Задача 17

Некоторые генетические аспекты различных механизмов антибиотикорезистентности.

Формирование в бактериальной клетке перечисленных выше защитных механизмов обусловлено появлением «генов резистентное™» не только в хромосоме. Большое внимание привлекают и внехромосомные (плазмидные) генетические элементы микробной клетки, представляющие собой кольцевые молекулы ДНК, имеющие размер в сотни раз меньший, чем хромосомы.

Плазмиды, несущие гены резистентное™ к антибиотикам, получили название R плазмид (более старый термин R факторы). Основная опасность плазмидной резистентности в генетическом плане в том, что плазмиды передаются из клетки в клетку путем конъюгации (аналог полового процесса) без деления клетки, однако, плазмида при этом реплицируется. Таким образом, одна клетка может быстро передать резистентность большому количеству клеток. Этому способствует и то обстоятельство, что некоторые типы плазмид многокопийны. Возник даже термин «инфекционная резистентность», то есть «заражение резистентностью» одних клеток от других.

Плазмидная резистентность редко встречается лишь в случае первого из перечисленных выше механизмов резистентности. Причиной антибиотикорезистентности, вызванной изменением конформации внутриклеточной мишени, являются спонтанные мутации в структурном гене, то есть в гене, определяющем структуру той макромолекулы, с которой как с мишенью связывался антибиотик. В результате таких мутаций меняется аминокислотная последовательность в ферменте или в рибосомном белке, что ведет и к изменению конформации молекулы, перестающей связывать антибиотик. Причина появления изоферментов с беталактамазной активностью в том, что микробная клетка защищает себя от антибиотиков за счет мутаций в гене, кодирующем последовательность аминокислот в ферменте-мишени, то есть в «структурном» гене этого фермента. Происходит расщепление беталактамного кольца и антибиотик теряет свою активность.

Мутировавшие хромосомные гены могут быть, согласно принятому термину, «мобилизованы», то есть оказаться в плазмидах и быть переданы за счет механизмов распространения плазмид, в другие клетки. Однако, переноса резистентности при этом, в большинстве случаев не происходит. В новой клетке - хозяине будут работать (экспрессироватъся) как свои хромосомные так и чужие (плазмидные) структурные гены и, в результате, часть мишеней для антибиотика будет «чувствительной» к нему, то есть будет его связывать, а часть - резистентной. В таких случаях антибиотикочувствительность доминирует над антибиотикорезистентностью. Именно поэтому при выявлении резистентности за счет изменения конформации мишеней, гены резистентности оказываются локализованными в хро­ мосомах. Транспозоны представляют генетические элементы ДНК, способные самостоятельно перемещаться в пределах репликона (генома), а также к перемещению из одного репликона (хромосомного, плазмидного, фагового)в другой. Многие транспозоны при этом перемещении несут детерминанты устойчивости к антибиотикам (например, к канамицину,

О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ 1 ►

БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова

В начало | Меню | Программа | Литература | Возврат к предыдущему документу | -4 2 ►

хлорамфениколу, тетрациклину, эритромицину. При встраивании в ген транспозонов, несущих детерминанты устойчивости к антибиотикам, появляются мутанты с двойным фенотипом. Во-первых, инактивация гена сопровождается утратой функции, которую он контролирует. Во-вторых, экспрессия генов этого транспозона приводит к лекарственной устойчивости. Практически теряется терапевтическая активность антибиотиков.

Исключения здесь связаны с теми случаями, когда изменения конформации мишени происходят не вследствие мутации в ее структурном гене, а в результате ферментативной модификации уже синтезированной мишени. Ген фермента модифицирующего мишень может иметь не только хромосомную, но и плазмидную локализацию. Особенно часто плазмидная локализация генов резистентности встречается при ферментативной инактивации антибиотитиков. Иногда в одной плазмиде оказываются локализованными несколько генов, кодирующих ферменты, воздействующие на антибиотики разных групп. Отсюда возникло понятие полирезистентности микроорганизмов. Полирезистентные штаммы возбудителей инфекций представляют серьезную проблему в инфекционной клинике, вызывая так называемую «госпитальную инфекцию», когда к тем антибиотикам, которые используют в инфекционной клинике возникает устойчивая резистентность со стороны возбудителей различных инфекционных заболеваний и лекарственные препараты - антибиотики теряют свою активность.

Механизмы антибиотикорезистентности. Ферменты, вызывающие инактивацию антибиотиков аминогликозидной структуры.

Ферментативная инактивация аминогликозидов - наиболее часто встречающийся механизм резистентности к этим антибиотикам. Представляет интерес то обстоятельство, что ферменты, инактивирующие аминогликозиды, несмотря на предположения о их существовании, долгое время обнаружить не удавалось. Этому способствовали два обстоятельства, отличающие их от беталактамаз. Во-первых, они не являются гидролазами, то есть их активность выявляется не просто в водной среде, а требует для своего проявления более сложной реакционной смеси.

Во-вторых, если часть беталактамаз, (беталактамазы грамположительных микроорганизмов) относится к внеклеточным ферментам, что облегчает их обнаружение, то ферменты, катализирующие инактивацию аминогликозидов, практически всегда имеют только внутриклеточную локализацию (за исключением некоторых специально полученных лабораторных штаммов мутантов).

Все это привело к тому, что бактериальные ферменты, воздействующие на аминогликозиды, удалось обнаружить лишь спустя два десятилетия после внедрения в медицинскую практику стрептомицина - первого ставшего известным аминогликозидного антибиотика. Для сравнения: пенициллаза была открыта спусти два-три года после начала систематических работ с пенициллином.

Ферменты, инактивирующие аминогликозидные антибиотики, относятся по современной номенклатуре и классификации ферментов, к классу трансфераз. Это означает, что они не расщепляют молекулу аминогликозидных антибиотиков, а переносят (transfer) на нее определенные фрагменты, а именно, катализируют замещение гидроксильных групп у аминогликозидов остатками фосфорной или адениловой кислоты, а аминогруппы аминогликозидов замещают остатками уксусной кислоты.

О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ < 2 ►

БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова

В начало | Меню | Программа | Литература | Возврат к предыдущему документу | -4 3

Таким образом, инактивирующие аминогликозиды ферменты, это: - фосфотрансферазы, аденилтрансферазы, ацетилтрансферазы

Важнейшее свойство данных ферментов, которое должно быть обязательно отмечено: каждый фермент, за самыми редкими исключениями, катализирует замещение только одной функциональной группы в молекуле аминогликозидного антибиотика. Однако, этого достаточно для потери антибиотиком своей активности.

Активный выброс антибиотиков, на примере тетрациклиновых обнаруживает новые белки в цитоплазматической мембране, представляющих систему активного «выброса» тетрациклинов, проникших в клетку, что делает применение данных антибиотиков неэффективным. Эта система белков включает в себя «белок-ловушку», «линкерный белок» и «белок-помпу».Такая же ситуация наблюдается в отношении противоопухолевых антибиотиков, с чем связывают их недостаточную эффективность в лечении различных онкологических заболеваний.

О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ < 3

БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова

В начало | Меню | Программа | Литература | Возврат к предыдущему документу | 1 ►