Антибиотик подавляет рост бактерий, если он 1) проникает в бактериальную клетку, 2) взаимодействует с субклеточной структурой, выполняющей важную для жизнедеятельности функцию, и 3) в значительной степени подавляет эту функцию.

Бактерия становится устойчивой к аь¦ибиотику, если хотя бы одно из этих условий не выполняется. Ответственным за это может быть один из следующих биохимических механизмов:

1) модификация антибиотика с образованием неактивной формы;

2) модификация мишени, на которою действует антибиотик;

3) уменьшение проницаемости бактериальной клетки для антибиотика;

4) увеличение образования субклеточных структур, на которые действует антибиотик.

В табл. 4.1 представлены типы и механизмы устойчивости к наиболее известным антибиотикам.

А. МОДИФИКАЦИЯ АНТИБИОТИКА Устойчивая бактерия синтезирует фермент, способный переводить антибиотик в неактивную форму. Из таких ферментов наиболее важны следующие.

1. Пептидазы, гидролизующие пептидные связи, в частности (3-лактамазы, размыкающие р-лактамное кольцо пенициллина и цефалоспорина. Не все р-лактамазы, образуемые различными устойчивыми штаммами, идентичны. Например, р-лактамаза стафилококков не активна в отношении цефалоспоринов, тогда как р-лактамазы Е. соИ инактивируют их.

2. Ацетилтрансферазы, инактивирующие антибиотики в результате переноса ацетильной группы от донора к функциональной группе антибиотика. Примером может служить превращение хлорамфеникола в ацетил- или диацетилхлорамфёникол.

4. Фосфотрансферазы, инактивирующие антибиотики путем включения в них фосфатной группы. Такой модификации, например, подвергается стрептомицин.

5. Аденилтрансферазы, инактивирующие антибиотки путем переноса к нему остатка адениловой кислоты.

Инактивирующие ферменты могут быть как конститутивными, так и индуцированными антибиотиком. Во втором случае клетки, содержащие ген устойчивости, обладают контрольным механизмом, позволяющим не синтезировать фермент (например, (3-лактамазу), когда в нем нет необходимости (например, в отсутствие антибиотика). В присутствии антибиотика включается механизм индукции и клетка синтезирует инактивирующий фермент. Заметим, что антибиотик не является причиной устойчивости, а только индуцирует экспрессию генов устойчивости, имеющихся в клетке.

Б. МОДИФИКАЦИЯ МИШЕНИ, НА КОТОРУЮ действует антибиотик Механизм действия многих антибиотиков основан на инактивации белковой молекулы, которую, вообще говоря, можно на звать рецептором. Антибиотик связывается с таким рецептором, образуя более или менее стабильный комплекс. Большой класс устойчивых форм микроорганизмов представлен бактериями, у которых рецептор в результате мутации не способен связывать антибиотик. Реже рецептор сохраняет свои функции даже после образования комплекса с антибиотиком. Зачастую различие состоит в замене только одной аминокислоты в полипептидной цепи белка. Примером могут служить некоторые мутанты, устойчивые к стрептомицину, с измененным стрептомицнп-связы-вающим белком Р10. Имеются мутанты, устойчивые к эритромицину, с измененным белком Р8 бОБ-субчастицы рибосом, на который действует этот антибиотик, а также другие макролиды, такие как олеандомицин. Другой пример представляют мутанты, устойчивые к рифампину. ДНК-зависимая РНК-полнмераза (мишень рифамицинов), выделенная из таких мутантов, не способна образовывать комплекс с антибиотиком. По крайней мере в одном случае показано, что это связано с изменением р-цепи одного из пяти белков, составляющих этот фермент. Выделены также бактерии, которые не только устойчивы к антибиотику, но растут лишь в его присутствии (например, стрептомицина). Это любопытное явление объясняют тем, что белок-мишень устойчивого штамма не активен, но способен функционировать после связывания антибиотика.

В. ИЗМЕНЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ КЛЕТКИ ДЛЯ АНТИБИОТИКА Часто предполагают, что причиной устойчивости являются мутации, которые делают клетку непроницаемой для антибиотика. Однако в одних случаях оказывается, что устойчивость обусловлена иными причинами, а в других остаются сомнения относительно механизма устойчивости, поскольку нет убедительных данных об изменении проницаемости. Как и другие органические вещества, антибиотики проникают через клеточную мембрану с помощью двух главных механизмов: 1) пассивной диффузии или 2) специфического активного транспорта. Если физические свойства антибиотика таковы, что он может проникать в клетку путем пассивной диффузии, то вряд ли может произойти мутация, в результате которой клетка станет непроницаемой для антибиотика. Фактически это возможно лишь в результате сильного изменения структуры мембраны, которое скорее всего приведет к гибели клетки. Когда антибиотик проникает в клетку с помощью специфического транспортного механизма, как в случае тетрациклинов или аминогдикозидов, вероятной причиной устойчивости может быть изменение свойств специфического белка-переносчика.

Антибиотик р-Лактамные

анти-

Тип механизма Инактивация

Локализация ренети- Описание механизма чеекпх детерминантов Обычно внехромосом- р-Лактамазы размыкают р-лактамное кольцо. Одни из них

биотшш

(пени-

пая специфичны в отношении пенициллинов или цефало-

ДИЛЛИНЫ и

цефа-

споринов, другие не различают субстраты. Обычно ин-

лоспорииы)

Хлорамфспикол Аминогликозидн

антибиотики

ыс

«Врожденная» устойчивость Толерантность

Инактивация Модификация мише

н Инактивация

дуцируемые у грамположительных бактерий и конститутивные у грамотрицательных Хромосомная Устойчивость к метициллину (S. aureus)

Неизвестна Рост S. aureus подавляется пенициллином (низкие МПК),

но клетки не погибают (высокие МБК). Для толерантных штаммов характерно высокое содержание ингибитора автолизина Вцехромосомная Ацетилирование индуцируемым ферментом Хромосомная Модификация рибосомного рецептора Внехромосомная N-ацетилирование. Различные бактерии имеют разные ферменты, обладающие разной специфичностью в отношении разных антибиотиков и атакующие разные NH2-rpynnbi. Во всех случаях донором ацетильной группы является ацетил-СоА Фосфорилирование. Различные бактерии имеют разные ферменты, обладающие разной специфичностью в отношении разных антибиотиков и атакующие разные ОН-группы. Во всех случаях донором служит АТР.

Стрептомицин

Модификация мишени

Аденилирование. Фермент переносит остаток адениловой кислоты от АТР, освобождая пирофосфат, к 2-ОН-группе З-ІТНг-З-дезоксиглкжозьі разных антибиотиков Хромосомная Изменение белка ЗОБ-субчастицы рибосом

Инактивация

Внехромосомная Аналогично другим аминогликозидам

Касугамнцип

Модификация мишени

Хромосомная Изменение 16S-PHK ЗОБ-субчастицы рибосом

Эритромицин

То же

» Изменение белка 50Б-субчастицы рибосом

Внехромосомная Метилирование рибосомной РНК (S. aureus)

Рифамицины

» »

Хромосомная Изменение ^-субъединицы РНК-полимеразы

Циклосерин

Изменение проницаемости

» Модификация системы транспорта L-аланина и г.'шцния (которая используется и для транспорта циклосерина 1

Тстрациклннм

То же

Внехромосомная Пониженная эффективность транспорта. Устойчивость от

части индуцируемая

Фузидиевая кислота

.Модификация мишени

Хромосомная Изменение G-фактора элонгации при синтезе белка

Фосфомицин

Изменение проннаае мости

ъИзменение системы транспорта глицерофосфата пли глю-козо-6-фосфата (используемой для транспорті фосфомицин а)

Г. БОЛЕЕ ИНТЕНСИВНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ФЕРМЕНТА, ИНГИБИРУЕМОГО АНТИБИОТИКОМ Мутанты этого типа часто встречаются среди организмов, устойчивых к антнметаболитам, таким как 5-метнлтриптофан или триметоприм. В первом случае образуется больше триптофана, во втором - редуктазы фолиевой кислоты. Мутанты, устойчивые к циклосерину, образуют больше, чем в норме, ала-нинрацемазы или О-аланил-О-алаппнсинтстазы.

Д. ДРУГИЕ ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ Перечисленные выше четыре механизма, в особенности два первых, встречаются чаще всего. Однако могут существовать и другие механизмы устойчивости, например основанные на образовании метаболитов, способных снижать активность антибиотика, или на использовании неингибируемых альтернативных метаболических путей.

Е. КОММЕНТАРИИ Из всего сказанного выше можно сделать некоторые общие заключения.

1. Имеется много биохимических механизмов устойчивости к антибиотикам. Одни из них (второй и четвертый) связаны е механизмом действия антибиотика, другие (первый) не зависят от него.

2. Для каждого данного антибиотика могут встречаться штаммы, устойчивость которых определяется разными механизмами. Например, устойчивость к стрептомицину может быть связана с наличием инактивирующего фермента или с модификацией мишени, на которую действует антибиотик.

3. Когда два антибиотика действуют на одну мишень, часто наблюдается перекрестная устойчивость. Бактерии, приобретающие устойчивость из-за модификации мишени, обычно устойчивы к обоим антибиотикам. Когда устойчивость к одному из двух антибиотиков не связана с модификацией мишени (например, при наличии инактивирующего фермента), другой антибиотик может сохранять активность, и перекрестная устойчивость не наблюдается.

Мы благодарны автору и издательствам, которые не противодействует, а способствует образованию медицинских работников.
В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, напиши нам и материалы будут незамедлительно удалены!