Задача 20

Потребность периодического обновления используемых в медицине антибиотиков обусловлена постепенным распространением в микромире вариантов резистентности к антимикробным препаратам. Постоянное применение в клиниках определенного географического региона конкретного антибиотика в течение 20-30 и более лет, приводит к тому, что резистентные к нему штаммы начинают обнаруживаться все чаще. Применяемые в медицине антимикробные антбиотики, непосредственно с геномом микроорганизмов не реагируют. Иными словами, они не являются мутагенами. Известно, однако, что в популяциях микроорганизмов происходят, хотя и редко (1:10 и т.п.) разнообразные «спонтанные» мутации отдельных генов, причины которых трудно уловимы. Образуются мутанты с отклонениями в метаболизме, с измененными субклеточными структурами. Нормальные клетки, являясь результатом длительной эволюции, хорошо приспособлены к окружающим их естественным условиям. Мутанты к таким условиям приспособлены хуже и, спустя определенный период времени после ряда генераций, исчезают, однако, если сама окружающая среда изменилась и изменения сохраняются в течение длительного времени, мутантные формы микроорганизмов могут оказаться лучше приспособленными к новым условиям, что и объясняет распространение такого разнообразия антибиотикорезистентных форм. Одни и те же антибиотики при их мас­совом и непрерывном применении играют роль селективных факторов отбора резистентных к ним мутантных микроорганизмов. В этом случае именно мутанты, обладающие резистентностью, реализуют свой потенциал. Исходные антибиотикочувствительные культуры такой возможности не получают даже в том случае, если их скорость размножения в свободной от антибиотиков среде выше, чем у мутантов. Спонтанные мутации - отнюдь не единственный источник генов резистентности. Как отмечалось, у продуцентов некоторых антибиотиков, например, аминогликозидов, существуют ферменты, модифицирующие или трансформирующие молекулу собственного антибиотика таким образом, что последний инактивируется. Гены, кодирующие ферменты инактивации, могут включаться в ДНК некоторых фагов, а иногда и в плазмиды и переноситься из продуцентов в клетки патогенных и непатогенных бактерий. Таким образом, попадание генов резистентности в патогенные микроорганизмы предопределено существованием в биоценозах самих продуцентов антибиотиков. Есть прямые доказательства того, что гены резистентности к антибиотикам и, соответственно, различные механизмы этой резистентности, существовали до рубежа 40х - 50х годов, то есть до того времени, когда стали применяться пенициллин, стрептомицин, левомицетин, тетрациклины. Музейные коллекций культур различных бактерий, хранившиеся с конца XIX века и не соприкасавшиеся с препаратами антибиотиков (музейные культуры пересевались 2-3 раза в год в боксах с особыми предосторожностями), содержат, хотя и редко, варианты, устойчивые к тем или иным антибиотикам. Например, у таких культур были обна­ружены гены, кодирующие образование беталактамаз. Одна из основных причин, вызывающих потребность в создании и внедрении в медицинскую практику новых беталактамных антибиоти­ков - распространение среди патогенных микроорганизмов способности продуцировать ферменты, катализирующие расщепление беталактамного кольца у пенициллинов и цефалоспоринов, внедренных в медицинскую практику. Они получили название пенициллиназ

О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ 1 ►

БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова

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

и цефалоспориназ в соответствии с их субстратной специфичностью и избирательностью действия на пенициллины или цефалоспорины.

Ферментативное расщепление (гидролиз) беталактамного кольца ведет к полной инактивации беталактамного антибиотика. Это было показано на примере бензилпенициллинов еще в 40-х годах Чейном впервые очистившим пенициллин (А. Флеминг, Э. Чейн и Г. Флори -микробиолог, химик к хирург - лауреаты Нобелевской премии, полученной за открытие и внедрение в медицинскую практику пеницилиллина). Пенициллановая кислота - продукт ферментативного расщепления бензилпенициллина полностью не активна. Это легко объяснимо, так как механизм действия беталактамных антибиотиков связан именно с расщеплением беталактамного кольца и ацилированием гидроксильной группы серина в активном центре ферментов-мишений. В случае же пенициллиназ и цефалоспориназ беталактамное кольцо также расщепляется и антибиотик быстро освобождается из активного центра этих ферментов с присоединением атома водорода и гидроксила. Пенициллиназы и цефалоспориназы относятся к ферментам гидролазам.

Наиболее часто встречающийся механизм тетрациклино-резистентности обусловлен изменениями, происходящими в оболочке, точнее в цитоплазматической мембране бактериальной клетки. Известно, что в клетках резистентных штаммов тетрациклины не накапливаются. При этом в цитоплазматической мембране обнаруживалось несколько новых белков, то есть белков, которые отсутствуют в мембране тетрациклиночувствительных штаммов.

Предполагалось, что эти белки блокируют пути транспорта тетрациклинов в клетку и делают ее тетрациклинорезистентной.

Позднее, однако, было отмечено, что новые белки, появляющиеся в цитоплазматической мембране при тетрациклинорезистентности являются белками, составляющими систему активного «выброса» тетрациклинов, проникающих в клетку.

Иными словами, тетрациклины проходят через оболочку бактериальной клетки, в том числе и через цитоплазматическую мембрану, однако, они не успевают прореагировать с рибосомами, так как быстро удаляются или «выбрасываются» в среду. Если при этом измерять (например, с помощью радиоизотопных методов, используя меченые тетрациклины) концентрацию тетрациклинов в клетке в любой отрезок времени, то концентрация окажется очень мала. Отсюда и следовал ранее сделанный ошибочный вывод, что тетрациклины в резистентную бактериальную клетку вообще не проникают. Химическая трансформация тетрациклинов.

Несмотря на многолетние исследования в этой области ряда лабораторий в разных странах, значительных успехов в получении практически ценных полусинтетических тетрациклинов достигнуто не было. В медицинскую практику было внедрено несколько продуктов химической трансформации природных тетрациклинов. Наиболее важным из них является доксициклин (6-дезокси-5-окситетрациклин). Доксициклин гораздо дольше циркулирует в организме, чем природные тетрациклины. В этом его преимущество перед ними. При внедрении в медицинскую практику миноциклина (7-диметиламино-6-метил-6-дезокситетрациклин), оказалось, что он обладал весьма незначительной активностью против штаммов бактерий, резистентных к природным тетрациклинам.

О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ < 2 ►

БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова

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

Механизмы резистентности к эритромицину.

Долгое время у резистентных к эритромицину (ингибитор белкового синтеза) штаммов бактерий обнаруживался только один механизм резистентности - на уровне рибосом. Рибосомы резистентных клеток не связывали эритромицин. В результате чего антибиотик теряет способность тормозить белковый синтез. Причиной этого являлось метилирование рибосомной РНК в большой субъединице бактериальной рибосомы. В резистентных клетках проявлялась активность специфической метилазы, которая катализировала введение одной-двух метальных групп в строго определенный остаток аденина в молекуле рибосомной РНК. В результате, менялась конформация всей большой рибосомной субъединицы. Эритромицин терял способность связываться с этой субъединицей и, вообще, с рибосомой. Следует отметить, что похожая метилаза была обнаружена и в клетках продуцента эритроминина - Streptomyces erythraeus. Рибосомы продуцента также не способны связывать вырабатываемый ими антибиотик, благодаря чему эритромицин не влияет на белковый синтез и, следовательно, на рост своего продуцента. Предполагается, что ген специфической метилазы У резистентных бактерий имеет первоисточником именно продуцент эритромицина. Недавно у разных штаммов бактерий обнаружены еще два механизма резистентности к эритромицину. В клетках некоторых штаммов был выявлен фермент, расщепляющий макроциклическое лактонное кольцо, что ведет к потере активности эритромицина. У других Бактериальных штаммов обнаружено еще два механизма инактивации - фосфорилирование или гидроксилирование по ОН-группе одного из присутствующих в молекуле Сахаров. Фосфотрансфераза, катализирующая фосфолирирование, по ее субстратной специфичности отличается от фосфотрансфераз, воздействующих на аминогликозидные антибиотики.

О ТВЕТЫ К СИТУАЦИОННЫМ ЗАДАЧАМ < 3

БИОТЕХНОЛОГИЯ ММА им. И.М. Сеченова

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