Под резистентностью (устойчивостью) понимают способность микроорганизма
переносить значительно большие концентрации препарата, чем остальные микроорганизмы
данного штамма (вида), или развиваться при таких концентрациях, которые превышают
достигаемые в макроорганизме при введении антибиотиков, сульфаниламидов и нитрофуранов
в терапевтических дозах.
Резистентные штаммы микроорганизмов возникают при изменении генома бактериальной
клетки в результате спонтанных мутаций. Последние не связаны с направленным
действием на ДНК бактерии антибактериальных препаратов, которые играют роль
лишь селективных агентов. В процессе селекции в результате воздействия химиотерапевтических
соединений чувствительные микроорганизмы погибают, а резистентные сохраняются,
размножаются и распространяются в окружающей среде. Приобретенная резистентность
закрепляется и передается по наследству последующим генерациям бактерий.
Скорость развития и степень выраженности устойчивости связаны с видом и даже
штаммом возбудителя. Наиболее быстро и часто резистентность к антибактериальным
препаратам возникает у стафилококков, эшерихий, микоплазм, протея, синегнойной
палочки. Среди пастерелл, эризипелотриксов, клостридий, стрептококков группы
А, сибиреязвенных и гемофильных полочек резистентные штаммы выделяют сравнительно
редко.
Наиболее частой генетической основой резистентности служит наличие в бактериях
внехромосомных факторов устойчивости к лекарственным веществам – плазмид и транспозонов.
Бактериальные плазмиды, связанные с переносом маркеров лекарственной
устойчивости в процессе конъюгации клеток, получили название R-факторов. Плазмиды
резистентности R (конъюгирующие) состоят из двух компонентов – фактора переноса
устойчивости RTF, обеспечивающего передачу генетической информации, и r-фактора,
отвечающего за резистентность к антибиотикам. В отдельных случаях r-факторы
(неконъюгирующие плазмиды) существуют в бактериальных клетках самостоятельно.
Межбактериальный перенос таких r-факторов может осуществляться посредством их
мобилизации и коинтеграции с конъюгирующими плазмидами. R-фактор одновременно
может содержать 1-10 и более детерминант устойчивости к различным антибактериальным
соединениям.
Транспозонные элементы — это фрагменты ДНК, которые свободно
перемещаются от одного репликона к другому. Транспозоны определяют различные
фенотипические признаки бактериальной клетки, в частности антибиотикорезистентность,
и способствуют переносу детерминант устойчивости к антибиотикам между хромосомой,
плазмидами и фагами. Они не подчиняются rec-системам клетки, которые ограничивают
передачу хромосомных маркеров между неродственными видами. Гены, входящие в
состав транспозонов, окружены особыми нуклеотидными последовательностями (IS-элементами),
которые и обеспечивают их включение в негомологичный геном. Вхождение детерминант
устойчивости в состав транспозонов при постоянно действующем в условиях производства
селективном давлении антимикробных препаратов на бактериальные популяции может
привести к образованию гибридных плазмид, обусловливающих новые комбинации устойчивости
к химиотерапевтическим веществам.
Транспозоны могут перемещаться в пределах одного вида, а также попадать в новые
виды и роды микроорганизмов. Установлено, что транспозоны Т 1699 и Т 1700, присутствующие
в неконъюгативных плазмидах S. marcescens, первоначально проникают в конъюгативную
плазмиду этого вида, вместе с которой перемещаются в другие роды семейства Enterobacteriaceae.
Способность R-факторов передаваться от клетки к клетке путем конъюгации или
трансдукции объясняет быстрое распространение их по микробной популяции. Нередко
в результате автономной репликации в одной клетке находятся десятки копий плазмид,
что способствует быстрому развитию внехромосомной резистентности.
При трансдукции детерминанты устойчивости к антимикробным препаратам
переходят от клетки к клетке с помощью бактериофага, играющего роль переносчика.
Фаговая ДНК встраивается в бактериальный геном и при репликации, высвобождаясь
из хромосомы или плазмиды, может захватывать генетические элементы, отвечающие
за резистентность. Фаговая трансдукция играет важную роль в распространении
лекарственной устойчивости у грамположительных микроорганизмов, особенно стафилококков
и стрептококков.
Перенос плазмид при конъюгации осуществляется посредством половых
пилей при установлении контакта между двумя клетками. При этом в донорской клетке
(R+) происходит репликация плазмидной ДНК, одна цепь которой проникает в реципиентную
клетку (R-), где образует новую плазмиду. Если плазмиды интегрированы с хромосомой,
то при конъюгации возможен захват генетического материала из хромосомы плазмидной
ДНК. При этом могут передаваться детерминанты резистентности, локализованные
в хромосоме.
Передача генетической информации между микроорганизмами с помощью трансформации
имеет значение только для лабораторных исследований и не принимает участия в
распространении лекарственной устойчивости в условиях производства.
В то же время R-плазмидная передача устойчивости к лекарственным веществам является
наиболее важным механизмом возникновения резистентности в бактериальной популяции,
особенно в семействе энтеробактерий. С эпизоотической точки зрения наиболее
опасна передача детерминант устойчивости от одного вида микроорганизмов к другому.
Циркуляция плазмид от животных к животным, от животных к человеку и от человека
к животным способствует быстрому распространению лекарственной резистентности
во всем мире. Плазмиды резистентности распространяются в результате контактного
перезаражения лекарственно-устойчивыми микроорганизмами больших групп животных,
сконцентрированных на ограниченных площадях животноводческих помещений. Отмечена
передача R-факторов от животных к человеку. Так, у персонала, работающего в
животноводстве, количество резистентной микрофлоры в несколько раз выше, чем
у людей, не контактирующих с животными. Высокая обсемененность туш забитых животных
и птицы лекарственно-устойчивыми микроорганизмами способствует распространению
R-факторов среди работников мясокомбинатов, а также лиц, занятых переработкой
мясопродуктов и употребляющих в пищу мясо, не подвергнутое необходимой термической
обработке.
Большинство штаммов Е. coli — комменсалы кишечника, которые легко перемещаются
как внутри популяции животных и человека, так и между ними, о чем свидетельствует
сходный набор плазмид резистентности. Основная масса этих штаммов устойчива
к большинству антибактериальных соединений. Апатогенные эшерихии служат постоянным
резервуаром плазмид резистентности, в котором попадающий в организм возбудитель,
сам по себе не несущий R-фактор, при конъюгации может приобрести детерминанты
устойчивости к лекарственным препаратам.
Использование антимикробных средств в заниженных дозах, увеличение интервалов
между введением препарата приводят к созданию в организме субтерапевтических
концентраций антибактериальных соединений и, как следствие этого, к селекции
резистентных форм микроорганизмов.
Применение антибиотиков, предназначенных для этиотропной терапии, с целью повышения
продуктивности животных привело к селекции микрофлоры, резистентной к лечебным
препаратам. В результате широкого употребления в животноводстве тетрациклиновых
антибиотиков в качестве кормовой добавки большинство штаммов сальмонелл и эшерихий
приобрело резистентность к препаратам этой группы.
Устойчивость микроорганизмов к антимикробным препаратам в случае как плазмидной,
так и хромосомной локализации детерминант резистентности может быть обусловлена
несколькими механизмами.
Наиболее часто лекарственная устойчивость связана со способностью микроорганизмов
вырабатывать ферменты, инактивирующие антибактериальные препараты. Характерный
пример устойчивости этого типа — способность ?-лактамаз (пенициллиназ) бактерий
гидролизировать ?-лактамные кольца пенициллинов и цефалоспоринов. В результате
разрыва ?-лактамной связи антибиотики теряют свою специфическую активность в
отношении микроорганизмов.
Другой важный механизм, обусловливающий антибиотикорезистентность, заключается
в нарушении проницаемости микробных клеток для антибиотика. Так, изменение у
стафилококков и синегнойной палочки липидного состава клеточной стенки нарушает
ее проницаемость соответственно для фузидиевой кислоты и левомицетина. Появление
неспецифических белков в наружной мембране Е. coli снижает ее чувствительность
к антибиотикам. Резистентность к полимиксину у синегнойной палочки связана с
изменением структуры наружной мембраны, что предотвращает проникновение антибиотика
в микробную клетку.
Резистентность к тетрациклинам чаще всего носит индуктивный характер. При контакте
с антибиотиком у микроорганизмов начинается синтез специфических белков, которые
в основном локализуются на наружной мембране и ограничивают поступление тетрациклина
в клетку. По другим данным, индуцированные белки нарушают взаимодействие антибиотика
с 30S-субчастицей рибосом или, изменяя проницаемость клеточной мембраны, обеспечивают
свободный выход тетрациклина из бактериальной клетки.
Модификация чувствительных к антибиотику участков также приводит к развитию
резистентности у микроорганизмов. Изменение белка S12, входящего в состав 30S-субчастицы
рибосомы, или белков L4 и L12, входящих в состав 50S-субчастицы, уменьшает связывание
соответственно аминогликозидов или макролидов с рибосомами, что предотвращает
ингибирующее действие антибиотиков на синтез белка. Этот механизм устойчивости
обычно обусловлен хромосомными мутациями.
Возможный механизм развития резистентности - это синтез соединений, не инактивирующихся
под действием антибактериальных веществ. Так, устойчивость к сульфаниламидам
и триметоприму связана с выработкой нечувствительных к действию этих препаратов
дигидроптероатсинтетазы и дигидрофолатредуктазы.
Широкое распространение лекарственно-устойчивых микроорганизмов требует разработки
комплекса мероприятий, ограничивающих циркуляцию резистентных бактерий среди
сельскохозяйственных животных. Меры по ограничению распространения лекарственно-устойчивых
микроорганизмов должны быть направлены, во-первых, на предупреждение формирования
резистентных популяций и, во-вторых, на подавление уже сформировавшихся популяций.
Один из возможных способов преодоления лекарственной устойчивости микроорганизмов
- химическая трансформация молекул антимикробных веществ, в частности антибиотиков,
направленная на создание новых препаратов, активных в отношении антибиотико-устойчивых
микроорганизмов. Путем трансформации были синтезированы полусинтетические пенициллины
и цефалоспорины, нечувствительные к действию ?-лактамаз: метициллин, оксациллин,
дик-локсациллин, цефамандол, цефуроксим, цефсулодин и ряд других.
Практически любая молекула антибиотика может инактивироваться в микробной клетке
за счет определенного механизма резистентности, поэтому спустя некоторое время
после начала использования нового препарата отмечают распространение детерминант
резистентности к этому соединению в плазмидах и транспозонах. В связи с этим
эффективность каждого антибиотика начинает уменьшаться, что обусловливает необходимость
синтеза все новых антимикробных препаратов.
Перспективными методами в борьбе с лекарственно-устойчивыми микроорганизмами
служит использование соединений, подавляющих определенные механизмы резистентности
в бактериальной клетке. Наибольшие успехи в этом направлении достигнуты в результате
применения неконкурентных ингибиторов ?-лактамаз, первый представитель — клавулановая
кислота. Она обладает слабой антибактериальной активностью, и как антибактериальный
препарат ее не используют. Основное ее свойство — способность необратимо ингибировать
пенициллиназы грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов.
Перспективное направление в борьбе с резистентностыо бактерий — использование
фосфогликолипидпых антибиотиков. Препараты этой группы взаимодействуют с половыми
пилями микроорганизмов, в связи с чем в первую очередь подавляют R+-клетки,
несущие детерминанты резистентности. Среди фосфогликолипидов широко используют
в животноводстве и птицеводстве флавомицин и макарбомицин, которые в желудочно-кишечном
тракте сельскохозяйственных животных значительно снижают количество антибиотико-резистентной
микрофлоры.
Другим подходом к решению проблемы воздействия на лекарственно-устойчивую популяцию
микроорганизмов является использование соединений, обеспечивающих элиминацию
плазмид из резистентных бактерий и действующих на детерминанты лекарственной
устойчивости. Одним из способов, ведущих к элиминации плазмид из микробной клетки,
стало применение ДНК-тропных веществ. Акрифлавин и хинакрин вызывают элиминацию
R-факторов из сальмонелл, шигелл и эшерихий.
Помимо непосредственного влияния на R-факторы, ДНК-тропные соединения за счет
снижения мутаций замедляют развитие резистентности микроорганизмов к антимикробным
препаратам. Так, акрихин и акрифлавин подавляют развитие антибиотико-устойчивых
штаммов бактерий к пенициллину, ампициллину, неомицину, рифампицину и стрептомицину.
Еще один путь предупреждения распространения плазмид резистентности — это использование
соединений, эффективно подавляющих процессы переноса детерминанты устойчивости
при конъюгации бактерий. Наиболее интенсивно ни этот процесс воздействуют рифампицин,
бромистый этидий, кофеин, протамин, неомицин и нитрофураны. Некоторые из этих
соединений обладают относительно низкой токсичностью и могут оказаться перспективными
при использовании в ветеринарной практике. Так, введение цыплятам протамина
и фуразолидона подавляет передачу плазмид резистентности у эшерихий.
Нарушение трансдукции химиотерапевтическими веществами, подавляющими перенос
фагами детерминант устойчивости к лекарственным веществам, может ограничивать
распространение устойчивых штаммов. Бромистый этидий и рифампицин подавляют
частоту передачи R-фактора у эшерихий в 100 раз, что связано с подавлением адсорбции
бактериофага на поверхности реципиентной клетки. Роккал и хлоргексидин предупреждают
появление и накопление канамицин-резистентных микроорганизмов за счет антифагового
действия в отношении трансдуцирующих бактериофагов.
Наиболее перспективный и реальный метод, ограничивающий появление
и накопление устойчивых бактерий в организме животных — это повышение эффективности
химиотерапии за счет использования комбинаций различных антимикробных препаратов.
Так, быстрого приобретения устойчивости золотистого стафилококка к новобиоцину
удается избежать благодаря его применению с тетрациклином. Использование изониазида
со стрептомицином предупреждает развитие резистентных к антибиотику штаммов
микобактерий туберкулеза. Метициллин и бензилпенициллин предотвращают быстрое
формирование устойчивости к фузидину у стафилококков.
Помимо предупреждения развития резистентности, рационально подобранные сочетания
антибактериальных препаратов могут воздействовать на устойчивые штаммы микроорганизмов
с помощью подавления ферментов, инактивирующих один из компонентов смеси.
При комбинировании левомицетина с ампициллином и окситетрациклина с пенициллином
удается воздействовать на ?-лактамазопродуцирующие штаммы Haemophilus influenzae
и стафилококка за счет ингибирования бактериостатическими антибиотиками процесса
?-лактамазообразования в микробной клетке, в связи с чем резистентные микроорганизмы
становятся чувствительными к ?-лактамазолабильным антибиотикам.
Для предотвращения развития лекарственной резистентности и воздействия на устойчивую
микрофлору наиболее широко используют комбинированную химиотерапию.
Главная | Обучающий блок | Содержание |