Антибиотики. Методичка по антибиотикам. Нечаева О. В., Швиденко И. Г., Шуб Г. М
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Инактивация АБП является наиболее распространенным механизмом устойчивости микроорганизмов к β-лактамным антибиотикам, в результате которого происходит гидролиз одной из связей β-лактамного кольца ферментами β-лактамазами. К настоящему времени описано более 400 различных β-лактамаз. Все известные в настоящее время β-лактамазы делят на 4 молекулярных класса, в пределах которых ферменты характеризуются общностью свойств и определенной аминокислотной гомологией. β-лактамазы классов А, С и D относятся к ферментам «серинового» типа (по аминокислоте, находящейся в активном центре фермента). Ферменты класса В относятся к металлоэнзимам, поскольку в качестве ко-фермента в них присутствует атом цинка. В соответствии с современными представлениями считается, что бета-лактамазы и пенициллинсвязывающие белки (ПСБ) имеют общего предшественника. В процессе эволюции ферменты, осуществляющие синтез пептидогликана и разрушающие беталактамные антибиотики, выделились в самостоятельные группы. β-лактамазы встречаются у подавляющего большинства клинически значимых микроорганизмов. У грамотрицательных микроорганизмов β- лактамазы локализуются в периплазматическом пространстве, у грамположительных они свободно диффундируют в окружающую среду. К практически важным свойствам β-лактамаз относятся: - Субстратный профиль, то есть способность к преимущественному гидролизу определенных β-лактамных антибиотиков, например пенициллинов или цефалоспоринов или тех и других в равной степени. - Локализация кодирующих генов (плазмидная или хромосомная). Эта характеристика определяет эпидемиологию резистентности. 46 - Чувствительность к действию ингибиторов. - Тип экспрессии (конститутивный или индуцибельный). При конститутивном типе микроорганизмы синтезируют β-лактамазы с постоянной скоростью, при индуцибельном количество синтезируемого фермента резко возрастает после контакта с антибиотиком (индукции). К самым распространенным ферментам относятся стафилококковые β- лактамазы (встречаются у 60-80% штаммов) и β-лактамазы широкого спектра грамотрицательных бактерий (среди штаммов E.coli встречаются в 30-40% случаев). Несмотря на широкое распространение перечисленных ферментов, они не представляют серьезной проблемы для терапии, поскольку многие современные β-лактамы (цефалоспорины II-IV поколений, ингибиторозащищенные пенициллины, карбапенемы) не чувствительны к гидролизу. Таблица 13 Наиболее распространенные β-лактамазы и их свойства 47 Основные классы β-лактамаз Гидролизуемые антибиотики Чувствительность к ингибиторам β-лактамаз Наиболее частые продуценты Плазмидные β- лактамазы класса А стафилококков природные и полусинтетические пенициллины, кроме изоксазолилпенициллинов (метициллин, оксациллина и др.) + Staphylococcus spp. Плазмидные β- лактамазы широкого спектра класса А грамотрицательных бактерий природные и полусинтетические пенициллины, цефалоспорины I поколения + Escherichia coli Pseudomonas spp. Neisseria spp. Vibrio spp. Shigella spp. Salmonella spp. Плазмидные β- лактамазы расширенного спектра класса А грамотрицательных бактерий природные и полусинтетические пенициллины, цефалоспорины I-IV поколения. + Представители сем. Enterobacteriaceae, Pseudomonas aeruginosa, Moraxella catarrhalis Хромосомные β- лактамазы класса А грамотрицательных бактерий природные и полусинтетические пенициллины, цефалоспорины I-II поколения. + Klebsiella pneumoniae Proteus vulgaris Proteus mirabilis Escherichia coli Хромосомные β- лактамазы класса В грамотрицательных бактерий практически все β- лактамы, включая карбапенемы — Serratia marcescens Хромосомные β- лактамазы класса С грамотрицательных бактерий природные и полусинтетические пенициллины, цефалоспорины I-III поколения ― Enterobacter spp. Pseudomonas spp. Плазмидные β- лактамазы класса D грамотрицательных бактерий природные и полусинтетические пенициллины, цефалоспорины I-II поколения.. Многие способны также гидролизовать, цефалоспорины III поколения ― Pseudomonas spp. 48 Хромосомные β-лактамазы класса А грамотрицательных бактерий относятся к категории конститутивных ферментов и гидролизуют природные и полусинтетические пенициллины, а также цефалоспорины I-II поколений. Продуцентами этих β-лактамаз чаще всего являются Klebsiella spp., Proteus vulgaris, Citrobacter diversus и другие представители грамотрицательных микроорганизмов. Высокой активностью в отношении вырабатывающих эти ферменты бактерий обладают «защищенные» β-лактамы, цефалоспорины III-IV поколений, монобактамы и карбапенемы. Хромосомные β-лактамазы класса В грамотрицательных бактерий (металло- β-лактамазы) гидролизуют β-лактамное кольцо с участием ионов цинка, находящихся в активном центре ферментов. Характерными особенностями металлоэнзимов являются расположение кодирующих их генов на бактериальной хромосоме, устойчивость к действию ингибиторов (клавулановой кислоте, сульбактамам, тазобактамам) и активность в отношении всех β-лактамных антибиотиков, включая карбапенемы. Хромосомные β-лактамазы класса С (цефалоспориназы) распространены у многих видов семейства Enterobacteriaceae (Enterobacter spp., Serratia spp., Citrobacter spp., Morganella spp., Providencia spp. и др.) и неферментирующих грамотрицательных бактерий (Pseudomonas spp. и др.). Продукция этих ферментов часто носит индуцибельный характер, т. е. синтез цефалоспориназ резко увеличивается в присутствии некоторых антибиотиков (индукторов хромосомных β-лактамаз). Этот механизм резистентности достаточно часто реализуется у больных с тяжелыми гнойно-септическими инфекциями на фоне лечения цефалоспоринами III поколения. К сильным индукторам цефалоспориназ относятся аминопенициллины и цефалоспорины I поколения, которые быстро разрушаются под действием этих ферментов. Клавулановая кислота, сульбактам и тазобактам не обладают ингибирующей активностью в отношении β-лактамаз данного типа, поэтому 49 ингибиторозащищенные β-лактамы клинически неэффективны. Карбоксипенициллины, уреидопенициллины, монобактамы и цефалоспорины II-III поколений в меньшей степени индуцируют продукцию цефалоспориназ. Для лечения инфекций, вызванных штаммами-гиперпродуцентами хромосомных β- лактамаз класса С, рекомендуется применять цефалоспорины IV поколения и карбапенемы. Pseudomonas aeruginosa и некоторые другие грамотрицательные бактерии способны вырабатывать плазмидные β-лактамазы класса D, гидролизующие природные, полусинтетические и «защищенные» β-лактамы, а также цефалоспорины I-III поколений. Для лечения заболеваний, вызванных этими микроорганизмами, используют цефалоспорины IV поколения и карбапенемы. В настоящее время наибольшее значение для клинической практики имеют плазмидные β-лактамазы расширенного спектра грамотрицательных бактерий, поскольку они способны разрушать цефалоспорины III и, в меньшей степени, IV поколения. Чаще всего β-лактамазы расширенного спектра встречаются у микроорганизмов рода Klebsiella, достаточно часто у E.coli и Proteus spp., реже у других грамотрицательных бактерий. В России в отдельных учреждениях частота распространенности этих ферментов среди клебсиелл достигает 90%. При тяжелых нозокомиальных инфекциях, вызванных Enterobacter spp., Citrobacter spp. и некоторыми другими микроорганизмами, в процессе лечения цефалоспоринами III поколения примерно в 20% случаев формируется резистентность к этим антибиотикам, обусловленная гиперпродукцией хромосомных β-лактамаз класса С. В таких ситуациях эффективность сохраняют цефалоспорины IV поколения и карбапенемы. Хромосомные β-лактамазы класса В, разрушающие карбапенемы, распространены среди редких видов микроорганизмов, например, S.maltophilia. Еще одним из механизмов устойчивости к β-лактамам является активное выведение АБП из бактериальной клетки. Ранее считалось, что эти антибиотики активно не выводятся из микробной клетки, однако в последние годы появились сообщения о наличии у P.aeruginosa транспортных систем, 50 осуществляющих активное выведение ряда из них и, прежде всего, карбапенемов. Возникновение устойчивости к β-лактамным антибиотикам за счет нарушения проницаемости внешних структур микробной клетки встречается практически среди всех грамотрицательных бактерий, обычно в сочетании с другими механизмами. Это объясняется тем, что внешняя мембрана грамотрицательных микроорганизмов является препятствием для проникновения β-лактамов внутрь клетки. В результате мутаций возможна полная или частичная утрата поринов, приводящая к выраженному в различной степени снижению чувствительности к β-лактамам. Механизмы устойчивости бактерий к аминогликозидам Одним из возможных механизмов устойчивости к аминогликозидам является модификация мишени. Основной мишенью действия аминогликозидов является 30S субъединица бактериальной рибосомы, в некоторых случаях устойчивость может быть связана с ее модификацией. Распространение и клиническое значение устойчивости аминогликозидов, связанной с модификацией мишени, незначительно. Однако основным механизмом устойчивости является инактивация АБП. Этот процесс связан с появлением аминогликозидмодифицирующих ферментов (АМФ). Модифицированные молекулы аминогликозидов теряют способность связываться с рибосомами и подавлять биосинтез белка. Гены ферментов локализуются, как правило, на плазмидах, что приводит к быстрому внутри- и межвидовому распространению устойчивости. Существуют три группы АМФ, осуществляющих инактивацию аминогликозидных антибиотиков путем их связывания с различными молекулами: ацетилтрансферазы (ААС – присоединяющие молекулу уксусной кислоты), фосфортрансферазы (АРН – присоединяющие молекулу фосфорной кислоты), нуклеотидил- или аденилилтрансферазы (ANT – присоединяющие молекулу нуклеотида аденина). Эти ферменты находятся преимущественно в периплазматическом пространстве и не 51 действуют на антибиотики, находящиеся вне микробной клетки. Модифицированные ферментами аминогликозиды не проникают через цитоплазматическую мембрану, не связываются с бактериальными рибосомами и таким образом теряют свою активность. Механизм ферментативной инактивации аминогликозидных антибиотиков наиболее характерен для грамотрицательных бактерий и имеет гораздо меньшее значение для грамположительных возбудителей. Поскольку АМФ способны инактивировать сразу несколько препаратов, то для аминогликозидов характерно наличие перекрестной резистентности между отдельными препаратами этого класса. Среди грамотрицательных бактерий могут встречаться практически все комбинации устойчивости к отдельным аминогликозидам. Это связано с разнообразием субстратных профилей отдельных ферментов и возможностью наличия у бактерии одновременно нескольких генов АМФ. Для России характерна высокая частота распространения устойчивости среди грамотрицательных бактерий к гентамицину и тобрамицину, что вероятнее всего связано с необосновано широким применением этих препаратов. Частота устойчивости к нетилмицину несколько ниже, а устойчивость к амикацину встречается достаточно редко. У грамположительных бактерий АМФ встречающихся достаточно редко и маркером их наличия является устойчивость к гентамицину. Появляются данные о том, что аминогликозиды могут подвергаться активному выведению из микробной клетки. Еще одним механизмом возникновения устойчивости к аминогликозидам является нарушение проницаемости внешних структур микробной клетки. Проникновение аминогликозидов через внешнюю и цитоплазматическую мембраны бактерий является сложным процессом. Низкая природная чувствительность к аминогликозидам некоторых микроорганизмов (например, B.cepacia) связана именно с недостаточной проницаемостью для АМП внешней мембраны этих микроорганизмов. Их мутации, приводящие к изменению 52 структуры липополисахарида у E.coli и P.aeruginosa, могут обусловить значительное повышение устойчивости к аминогликозидам. Природная устойчивость к аминогликозидам анаэробов объясняется тем, что транспорт этих антибиотиков через цитоплазматическую мембрану связан с системами переноса электронов, которые у анаэробов отсутствуют. По этой же причине факультативные анаэробы в условиях анаэробиоза, становятся значительно более устойчивыми к аминогликозидам, чем в аэробных условиях. Практически важным фактом является природная устойчивость к аминогликозидам стрептококков и энтерококков, связанная с преимущественно анаэробным метаболизмом этих бактерий и, соответственно, невозможностью транспорта антибиотиков к чувствительным мишеням. При совместном воздействии на микробную клетку аминогликозидов и β-лактамов последние нарушают структуру цитоплазматической мембраны бактерий и облегчают транспорт аминогликозидов. В результате этого между β-лактамами и аминогликозидами проявляется выраженный синергизм. Механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам МЛС группы Наиболее распространенным механизмом устойчивости микроорганизмов к антибиотикам МЛС группы является модификации мишени. Модификация реализуется путем метилирования 23S рибосомальной РНК (присоединения СН 3 - группы) с помощью ферментов метилаз и последующего конформационного изменения рибосомы, что приводит к снижению аффинности к МЛС антибиотикам. У большинства бактерий устойчивость возникает в результате метилирования 23S-субъединицы рРНК. Известно около 20 генов (erm - erythromycin ribosome methylation) – ermA, ermAM, ermC, ermF и др., кодирующих фермент метилазу, они ассоциированы с транспозонами и могут локализоваться как на плазмидах, так и на хромосомах. Метилазы широко распространены среди многих аэробных и анаэробных грамположительных и некоторых грамотрицательных бактерий. 53 Метилирование мишени действия макролидов обусловливает высокий уровень устойчивости к этим антибиотикам ( МПК > 32-64 мг/л). В бактериальных клетках возможно два варианта синтеза метилаз: конститутивный и индуцибельный. При конститутивной резистентности синтез метилаз происходит постоянно, независимо от наличия в окружающей среде антибиотиков МЛС группы. При индуцибельном – фермент синтезируется только в ответ на появление в окружающей среде антибиотиков. У стафилококков индуцибельный синтез метилаз наблюдают в присутствии 14- и 15-членных макролидов, 16-членные макролиды, линкозамиды и стрептограмины индуцирующей активностью не обладают. Таким образом, для стафилококков на практике возможны следующие ситуации: – чувствительность ко всем препаратам МЛС группы; – устойчивость к 14- и 15-членным макролидам, при чувствительности к 16- членным, линкозамидам и стрептограминам (индуцибельный тип резистентности); – устойчивость ко всей МЛС группе (конститутивный тип резистентности). Стрептококковые (Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae) метилазы практически в равной степени индуцируются всеми МЛС антибиотиками. Частота устойчивости S. pyogenes и S. pneumoniae к макролидам в некоторых регионах мира к настоящему времени достигла такого уровня, когда возможно реальное снижение клинической эффективности этих антибиотиков. У ряда микроорганизмов (S. pneumoniae, Mycobacterium spp., Brachyspira hyodysenteriae, Propionibacterium spp., B. pertussis, H. influenzae, H. pylori) известен и другой механизм модификации мишени для МЛС группы - в результате мутаций в V домене 23S рРНК снижается сродство к антибиотикам и формируется клинически значимая устойчивость. При этом механизме наблюдают перекрестную резистентность ко всем макролидам и линкозамидам. Снижение чувствительности к макролидам и линкозамидам штаммов S. pneumoniae, S. pyogenes и S. oralis вызывают также мутации в генах рибосомальных белков L4 и L22. 54 Для Helicobacter pylori механизм резистентности к МЛС группе реализуется за счет модификации 23S рибосомальной РНК путем точечных мутаций, что приводит к утрате чувствительности к макролидам, применяемым для лечения этой патологии, прежде всего к кларитромицину. Возможно развитие устойчивости к антибиотикам МЛС группы за счет инактивации АБП. Ферменты, инактивирующие препараты МЛС группы, имеются как у грамположительных, так и грамотрицательных микроорганизмов. Некоторые из них способны инактивировать целые группы препаратов (например, макролидфосфотрансферазы E.coli и Staphylococcus spp.), другие только отдельные антибиотики (эритромицинэстеразы, распространенные среди семейства Enterobacteriaceae, линкомицинацетилтрансферазы стафилококков и энтерококков). Клиническое значение ферментов, инактивирующих МЛС группу, невелико. Активное выведение препаратов МЛС группы осуществляют несколько транспортных систем. Основное клиническое значение имеет система выведения, кодируемая mef-геном, распространенная среди S.pneumoniae, S.pyogenes и многих других грамположительных бактерий. Гены mef локализованы на хромосомах в составе конъюгативных элементов, что обеспечивает достаточно эффективное внутри- и межвидовое распространение. У стафилококков и энтерококков имеются транспортные системы, которые способствуют избирательному активному выведению макролидов, при этом линкозамиды не удаляются из клетки. Эти транспортные системы кодируются генами msr. У коагулазонегативных стафилококков такие белки кодируются генами (msrA) плазмидной локализации. Штаммы, обладающие такими детерминантами, проявляют устойчивость к 14- и 15-членным макролидам при чувствительности другим препаратам МЛС группы. Существуют также транспортные системы, осуществляющие избирательное выведение некоторых препаратов, например,линкомицина или олеандомицина. Механизмы устойчивости бактерий к гликопептидам 55 Возникновение устойчивости путем модификации мишени – это клинически наиболее значимый и хорошо изученный механизм устойчивости к этой группе лекарственных средств. Он наиболее детально изучен у энтерококков и связан с синтезом бактериями модифицированной боковой полипептидной цепи, в которой происходит замена концевой аминокислоты D- аланина на D-лактат (или D-серин). Детерминанты устойчивости могут локализоваться как на хромосомах, так и на плазмидах. Для экспрессии устойчивости к гликопептидам энтерококкам необходимы не только ферменты синтеза модифицированного предшественника пептидогликана, но и ферменты для элиминации нормального предшественника, синтез которого происходит параллельно. Известны три основных фенотипических варианта устойчивости |