Механизмы действия

В основе избирательного действия антибиотиков лежит специфическое связывание с мишенями, уникальными для бактерий и отсутствующими у человека. Основой терапевтического действия антибиотиков является подавление жизнедеятельности возбудителя инфекционной болезни в результате угнетения метаболических процессов. Последнее происходит в результате связывания антибиотика с мишенью: ферментом или структурной молекулой микроорганизма (табл. 49).

Таблица 49

Классификация антибиотиков по механизму действия

Мишень действия	Бактерицидные антибиотики	Бактериостатические антибиотики
Синтез КС	-лактамы Гликопептиды	–
Синтез белков в рибосомах	Аминогликозиды	Тетрациклины Левомицетин Линкозамиды Макролиды
Ингибирование синтеза НК	Рифамицины Фторхинолоны	–
Барьерная функция ЦПМ	Полипептиды Полиены	–

Механизмы действия антибиотиков бывают следующие:

1. Ингибирование синтеза пептидогликана КС бактерий: -лактамы, гликопептиды.

-Лактамы структурно подобны пептидам, участвующим в финальной стадии перекрестного связывания отдельных слоев пептидогликана КС. Транспептидазы встраивают пенициллин вместо пептида в цепь пептидогликана, перекрестная сшивка останавливается. КС состоит из отдельных несшитых блоков, т. е. становится непрочной и бактерия вскоре погибает.

Гликопептиды образуют комплекс с концевой аминокислотной последовательностью мономерного предшественника пептидогликана. В результате образования комплекса включение предшественников в растущую цепь пептидогликана тормозится и бактерия погибает.

2. Подавление на разных этапах синтеза белка:

• на уровне малой (30S) субъединицы бактериальной рибосомы — аминогликозиды и тетрациклины. При их связывании с 30S-субъединицей бактериальной рибосомы, неправильно считывается сигнал с иРНК, образуется нефункционирующий белок, т. е. блокируется нормальный синтез белка;

• на уровне большой (50S) субъединицы бактериальной рибосомы левомицетин, линкозамиды, макролиды подавляют процесс образования полипептидной цепи.

3. Подавление синтеза нуклеиновых кислот:

• блокада ДНК-зависимой РНК-полимеразы, нарушение синтеза бактериальной РНК и нарушение процесса транскрипции (рифампицин);

• разрушение ферментов, участвующих в формировании пространственной структуры молекулы ДНК при ее репликации: ДНК-гиразы, раскручивающей цепочку ДНК, и топоизомеразы IV, участвующей в разъединении кольцевых молекул ДНК (фторхинолоны).

4. Нарушение молекулярной организации и барьерной функции ЦПМ: полипептидные и полиеновые антибиотики. Они интегрируются в липидный бислой, открывают каналы в ЦПМ и выводят метаболиты, нарушают осмотическое равновесие, нуклеотиды и белки покидают клетку, и она погибает.

Механизмы резистентности микроорганизмов к антибиотикам

Штамм микроорганизмов считается резистентным к антибиотику, если его рост не подавляется минимальной концентрацией антибиотика, которая обычно подавляет рост бактерий этого вида.

Виды резистентности к антибиотикам:

1. Естественная (природная) резистентность обусловливается одним из следующих механизмов:

• отсутствием у микроорганизма мишени для действия антибиотика (например, пенициллины, подавляющие синтез КС бактерий, не действуют на микоплазм, не имеющих КС);

• недоступностью мишени для действия антибиотика вследствие первично низкой проницаемости КС;

• ферментативной инактивацией антибиотика. Механизмы инактивации существовали у бактерий, продуцирующих антибиотики, задолго до начала использования этих веществ в качестве медицинских препаратов. Вероятно, они выполняли функции защиты микроорганизма-продуцента от собственного антибиотика.

Формирование систем активного выведения антибиотиков и сложных внешних структур — эволюционно обусловленные механизмы защиты микроорганизмов от широкого круга экзогенных веществ.

Естественная резистентность — постоянный видовой признак микроорганизмов, она легко прогнозируется. Данные о спектре естественной резистентности микроорганизмов составляют основу для выбора эмпирической терапии инфекционных заболеваний. При наличии у бактерий естественной резистентности антибиотики клинически неэффективны.

2. Приобретенная резистентность — свойство отдельных штаммов бактерий сохранять жизнеспособность при тех концентрациях антибиотиков, которые подавляют основную часть микробной популяции. Прогнозировать наличие приобретенной резистентности к антибиотикам у конкретного штамма бактерий невозможно. Приобретенная резистентность по механизму может быть фенотипической и генетической.

Фенотипическая резистентность носит временный характер и возникает под влиянием внешней среды:

1. Метаболически неактивные микроорганизмы могут быть фенотипически резистентны.

2. Бактерии могут терять специфические рецепторы для антибиотика и становиться резистентными к нему. Например, микроорганизмы, чувствительные к пенициллину, могут переходить в L-формы, не имеющие КС, во время курса пенициллинотерапии. При реверсии к родительским бактериальным формам, синтезирующим КС, они вновь становятся чувствительными к пенициллину.

Генетическая резистентность связана с изменением генетического аппарата микробной клетки. Она носит стойкий, наследственный характер.

Пути возникновения генетической резистентности:

1. Повышение уровня экспрессии генов, детерминирующих резистентность, в результате спонтанных мутаций в локусе, контролирующем чувствительность к антибиотику.

Частота спонтанных мутаций низкая (10⁷–10¹²), однако при огромном числе клеток в бактериальной популяции вероятность возникновения изменения, приводящего к превращению чувствительных к антибиотику клеток в резистентные, достаточно велика. Присутствие антибиотика является селективным фактором, обеспечивающим отбор резистентных мутантов, у которых наблюдается увеличение активности систем выведения антибиотика, утрата или снижение экспрессии пориновых каналов.

2. Перенос резистентности между различными видами бактерий с помощью генетических рекомбинаций и распространение резистентных клонов бактерий.

а) приобретение новой генетической информации — R-плазмид, определяющих множественную резистентность к антибиотикам. R-плазмиды, распространяясь среди бактерий путем конъюгации, формируют своеобразный генофонд лекарственной резистености микроорганизмов. Например, резистентность современных стафилококков к пенициллину доходит до 100 %;

б) передача резистентности от донора к реципиенту при трансформации или трансдукции. Например, микроорганизмы, не продуцирующие антибиотики, могут получить гены инактивирующих ферментов от бактерий-продуцентов.

Биохимические механизмы резистентности бактерий к антибиотикам:

1. Энзиматическая инактивация в результате действия ферментов, синтезируемых бактериями. Ферменты взаимодействуют со строго определенными препаратами в пределах отдельных групп:

а) ацетилтрансферазы, продуцируемые энтеробактериями, псевдомонадами и энтерококками, разрушают левомицетин;

б) фосфорилазы, продуцируемые энтеробактерями и энтерококками, разрушают аминогликозиды;

в) -лактамазы разрушают -лактамные антибиотики.

Описано свыше 200 -лактамаз, которые различаются по следующим свойствам:

• субстратному профилю (способностью к преимущественному гидролизу тех или иных -лактамов);

• локализации кодирующих генов (плазмидной или хромосомной). Это свойство определяет эпидемиологию резистентности. При плазмидной локализации генов происходит быстрое внутри- и межвидовое распространение резистентности, при хромосомной — наблюдается распространение резистентного клона;

• чувствительности к ингибиторам -лактамаз (клавулановой кислоте, сульбактаму и тазобактаму).

-Лактамазы встречаются у подавляющего большинства клинически значимых микроорганизмов. У Грам+ микроорганизмов -лактамазы распространены преимущественно среди стафилококков (70–90 % штаммов), что связано с плазмидной локализацией генов. Крайне редко -лактамазы обнаруживаются у энтерококков и стрептококков.

У Грам– возбудителей нозокомиальных инфекций продукция -лактамаз является одной из наиболее частых причин резистентности. -Лактамазы Грам– микроорганизмов делятся на плазмидные и хромосомные. Наибольшее значение имеют плазмидные -лактамазы расширенного спектра Грам– бактерий, способные разрушать все -лактамы, за исключением карбапенемов. Развитие плазмидной резистентности нередко связано с использованием ампициллина, антипсевдомонадных пенициллинов и цефалоспоринов III поколения.

Хромосомные -лактамазы вырабатываются в небольших количествах. Однако под воздействием некоторых -лактамов их синтез резко возрастает. С этим связан механизм резистентности к аминопенициллинам и цефалоспоринам I поколения у Serratia spp., Citrobacter spp., Proteus, P. aeruginosa.

3. Модификация мишени действия антибиотика. Мишень — специфичная точка приложения антибиотика. Структура мишеней действия антибиотиков подвержена изменчивости. В результате спонтанных мутаций в генах, кодирующих мишень действия антибиотиков, последняя модифицируется и антибиотик ее не узнает (табл. 50).

Маркером наличия пенициллинсвязывающих белков (ПСБ) является резистентность стафилококков к метициллину или оксациллину. Такие стафилококки обозначаются как метициллинрезистентные стафилококки (MRSA). При инфекциях, вызываемых MRSA, все -лактамы следует считать клинически неэффективными и не использовать в терапии. В настоящее время распространенность MRSA в отделениях реанимации, онкологии и гематологии превышает 50 %.

Таблица 50