беляков (1983, 1986) считает, что взаимодействие популяций паразита и хозяина обеспечивается их неоднородностью и саморегуляцией, в основе которой лежит периодическая смена вирулентных и авирулентных популяций возбудителя.
Наряду с этим направлением в эпидемиологии развивались взгляды, придающие решающее значение в стимуляции и купировании эпидемического процесса социально-экономическим и экологическим факторам. В XIX в. в России таких взглядов придерживались выдающиеся гигиенисты Ф. Эрисман и А. Доброславин.
Связанные с развитием капитализма обнищание и миграция населения, низкий уровень санитарной культуры и благоустройства городов обусловливали интенсивный рост заболеваемости, что стимулировало мысль о связи эпидемического процесса с социальными явлениями. Вредное влияние «биологизации» в эпидемиологии на том этапе заключалось в том, что она мешала обоснованию важнейшего направления в борьбе с эпидемическими болезнями - социально-экономических преобразований. Заслугой советской эпидемиологической науки является глубокое обоснование влияния социальных факторов на течение, развитие и угасание эпидемического процесса. Д. К. Заболотный (1927) указывал, что эпидемии тесно связаны с бытовым укладом, экономическим состоянием и социальной структурой общества. Л. В. Громашевский (1949) вскрыл конкретные механизмы опосредованного влияния социальных факторов на эпидемический процесс через воздействие на источник возбудителя инфекции, механизм его передачи и восприимчивость населения.
Однако возрастающий поток знаний и новая методология поднимают, казалось бы, до этого достаточно ясную проблему на новый уровень, знаменующий собой более высокий виток спирали, по которой, согласно диалектике, развивается наука. Так случилось и с оценкой роли биологических свойств возбудителя в эпидемическом процессе.
Не подлежит сомнению, что генетические и фенотипические особенности популяций влияют на характер и особенности эпидемического процесса, однако решающее влияние на его интенсивность оказывают социальные факторы. При одном и том же механизме передачи возбудителя инфекции эпидемический процесс при разных инфекционных болезнях имеет свои характерные отличия, часто весьма существенные.
Наиболее важным биологическим свойством возбудителя, оказывающим влияние на ход эпидемического процесса, является его патогенность. В общепринятом понимании патогенность - это генетический признак, который «можно определить как потенциальную способность микробов вызывать инфекционную болезнь». Аналогичные определения патогенности приводятся другими учеными. Однако это определение неполно. Оно не отражает двух непременных условий проявления патогенности - специфичности для биологического хозяина и необходимости определенного, естественного для данного микроорганизма, пути заражения.
Уже накоплено большое число фактов о специфичности, избирательной направленности, хозяинадаптированности возбудителей инфекционных болезней, о связи патогенных свойств с местом введения и дозой микроорганизма, с состоянием общей, специфической и неспецифической сопротивляемости восприимчивого организма.
Направленность патогенности нашла отражение в таких понятиях как «специфичность инфекции», «хозяинадаптированный микроорганизм» и др. Многие таксономические категории микроорганизмов, считавшихся непатогенными, при более глубоком изучении оказались патогенными по отношению к некоторым видам животных, растений, человеку. Например, галофильные вибрионы, холерные вибрионы не 01 группы считались непатогенными сапрофитами. Между тем оказалось, что они могут быть патогенными для человека. В принципе при определенных способах и дозах введения любой или почти любой микроорганизм может оказывать болезнетворное и даже смертельное действие. Известны групповые заболевания со смертельным исходом при переливании крови, инфицированной непатогенными микроорганизмами. Поэтому понятие «патогенность» должно непременно включать в определение вид хозяина и условия заражения. В противном случае практически любой вид микроорганизмов можно определить как патогенный или признать, что в общебиологическом смысле непатогенных микроорганизмов не существует в природе.
Поэтому оправданно такое определение: патогенность - это видовая генетически детерминированная потенциальная способность микроорганизма вызывать у определенного хозяина (человека, животного, растения) инфекционную болезнь при естественных для данного микроба условиях заражения. Данное определение не противоречит определению В. Г. Петровской, но делает его более полным. Такой подход отчасти используется и в известном руководстве - определителе бактерий Берги. На основании такого определения микроорганизмы можно четко разграничить на патогенные и непатогенные для человека или определенного вида живых существ.
Резистентность микроорганизмов к антимикробным препаратам
Появление феномена устойчивости к лечебным препаратам у патогенных микроорганизмов, оказывает крайне негативный эффект на здоровье человечества, т.к. приводит к резкому снижению эффективности этиотропной терапии инфекционных болезней. Интенсивный селективный прессинг антибиотиков, ведет к быстрой эволюции и распространению новых механизмов резистентности в медицинских учреждениях и, прежде всего, в отделениях реанимации и интенсивной терапии. В статье проанализированы данные литературы о механизмах возникновения и передачи устойчивости патогенных микроорганизмов к антибактериальным препаратам и приобретенной резистентности, связанной с продукцией бета-лактамаз широкого спектра.
Ключевые слова: Антибактериальные препараты, антибиотикоустойчивость, β-лактамазы.
Pokudina Inna Olegovna, Shkurat Mihail Alekseevich, Battalov Dmitrij Valentinovich
The emergence of the phenomenon of resistance to therapeutic drugs in the pathogenic microorganisms, has a very negative effect on the health of humanity, because it leads to a sharp decrease in the efficiency of etiotropic therapy of infectious diseases. Intense selective pressure of antibiotics leads to the rapid evolution and spread of new resistance mechanisms in health care settings and, above all, in the Intensive care unit. The article analyzes the literature data about the mechanisms of emergence and transmission of the resistance of pathogens to antimicrobial agents and acquired resistance associated with the production of beta-lactamases extended spectrum.
Keywords: Antibacterial drugs, antibiotic-resistant, β-lactamase.
Введение
Появление феномена устойчивости возбудителей инфекционных болезней к лечебным препаратам, приводящих к резкому снижению эффективности этиотропной терапии, является серьезной угрозой благополучию и здоровью человечества. В настоящее время распространение антибиотикорезистентности приняло глобальный характер. Актуальность и серьезность этой проблемы в полной мере осознана международным медицинским сообществом. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) разработала и опубликовала в 2001 году «Глобальную стратегию ВОЗ по сдерживанию устойчивости к противомикробным препаратам», в которой рекомендовано рассматривать указанную проблему в качестве одного из приоритетов национальных систем здравоохранения [World Health Organization, 2001]. Предотвращение формирования и распространения антимикробной резистентности признано ВОЗ, странами Европейского Союза и Северной Америки в качестве глобальной проблемы, а также в качестве национального приоритета [Мудрак Д.А., 2010].
В настоящее время β-лактамные антибиотики являются наиболее часто применяемыми препаратами для лечения бактериальных инфекций и основой современной химиотерапии, так как занимают ведущее или важное место в лечении большинства инфекционных болезней, однако их эффективность в последние годы резко снизилась вследствие возникновения и распространения среди возбудителей нозокомиальных инфекций устойчивости к ним, наиболее частым механизмом развития которой является продукция бета-лактамаз [Bush K, Jacoby GA. ,2010]
Резистентность бактерий к антимикробным препаратам.
Медицина впервые столкнулась с проблемой устойчивости, или резистентности, болезнетворных бактерий к антимикробным препаратам еще в 40-х годах прошлого века, почти одновременно с открытием антибиотиков. Уже через год после начала применения пенициллина у золотистого стафилококка обнаружился фермент пенициллиназа, разрушающий этот антибиотик. В 1970-е годы впервые были выявлены микроорганизмы, устойчивые к целым группам лекарственных средств. Наверно, самый известный пример здесь – метициллин-резистентный стафилококк, или MRSA, устойчивый к широкому спектру лекарств. Его часто используют как модельный исследовательский объект, чтобы понять механизмы, задействованные при развитии лекарственной устойчивости, а также для испытания новых веществ, которые могли бы такую устойчивость преодолеть. [Chambers HF, Deleo FR, 2009]
В конце 1990-х годов появились штаммы давно известных микроорганизмов, приобретших устойчивость ко всем известным антибиотикам. В результате сегодня врачи сталкиваются с инфекциями, вызванными, например, штаммами энтерококков или синегнойной палочкой, которые не поддаются лечению имеющимися в арсенале медицины препаратами [Страчунский Л.С., Козлов С.Н., 2002].
Основным отличием АБП (антибактериальных препаратов) от других веществ, оказывающих токсическое действие на бактериальную клетку является их высокая избирательность. Как правило, АБП ингибируют метаболические процессы, уникальные для прокариотической клетки и отсутствующие у эукариотических клеток. Именно с этим связан тот факт, что в концентрациях, подавляющих жизнедеятельность бактерий, АБП обычно не оказывают существенного влияния на организм человека и животных. Отдельные таксономические группы бактерий существенно различаются по уровню чувствительности, количественным выражением которого является величина МПК (минимальная подавляющая концентрация) АБП [Сидоренко С.В., Тишков В.И., 2004].
Резистентность микробов к АБП может быть либо природной, либо приобретенной. Гены атибиотикорезистентности, являясь транспозонами, легко перемещаются (из плазмиды в плазмиду или в хромосому), что обеспечивает их быстрое распространение внутри популяций, видов и даже между различными видами бактерий.
Под природной устойчивостью понимают сохранение бактериями жизнеспособности в присутствии АБП в концентрациях, реально достижимых в организме человека. Природная резистентность является постоянным видовым признаком бактерий, закодирована в хромосомных генах и легко прогнозируема на основании данных видовой идентификации. Истинная природная устойчивость характеризуется отсутствием у микроорганизмов мишени для проявления действия АБП. Так, например, устойчивость микоплазм к β-лактамным антибиотикам связана с отсутствием у этих бактерий пептидогликана.
Понятием приобретенной устойчивости характеризуют свойство отдельных штаммов бактерий сохранять жизнеспособность при концентрациях АБП, подавляющих 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 или приобретением новой генетической информации, переносимой транспозонами или плазмидами или изменением уровня экспрессии собственных генов [Сидоренко С.В., Тишков В.И., 2004]. Основным механизмом приобретенной резистентности является продукция микроорганизмами плазмидных бета-лактамаз широкого и расширенного спектра ,при этом наблюдают интенсивное межвидовое распространение детерминант резистентности [Bradford PA, et. al., 1997].
Феномен устойчивости специфичен, поэтому данные по отдельным странам, лечебным учреждениям и даже отделениям одной больницы могут различаться. Появление и распространение приобретенной резистентности составляет основную клиническую проблему, поскольку ее наличие у конкретной бактерии – возбудителя инфекционной болезни, невозможно прогнозировать [Березин А.Г., Ромашов О.М., 2003].
Механизмы защиты бактерий от антимикробных лекарственных средств.
Бактериями используются различные механизмы защиты от антимикробных лекарственных средств, причем некоторые бактерии обладают несколькими механизмами защиты одновременно. Интенсивный селективный прессинг антибиотиков, обусловливает быструю эволюцию и распространение новых механизмов резистентности в медицинских учреждениях и, прежде всего, в отделениях реанимации и интенсивной терапии [Мудрак Д.А., 2010].
Возникновению и распространению резистентности микроорганизмов к антимикробным препаратам способствуют: во-первых, появление в генах микробов случайных мутаций, которые могут, например, изменять спектр активности бактериальных ферментов, расщепляющих антибиотики. Во-вторых, это обмен генетическим материалом между клетками, то есть перенос генов от устойчивых к менее устойчивым или чувствительным микроорганизмам. В-третьих, селекция новых резистентных штаммов под действием избирательного давления антибиотиков, связанного с бесконтрольностью их применения в разных сферах [Abbanat D, Morrow B, Bush K., 2008].
Сегодня биохимические механизмы АБР подразделяют на несколько групп:
- Модификация мишени действия АБП путем изменчивости в результате спонтанных мутаций в кодирующих структуру мишеней генах или иных генетических событий, в результате которых, например, у некоторых пенициллин связывающих белков уменьшается сродство к β-лактамам;
- Инактивация АБП бактериальными ферментами, такими как β-лактамазы или ферменты, модифицирующие аминогликозиды. Механизмы инактивации (ферментативного разрушения или модификации) существовали у бактерий, продуцирующих антибиотики, задолго до начала использования этих веществ в качестве медицинских препаратов. В последующем детерминанты резистентности распространились среди возбудителей инфекционных болезней у человека.
- Активное выведение АБП из микробной клетки (эффлюкс), широко распространённый механизм устойчивости грамположительных и грамотрицательных бактерий к различным антибиотикам, таким как β-лактамы, фторхинолоны, макролиды, линкозамиды, тетрациклины, реализуемый различными системами эффлюкса;
- Нарушение проницаемости оболочки микробной клетки, этот механизм распространен, в основном, среди грамотрицательных бактерий, обладающих внешней мембраной и является наименее специфичным в отношении АБП разных групп;
- Защита мишени действия антибиотиков, которая обусловлена синтезом белков, препятствующих взаимодействию АБП с мишенями действия: различными ферментами, рибосомами, нуклеотидными последовательностями [Saidijam M., Benedetti G., Ren Q, 2006].
Антимикробная резистентность, обусловленная бета-лактамазами
По количеству применяемых в клинике препаратов β-лактамные антибиотики наиболее многочисленная группа среди всех антибактериальных средств. Семейство бета-лактамных антибиотиков включает четыре основные группы антимикробных препаратов: пенициллины, цефалоспорины, монобактамы и карбапенемы. Бета-лактамные антибиотики действуют на клетку бактерии двумя основными путями. Во-первых, они встраиваются в стенку бактериальной клетки и подавляют активность фермента транспептидазы, участвующего в завершающем этапе построения стенки бактерии. Во-вторых, они связываются с пенициллинсвязывающими белками (ПСБ), которые в норме подавляют гидролазы бактериальной клетки и таким образом высвобождают эти гидролазы, что приводит к лизису бактериальной стенки [Massova I, Mobashery S.1998, Bush K. Macielag MJ, 2010].
Эффективность бета-лактамных антибиотиков может снижаться вследствие возникновения к ним устойчивости, наиболее частым механизмом развития которой является продукция бактериями β-лактамаз. Эти ферменты инактивируют АБП в результате гидролиза одной из связей β-лактамного кольца, а также изменяют тип строения ПСБ [Bradford PA, 2001]. Бета-лактамазы расширенного спектра — БЛРС (extended spectrum beta-lactamases — ESBL) - это ферменты, которые продуцируются некоторыми видами бактерий и способны гидролизовать все пенициллины и цефалоспорины расширенного спектра [Paterson DL, Bonomo RA, 2005, Mariani-Kurkdjian P, Doit C, Bingen E. 2012]. У грамотрицательных бактерий (E. coli, K. pneumoniae и Acinetobacter spp) β-лактамазы расширенного спектра кодируют гены blaSHV, blaTEM, blaCTX и blaAMPC. Варианты blaSHV, blaTEM, устойчивые к широкому спектру антибиотиков, образовались в результате мутаций генов TEM-1 и SHV-1 [Knothe, H. et. al, 2005]. Во всем мире отмечается, что изоляты E.coli, продуцирующие наиболее часто встречающиеся ферменты типа CTX-M (особенно CTX-M-15), являются важной причиной инфекций мочевыводящих путей и инфекций крови [Pitout JD, 2012]. Глобально, ESBLs считаются проблематичными, особенно у госпитальных пациентов. У пациентов, контаминированных штаммами-продуцентами ESBL особенно высок риск неэффективности лечения [Bush K, 2010].
β-лактамазы представляют обширную группу генетически и функционально различных ферментов. Природная способность к продукции β -лактамаз характерна для многих видов микроорганизмов. Однако наибольшую значимость в последнее время приобретает широкое распространение плазмидно кодируемых β-лактамаз, являющихся факторами вторичной (приобретенной) резистентности у изначально чувствительных микроорганизмов. Бета-лактамазы, вероятно, впервые появились у микроорганизмов одновременно со способностью к продукции БЛА как факторы нейтрализующие действие синтезируемых антибиотических веществ. В результате межвидового генного переноса бета-лактамазы получили широкое распространение среди различных микроорганизмов, в том числе и патогенных. У грамотрицательных микроорганизмов бета-лактамазы локализуются в периплазматическом пространстве, у грамположительных они свободно диффундируют в окружающуюсреду [ Huang XZ et. al., 2012].
1. субстратному профилю, т.е. способности к преимущественному гидролизу тех или иных β-лактамов);
2. чувствительности к применяющимся в медицинской практике ингибиторам: клавулановой кислоте, сульбактаму, тазобактаму, обладающими минимальной антибактериальной активностью, но способные необратимо связываться с бета-лактамазами и, таким образом, ингибировать их активность;
3. по типу экспрессии (конститутивный или индуцибельный). При конститутивном типе микроорганизмы синтезируют бета-лактамазы с постоянной скоростью, при индуцибельном количество синтезируемого фермента резко возрастает после контакта с антибиотиком (индукции). Эта характеристика, наряду с субстратным профилем фермента, определяет возможность формирования резистентности;
4. источнику и локализации кодирующих генов. Эта характеристика определяет эпидемиологию резистентности. При плазмидной локализации генов происходит быстрое внутри- и межвидовое распространение резистентности, при хромосомной наблюдают распространение резистентного клона.
Видоспецифические β-лактамазы кодируются хромосомно. [Bush K, Macielag MJ, 2010].
Гены ферментов часто входят в состав конъюгативных плазмид и мобильных генетических элементов (транспозонов, бактериофагов и интегронов), при появлении генетически обусловленных механизмов резистентности возможны концентрация и передача внехромосомной ДНК с помощью плазмид и мобильных генетических элементов, что приводит к распространению генов, кодирующих резистентность к антибиотикам среди бактерий. Плазмиды могут передаваться в бактериальной популяции от клетки-донора к клетке-реципиенту при конъюгации [Villa et al., 2000]. Благодаря транспозрнам происходит широкое распространение генов резистентности на различных плазмидах даже среди неродственных бактерий. Интегроны имеют детерминанты резистентности, обнаруженные на кассетнымх генамах, которые включают один ген и один рекомбинантный сайт [Миронов А.Ю. Харсеева Г.Г., Клюкина Т.В., 2011]. Примечательно, что генетические мутации, приводящие к замене всего нескольких аминокислот в белковой последовательности, изменяют структуру фермента таким образом, что спектр разрушаемых им антибиотиков значительно расширяется [Богун Л.В., 2007].
Существуют различные схемы классификации бета-лактамаз, наиболее известная была разработана Bush, Jacoby and Medeiros [Bush et al., 1995]. В настоящее время используется структурная и функциональная системы классификации β-лактамаз на основе их молекулярной структуры и ранее разработанных схем [Ghafourian S, Sadeghifard N et.al., 2014]. (табл.1)
Таблица 1 Классификация β-лактамаз [Ghafourian S, Sadeghifard N et.al., 2014].
Читайте также: