Свойства бактерий, контролируемые плазмидами. Плазмиды лекарственной резистентности. Общая характеристика и механизмы действия.

По данным японских исследователей, первый случай выделения бактерий, устойчивых к нескольким лекарственным веществам с различными механизмами действия, был отмечен в 1955 г. в клинике при обследовании женщины, больной дизентерией. От нее была выделена шигелла, устойчивая к действию сульфамидов, стрептомицина, хлорамфеникола и тетрациклина. Вскоре после этого в 1956 г. было выделено большое количество дизентерийных штаммов, обладавших резистентностью к тем же четырем лекарственным веществам, причем во многих случаях лечение проводилось лишь одним из них. Вслед за японскими работами появились сообщения о множественной резистентности, выявленной у других представителей семейства энтеробактерий и стафилококков. Японские ученые доказали возможность передачи всего комплекса устойчивости от его носителей к чувствительным бактериям. Для обозначения комплекса генетических детерминантов множественной лекарственной устойчивости японские исследователи предложили символ R.

R-плазмиды детерминируют резистентность бактерий к лекарственным веществам – главным образом антибио-тикам и сульфаниламидам. В широком плане к плазмидам резистентности относят плазмиды, кодирующие резистентность бактерий к бактериофагам, бактерио-цинам, сыворотке, ионизирующему излучению, тяжелым металлам и др. Наиболее полно изученыR-плазмиды грамотрицательных бактерий. Большинство из них конъюгативные, аR-плазмиды грамположительных – неконъюгативные.

Большинство генов устойчивости транспозонного происхождения. Их отличительная особенность в том, что они включаются в определенных местах. Такие последовательности именуются интегронами, а их носителями являются обычно транспозоны.

ДНК R-плазмид представлена в виде ковалентно закрытых кольцевых молекул, предположительно в суперспирализированной форме.

Молекулярная масса, копийность

и другие свойства некоторых R-плазмид.

Плазмида	Молек. масса	Организм	Копийность
R1	65	E. coli	1
R6	65	E. coli	1
R6K	26	P. mirabilis	13 - 38
R100	75	P. mirabilis	13 - 38
RR4	40	P. mirabilis	1 – 3
SuSm	5 - 6	E. coli	5,8 - 8
PSC101	5,6	E. coli	6
RSF1030	8,3	E. coli	6
RSF2124	7,4	E. coli	10

Резистентность бактерий, содержащихR-плазмиды, обычно зависит, от вида бактерий и типа антибиотиков. Например, клеткиE. coliв большинстве устойчивы к стрептомицину при его концентрации в среде 10 - 25 мкг/мл, тогда как шигеллы – при концентрации 10000 мкг/мл, сальмонеллы резистентны к тетрациклину при концентрации 10 мкг/мл, тогда как шигеллы – при концентрации 100 – 250 мкг/мл.

Для плазмидных детерминантов резистентности часто характерно повышенная экспрессивность. Повышение копийности плазмид в результате мутаций генов репликации сопровождается значительным повышением уровня резистентности и подчиняется закономерности «доза-эффект». Повышении экспрессии плазмидных детерминантов лекарственной устойчивости может происходить также и посредством других механизмов: амплификация, приобретение множественных копий транспозонов, повышение интенсивности транскрипции генов.

При смешанном культивировании бактерий различной видовой принадлежности возможен межродовой перенос некоторых плазмид. Например, S. typhimurium  V. cholerae, S. marcescens  Y. pestis, P. aeruginosa  E. coli.

В результате систематического мониторинга лекарственной резистентности кишечных бактерий разных видов, предпринятого в 60-х гг. в Японии, были получены результаты, свидетельствующие, что клетки

~58% штаммов, устойчивых к тетрациклину, канамицину, стрептомицину, сульфаниламидам, содержат плазмиды. Исследования последних лет свидетельствуют о том, что и конъюгативные и неконъюгативныеR-плазмиды, детерминирующие резистентность к антибиоти-кам и сульфаниламидам, присутствуют в бактериях многих видов, в разных зонах мира.

Лекарственная резистентность энтеропатогенных штаммов E. coli, выделенных в Англии в 1980-81 гг.

Лекарственные вещества	Концентрация мд/л	К-во резистентных штаммов (%)
Пенициллин	8	37,1
Хлорамфеникол	8	12,5
Фурозолидол	20	0,4
Гентамицин	4	0
Налидиксовая к-та	20	0
Неомицин	8	9,1
Стрептомицин	16	45,7
Сульфонамиды	100	45,7
Тетрациклин	0,5	6

Всего 232 штамма, из них 134 – с резистентностью, а 65 – с трансферрабельной резистентностью.

Исследование 24 энтеропатогенных штамма E. coli, выделенных от больных людей и домашних животных в 70-е гг. в СССР показало, что 16 из них являются резистентными к 1 или более антибиотиков, чаще всего к стрептомицину, тетрациклину, канамицину. В клетках 9 штаммов были конъюгативные плазмиды.

Возрастание частоты резистентности и встречаемости в резистентных штаммах R-плазмид происходит по мере использования антибиотиков и др.

Значительный рост резистентности, обусловленный плазмидами, отмечается у стрептококков, причем частота зависит от антибиотика. Например, большинство выделенных в Японии S. pyogenesрезистентны к 1 - 2 антибиотикам, более 50% штаммов резистентны одновременно к тетрациклину, эритромицину и хлорамфениколу. Резистентность к тетрациклину особенно часто встречается среди стрептококков этого вида, группB, D. Для многих штаммовS. pneumonieпоказана множественная лекарственная резистентность.

Возрастание частоты резистентности четко видно на стафилококках (S. aureus)– частых возбудителей внутригоспитальных инфекций.

После открытия пенициллина, период эффективной пенициллинотерапии был очень коротким, т.к. уже к 1946 г. госпитальные штаммы были на 50% резистентны к нему. В начале 60-х гг. были введены в практику метециллин и оксациллин, бывшие достаточно эффективными до конца 60-х гг.

Начиная с 50-х гг., начиная с США, стали выделять штаммы одновременно резистентные и к пенициллину, и к стрептомицину, хлорамфениколу и эритромицину. Неомицин-резистентные штаммы стафилококков появились в 1959-60 гг., а через 10 лет развилась резистентность к родственным антибиотикам: канамицину и парамицину. В 1976 г. были зарегистрированы внутригоспитальные вспышки, вызванные стафилококками, резистентными и к гентамицину и др. аминогликозидам. В этом же году появились сообщения о выделении стафилококков, резистентных и к гентамицину и метициллину, но и к пенициллину и стрептомицину, выделенных в Мельбурне, Лондоне, Дублине и США.

Как выяснилось, плазмиды могут участвовать в формировании хромосомной резистентности в качестве векторов транспозируемых генетических элементов.

Частота, с которой появляются резистентные бактерии в среде очень высока. Поскольку лекарственные вещества и кормовые антибиотики используются в ветеринарии и растениеводстве, то распространение селекционированных резистентных организмов от одного к другому хозяину, а так же от животных к человеку имеет важное эпизоотическое и эпидемиологическое значение.

Механизмы лекарственной резистентности.

Лекарствен-ное в-во	Мишень	Механизм ре-зистентности	Продукт плазмиды
Пенициллин	Клеточная стенка; Ингибирует ферменты, отвечающие за синтез клет. стенки	1.Ферментатив-ная инактива-ция. 2.Снижение количества или родства пенициллина. 3.Толерантность к бактерицид-ным эффектам антибиотиков	-лактамаза
Хлорамфени-кол	Рибосома. Ингибирование синтеза транспептидазы	1.Инактивирова-ние антибиотика ацетилирование его OH групп. 2.Изменения в транспорте антибиотиков	Ацетилтранс-фераза.
Макролиды (эритромицин, олеандомицин) и линкозамиды (линкомицин клиндамицин стрептограмин B)	Рибосома. Ингибирование синтеза белка	Изменение рибосомы N6 – диметил-лирование аденинового остатка в pPHK)	Метилаза
Сульфонамиды	Конкурентное ингибирование дигидро-птероатсин-тетаза	1.Замещение фермента чувствительного к сульфонамиду 2.Изменения в транспорте	Дигидроптеро-атсинтетаза, резистентная к сульфонамиду
Триметоприм	Конкурентное ингибирование дигидрофолат-редуктазы.	Сверхпродукция дигидрофолат-редуктазы.	Дигидрофолат-редуктаза резистентная к триметоприму.
Тетрациклин	Рибосома. Ингибирование синтеза белков.	Изменения в транспорте Антибиотика Efflux-механизм.	Индуцибельные Tet-белки.
Аминоглико-зиды:
Стрептомицин	Рибосома. Ингибирует синтез белков мембраны.	Изменения в структуре рибосом. Модификация антибиотика Ферментами.	Аминоглико- зидфосфа-трансфераза Активный ацетил.
Спектиномицин	-//-	Изменения в транспорте антибиотика	N-ацетилтранс-фераза O-фосфотранс-фераза O-нуклеотид- трансфераза.
Неомицин, канамицин, гентамицин и др.	-//-	-//-	O-аденилтранс-фераза. Ацетилтранс- фераза.
Фузидовая кислота.	Ингибирование фактора элон-гации в бел-ковом синте- зе на уровне рибосомы.	Непроницаемость клетки для антибиотиков.	Ацетилтранс-фераза.

Ферментативная инактивация антибиотика происходит в среде за пределами клетки. Одиночные клетки поэтому беззащитны. Ферменты -лактамазы инактивируют

-лактамные антибиотики путем гидролиза еще до того, как они успеют проникнуть через клеточную мембрану и достичь пенициллинсвязывающих белков в ЦПМ.

Изменение сайтов-мишеней в качестве механизма резистентности показаны с случае многих антибиотиков. Однако прямое отношение доказано лишь в случае эритромицина и линкомицина. Механизмы резистентности к этим антибиотикам заключаются в специфическом N⁶-диметилировании 2-х адениновых остатков в рРНК, в результате чего, такие рибосомы в значительно меньшей степени связываются с антибиотиком (такое связывание привело бы к ингибированию белкового синтеза).

Efflux-механизм характерен для резистентности к тетрациклинам. Он связан с удалением из клетки этого антибиотика. Не исключено, что пониженное действие тетрациклина связано как с пониженным его восприятием клеткой, так и сefflux-механизмом.

Обходные механизмы лежат в основе плазмидной резистентности к сульфонамидам и триметоприму. Плазмиды обеспечивают клетки новым ферментом, заменяющий подавленный и нечувствительный к ингибирующему действию антибиотика.

Кроме всего перечисленного плазмиды определяют также и резистентность к тяжелым металлам и др.

• Резистентность к ртути и ртутьорганическим соединениям. Токсичность ионов ртути для бактериальной клетки определяется тем, что они очень легко связываются с сульфгидрильными группами мембранных белков и ферментов, ингибируя синтез макромолекул и др. действия ферментов.

• Резистентность к кадмию, который, связываясь с сульфгидрильными группами мембранных белков, прекращает клеточное дыхание.

• Резистентность к серебру (действует в том же направлении, что и кадмий).

А также ко многим другим веществам (медь, висмут,

свинец, бор, хром, кобальт, никель, соединения цинка).