Молекулярные основы резистентности биологической химии, т. 44, 2004, с. 263—306

Успехи к антибиотикам 263

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ

РЕЗИСТЕНТНОСТИ

К АНТИБИОТИКАМ

С. В. СИДОРЕНКО1, В. И. ТИШКОВ1,2

8 2004 г.

1

Государственный научный центр по антибиотикам, Москва, 2 Химический факультет Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, Москва I. Введение. II. Определения и терминология. III. Классификация биохимических механизмов антибактериальной резистентности.

IV. Устойчивость к лактамам среди грамположительных и грам отрицательных бактерий, связанная с продукцией лактамаз.

V. Устойчивость к гликопептидам среди Enterococcus spp. VI. Устой чивость к лактамам и гликопептидам среди Staphylococcus aureus.

VII. Устойчивость к фторхинолонам среди грамположительных и грамотрицательных бактерий. VIII. Устойчивость к макролидам, кетолидам, линкозамидам и стрептограминамB (группа МКЛС).

IX. Заключение.

I. ВВЕДЕНИЕ Успехи антибактериальной терапии, программ вакцинации, а также возможность обеспечения населения качественной водой и продук тами питания создали в конце 60 х годов иллюзию близкой и оконча тельной победы над инфекционными заболеваниями. Так, выступая в 1969 г. в Конгрессе США, Вильям Стюарт (Surgeon General) заявил, что пришла пора «закрыть книгу инфекционных болезней».

Однако на рубеже XX–XXI столетий стало совершенно очевид ным, что эта книга не только не закрыта, но еще далеко не прочитана.

Возвращение «старых» и появление «новых» инфекционных болез ней (гепатитов, ВИЧ, ТОРС, «птичьего» гриппа и др.) является серьез ной угрозой благополучию и здоровью человечества.

Принятые сокращения: МПК — минимальная подавляющая концентрация;

АБП — антибактериальные препараты; АМР – антимикробная (или антибакте риальная) резистентность; ESBL (extended spectrum lactamases) — лактамазы «расширенного» спектра действия; ПСБ — «пенициллин связывающие белки».

Данная работа поддержана грантами РФФИ № 02 04 49360 и Федерального министерства образования и науки ФРГ BMBF PTJ 31/0312702.

Адрес для корреспонденции: [email protected] 264 С.В.Сидоренко, В.И.Тишков Наряду с перечисленными инфекциями, крайне негативный эф фект на здоровье человечества вызван появлением феномена устой чивости возбудителей к лечебным препаратам, приводящий к резкому снижению эффективности этиотропной терапии инфекционных болезней. Хотя неудачи лечения, связанные с резистентностью пато генных возбудителей, и не вызывают такого общественного резо нанса, как появление новых инфекций, актуальность и серьезность этой проблемы в полной мере осознана международным медицинс ким сообществом.

В 2001 г. Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ) был принят и опубликован фундаментальный документ «Глобальная стра тегия по сдерживанию антимикробной резистентности» [94]. Пре дотвращение формирования и распространения антимикробной резистентности признано ВОЗ, странами Европейского Союза и Север ной Америки в качестве глобальной проблемы, а также в качестве национального приоритета. В США распространение антимикроб ной резистентности рассматривается как одна из угроз национальной безопасности [21]. В перечисленных странах разработаны националь ные программы по борьбе с распространением этого опасного фено мена. В феврале 2004 г. на совещании экспертов ВОЗ в Verinigerode (ФРГ), посвященном ходу реализации «Глобальной стратегии», было предложено рассматривать феномен антимикробной резистентности как новую инфекцию.

Во всех приведенных документах наряду с комплексом мероприя тий, направленных на оптимизацию применения антибактериаль ных препаратов, большое внимание уделяется необходимости изуче ния генетических и биохимических механизмов антимикробной резистентности, а также закономерностей ее формировавния и рас пространения.

II. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ

С общебиологических позиций феномен устойчивости следует рассматривать как одно из проявлений способности микроорганиз мов адаптироваться к неблагоприятным условиям внешней среды.

Устойчивость к лечебным препаратам способны формировать все возбудители инфекционных болезней (бактерии, вирусы, простей шие). Наиболее общим термином для определения этого феномена является «антимикробная резистентность» (antimicrobial resistance – AMR) — АМР. Устойчивость бактериальных возбудителей инфек ционных болезней к различным терапевтическим препаратам опре деляется как «антибактериальная резистентность», а их устойчивость к антибиотикам ( лактамам, аминогликозидам, макролидам, тетра Молекулярные основы резистентности к антибиотикам циклинам и др.) — веществам биологического происхождения или полусинтетическим производным, полученными на их основе, — как «антибиотикорезистентность».

Настоящая работа посвящена лишь рассмотрению проблемы устойчивости бактерий к антибактериальным препаратам (АБП).

Здесь же уместно напомнить, что кроме антибиотиков для лече ния инфекционных болезней используются также химиопрепараты – синтетические вещества, не имеющие аналогов в живой природе (сульфаниламиды, хинолоны, имидазолы и др.). Сам термин «химио терапия» первоначально использовался только применительно к лечению бактериальных инфекций. Основным отличием АБП от дру гих веществ, оказывающих токсическое действие на бактериальную клетку, следует признать их высокую избирательность. Как правило, АБП ингибируют метаболические процессы, уникальные для прока риотической клетки и отсутствующие у эукариотических клеток.

Именно с этим связан тот факт, что в концентрациях, подавляющих жизнедеятельность бактерий, АБП обычно не оказывают существен ного влияния на организм человека и животных.

Впервые идея о возможности создания веществ, избирательно подавляющих жизнедеятельность микроорганизмов (бактерий и простейших), была сформулирована Паулем Эрлихом в конце XIX – начале XX века и несколько позднее реализована им в препарате 418, обладавшем активностью в отношении трипаносом, и в препарате 606 (Сальварсан), применявшемся для лечения сифилиса.

ПРИРОДНАЯ И ПРИОБРЕТЕННАЯ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ

С момента зарождения антибактериальной химиотерапии было очевидно, что лечебный эффект отдельных АБП проявляется далеко не при всех инфекционных болезнях. Систематическое эксперимен тальное изучение антибактериального действия различных препара тов позволило установить, что отдельные таксономические группы бактерий существенно различаются по уровню чувствительности, количественным выражением которого является величина мини мальной подавляющей концентрации (МПК) АБП. Оказалось, что при значениях МПК, превосходящих максимально возможные для организма человека и животных, не проявляется клиническая эффек тивность АБП. Таким образом, на практике под природной устойчи востью понимают сохранение бактериями жизнеспособности в присутствии АБП в концентрациях, реально достижимых в орга низме человека. Природная резистентность является постоянным видовым признаком бактерий и легко прогнозируема.

Истинная природная устойчивость характеризуется отсутствием у микроорганизмов мишени для проявления действия АБП. Так, например, устойчивость микоплазм к лактамным антибиотикам связана с отсутствием у этих бактерий пептидогликана.

Под приобретенной устойчивостью понимают свойство отдель ных штаммов бактерий сохранять жизнеспособность при концентра циях АБП, подавляющих основную часть микробной популяции.

Возможны ситуации, когда большая часть микробной популяции про являет приобретенную устойчивость. Появление у бактерий приоб ретенной резистентности не обязательно сопровождается снижением клинической эффективности антибиотика. Формирование резис тентности во всех случаях обусловлено или приобретением новой генетической информации, или изменением уровня экспрессии соб ственных генов.

Появление и распространение приобретенной резистентности составляет основную клиническую проблему, поскольку ее наличие у конкретной бактерии – возбудителя инфекционной болезни, невоз можно прогнозировать.

III. КЛАССИФИКАЦИЯ БИОХИМИЧЕСКИХ

МЕХАНИЗМОВ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ

РЕЗИСТЕНТНОСТИ (АБР)

Все известные на сегодняшний день биохимические механизмы АБР можно подразделить на несколько групп:

1. Модификация мишени действия АБП. Структура мишеней дейст вия АБП подвержена изменчивости в результате спонтанных мута ций в кодирующих их генах или иных генетических событий. Часть таких изменений может привести к снижению (или утрате) способ ности мишени связываться с АБП.

2. Инактивация АБП. Механизмы инактивации (ферментативного разрушения или модификации) существовали у бактерий, продуци рующих антибиотики, задолго до начала использования этих веществ в качестве медицинских препаратов. Скорее всего, они выполняли функции защиты бактерии продуцента от собственного антибио тика. В последующем детерминанты резистентности распространи лись среди возбудителей инфекционных болезней у человека. В отли чие от антибиотиков (веществ природного происхождения), химио терапевтические препараты микробной клеткой, как правило, не инактивируются.

3. Активное выведение АБП из микробной клетки (эффлюкс). Из вестны, как минимум, четыре больших семейства транспортных сис тем, обеспечивающих активное выведение экзогенных веществ (в том числе и АБП) из бактериальной клетки. «Базовая» активность этих Молекулярные основы резистентности к антибиотикам систем во многом определяет уровень природной чувствительности бактерий к АБП. При активации выведения отмечают формирование приобретенной резистентности.

4. Нарушение проницаемости оболочки микробной клетки. Этот меха низм распространен, в основном, среди грамотрицательных бакте рий, обладающих внешней мембраной и является наименее специ фичным в отношении АБП разных групп. Транспорт гидрофильных АБП внутрь микробной клетки осуществляется через пориновые ка налы. Эффективность транспорта (как и эффективность эффлюкса) определяет уровень природной чувствительности бактерий к АБП.

При нарушении структуры пориновых каналов или их утрате эффек тивность транспорта АБП резко снижается, что проявляется в фор мировании устойчивости к нескольким классам препаратов.

5. Защита мишени. Защита мишени относится к наименее изучен ным механизмам АБР. Установлено, что бактерии способны синтези ровать белки, предотвращающие связывание АБП с мишенью, причем известно, что указанные белки связываются не с АБП, а с мишенью действия и каким то образом модифицируют ее. Ранее этот механизм был известен только для тетрациклинов, однако сравнительно недавно он был описан и для хинолонов.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ АБР

Существует два принципиальных генетических механизма фор мирования АБР.

Приобретение новых для бактерии генов детерминант резистент ности. Чаще всего новые для бактерий детерминанты резистентности приобретаются с подвижными генетическими элементами – плазми дами и транспозонами. Обычно с подвижными элементами переда ются гены ферментов, инактивирующих антибиотики. Однако из вестны случаи, когда в состав подвижных элементов входят кластеры структурных и регуляторных генов, кодирующих метаболические пути синтеза модифицированных мишеней действия АБП. Считается, что на предшествующих этапах эволюции эти детерминанты были пере несены на подвижные генетические элементы с хромосом бактерий – первичных хозяев. Для ряда детерминант резистентности, локализо ванных на подвижных генетических элементах, первичные хозяева известны, однако для многих детерминант подобная информация отсутствует.

Модификация собственного генома. Наиболее типичным приме ром такого механизма являются мутации (аминокислотные замены, делеции, инсерции) в генах, кодирующих мишени действия АБП, системы эффлюкса, а также пориновые каналы. Резистентность к химиопрепаратам формируется практически только по этому меха низму. В формировании устойчивости к антибиотикам этот механизм имеет меньшее значение.

МЕХАНИЗМЫ УСТОЙЧИВОСТИ К

АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМ ПРЕПАРАТАМ

Общие принципы воздействия различных антимикробных пре паратов представлены на рис. 1. В современной клинической прак тике можно выделить несколько механизмов резистентности, приво дящих к крайне серьезным социально экономическим последст виям. К таким механизмам относятся:

— устойчивость к лактамам среди грамположительных и грамотрицательных бактерий, связанная с продукцией лактамаз;

— устойчивость к гликопептидам среди Enterococcus spp.;

— устойчивость к лактамам и ванкомицину среди Staphylococcus aureus;

— устойчивость к фторхинолонам среди грамположительных и грамотрицательных бактерий;

— устойчивость к макролидам среди Streptococcus spp.

IV. УСТОЙЧИВОСТЬ К ЛАКТАМАМ СРЕДИ

ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ И ГРАМОТРИЦАТЕЛЬНЫХ

БАКТЕРИЙ, СВЯЗАННАЯ С ПРОДУКЦИЕЙ ЛАКТАМАЗ

Лактамные антибиотики широко используются для лечения различных инфекционных заболеваний. В 2002 г. во всем мире было продано лактамных антибиотиков более чем на 10 млрд долларов США, что составило около 50% от общей стоимости, полученной за все антимикробные препараты. Учитывая, что себестоимость их производства ниже, чем у многих других антибиотиков, то в весовом соотношении доля лактамов в общем потреблении АБП становится намного более 50%. Основным механизмом, обеспечивающим устой чивость практически всех клинически важных штаммов грамполо жительных и грамотрицательных бактерий за рядом небольших исклю чений (см., например, ниже у Staphylococcus aureus), является наличие в этих штаммах одной или нескольких различных лактамаз. [17] Поскольку пенициллин является продуктом жизнедеятельности плесневых грибков на протяжении десятков и сотен тысячелетий, то многие бактерии уже давно выработали механизм устойчивости к этому антибиотику. Например, разрушение пенициллина бесклеточ ными экстрактами клеток E. coli было впервые описано Е.Абрахамом и Е.Чейном [1] в 1940 г. еще до активного применения этого анти биоитика на практике.

Молекулярные основы резистентности к антибиотикам Рис. 1. Основные механизмы воздействия антибиотиков на клетку [53].

THFA, DHFA – тетрагидро и дигидрофолиевая кислоты, соответственно;

PABA – p аминобензойная кислота

КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАКТАМАЗ

В настоящее время известно более 400 различных лактамаз и в последние годы это количество стремительно нарастает – до несколь ких десятков в год. Эти ферменты отличаются между собой как по происхождению (плазмидные или хромосомно кодируемые), так и по аминокислотной последовательности. Еще более лактамазы различаются по своим кинетическим свойствам (максимальная ско рость и К м с разными антибиотиками, чувствительности к ингиби торам). Неоднократно предпринимались попытки классификации этих ферментов [2, 32, 61, 76, 84]. В 60–70 х годах классификация была основана на субстратной специфичности – по характеру расщепле ния лактамов различных классов: пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы и др. [32] По мере развития биохимических и генети ческих методов исследования системы классификации стали учиты вать такие свойства, как изоэлектрическая точка [84], взаимодейст вие с иммунными сыворотками против известных ферментов [80], локализацию фермента в геномном материале клетки хозяина [76].

Современная классификация лактамаз подразделяет эти фер менты как по функциональным, так и по молекулярно биологичес ким признакам. Первый тип классификации особенно важен для прак тикующих врачей, поскольку именно тип функциональной актив ности определяет выбор антибиотика(ов) для эффективной терапии.

В последнее время все большее значение приобретает молекулярная классификация, поскольку только использование данных о локализа ции и структуре генов лактамаз, а также информация о мутациях в этих ферментах позволит разработать быстрые и эффективные мето дики определения типа резистентности. Необходимость в таких мето дах стала особенно актуальной в последнее время, так как более 50% антибиотикорезистентных штаммов содержат по два – три типа раз личных лактамаз. В таких условиях очень сложно сделать вывод о характере того или иного типа фермента, основываясь только на дан ных по устойчивости к разным типам антибиотиков и ингибиторам.

Даже эксперименты по конъюгации плазмид и изоэлектрофокуси рованию не позволяют точно идентифицировать тип фермента, а кроме того, эти методы требуют длительного (два три дня) времени, в то время как диагностика типов лактамаз с помощью ДНК чипов уже сейчас занимает от 2 до 6 часов.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАКТАМАЗ

Функциональная классификация лактамаз основана на их раз личной способности гидролизовать те или иные лактамные анти биотики. Для этого исследуемый клинический штамм культивиру ется при нескольких концентрациях определенного набора антибио тиков, в результате чего определяются соответствующие величины МПК. Широкое распространение получило также культивирование штаммов на твердых средах в чашках Петри. На поверхность агара на определенном расстоянии друг от друга помещают диски из филь тровальной бумаги с определенной концентрацией разных антибио тиков или антибиотика в комбинации с ингибитором (метод двой ных дисков), что не только значительно облегчает проведение ана лиза, но и позволяет выяснить степень синергизма действия двух раз ных антибиотиков или антибиотика и ингибитора лактамаз.

В эпоху использования АБП на основе различных вариантов пенициллина (точнее, на основе его ядра – 6 аминопенициллановой кислоты) достаточно было 3–5 лактамов. По мере роста числа кли нических штаммов, способных эффективно разрушать антибиотики пенициллинового ряда, для лечения инфекционных заболеваний стали применять новые классы и виды лактамных антибиотиков – цефалоспорины I–IV поколений, карбапенемы. Кроме того, эффек тивность этих антибиотиков существенно повышалась за счет комби нирования их с различными ингибиторами лактамаз. На рис. 2 пред ставлены структуры ядер трех основных типов лактамных антибио Молекулярные основы резистентности к антибиотикам тиков и трех наиболее широко используемых на практике ингибито ров лактамаз. Для достаточно точного определения функциональ ного типа резистентности необходимо использовать до 10–15 анти биотиков всех трех классов и одного трех ингибиторов, что сущест венно увеличивает трудоемкость и стоимость анализа.

В настоящее время функциональная классификация подразде ляет все известные лактамазы на три функциональные группы (рис.

3). В первую группу входят ферменты, относящиеся к молекуляр ному классу С ( лактамазы типа AmpC, см. ниже). Характерной осо бенностью этой группы является их более высокая активность к цефа лоспориновым антибиотикам по сравнению с пенициллиновыми (поэтому их довольно часто называют цефалоспориназами). Кроме того, эти ферменты малочувствительны к действию ингибиторов лак тамаз. Штаммы, несущие резистентность первой группы, чувстви тельны к действию карбапенемов, хотя недавно были описаны лак тамазы ACT 1 [14] и CMY 4 [18, 82], которые в комбинации с моди фикацией пориновых каналов повышали МПК к карбапенему от до 64 раз. Еще 10–15 лет назад считалось, что это были только хромо Рис. 2. Структура ядер трех основных типов антибиотиков и структуры наиболее часто используемых ингибиторов лактамаз.

Рис. 3. Классификация лактамаз по молекулярным классам и функциональ ным группам.

сомно кодируемые ферменты. Однако в последнее годы появляется все большее количество публикаций о наличии генов этих ферментов в составе плазмид [69].

Во вторую функциональную группу, наиболее обширную и разнообразную, входят лактамазы молекулярных классов А и D.

Гены ферментов второй группы входят в состав плазмид, поэтому эффективность их переноса между различными штаммами, а следо вательно, и скорость распространения очень высоки.

К группе 2а относятся лактамазы грамположительных бакте рий Staphylococcus spp. и Bacillus spp. Ферменты этой группы наиболее эффективны в отношении пенициллиновых антибиотиков (за исклю чением оксациллина и его аналогов).

Самыми известными представителями группы 2b являются лак тамазы TEM 1, TEM 2 и SHV 1. Наиболее эффективно эти ферменты гидролизуют различные пенициллины (за исключением уреидопени циллинов) и значительно менее активны по отношению к цефало споринам.

В подгруппу 2be входят многочисленные мутанты лактамаз типа TEM и SHV. Появление дополнительных мутаций привело к тому, что, наряду с пенициллинами, они стали эффективно расщеплять и цефалоспорины I IV поколений. Широкая субстратная специфич ность ферментов этой группы является причиной их другого широко используемого названия – лактамазы «расширенного» спектра действия («extended spectrum beta lactamases» – ESBL). К этой же группе относятся многочисленные лактамазы типа CTX M и TOHO.

Характерной особенностью ферментов последнего типа является их Молекулярные основы резистентности к антибиотикам высокая гидролизующая активность к цефотаксиму и низкая актив ность с цефтазидимом.

Активность ферментов функциональных групп 2а, 2b и 2be эф фективно подавляется ингибиторами лактамаз. Однако в ходе эво люции в ферментах типа ТЕМ и SHV появились мутанты, не чувстви тельные к действию ингибиторов (они часто также обозначаются, как лактамазы типа IRT). Эти ферменты были выделены в отдель ную группу 2br. Лактамазы PSE грамотрицательных бактерий, относящиеся к группе 2с, часто называют карбенициллиназами за их высокую способность гидролизовать карбенициллин. Они, как и ферменты группы 2d, чувствительны к действию ингибиторов. Лак тамазы OXA группы 2d входят в отдельный молекулярный класс D (см. ниже). Свое название оксациллиназы они получили за высокую активность с лактамами группы оксациллина.

Гены ферментов группы 2e локализованы на хромосомах. Они могут находиться как под контролем индуцибельных (P. vulgaris, C. diver sus), так и конститутивных (Bacteroides spp., Stenotrophomonus maltohi lia) промоторов. Лактамазы, способные расщеплять карбапенемы – «последнюю линию обороны» в лечении лактамными антибиоти ками, составляют группу 2f. Ферменты этой группы пока еще доста точно редки, поскольку высокая стоимость карбапенемов (это самые дорогие лактамы) ограничивает их активное применение на практике.

В третью функциональную группу входят цинксодержащие лак тамазы. Вначале они были обнаружены в геноме ряда патогенных штаммов: ген blm в Bacillus cereus, гены BlaB 1– BlaB 8 в Chryseobac terium meningosepticum, ген bla2 в Bacillus anthracis [37]. Позднее они были найдены в составе плазмид (ген IMP 1 в Serratia marcescens, IMP 9 в Shigella flexneri, гены IMP 10 и 11 в P. aeruginosa [37]). Фер менты этой группы эффективно расщепляют все типы лактамов, включая карбапенемы, и малочувствительны к действию ингибиторов.

Разработка новых лактамных антибиотиков и их внедрение в практику для лечения инфекционных заболеваний, вызванных штам мами, резистентными к известным антибиотикам, напоминает непре рывную борьбу брони и снаряда, поскольку через некоторый проме жуток времени появляются штаммы, обладающие устойчивостью и к действию новых АБП. Отметим, что в последнее время промежуток между использованием нового препарата и появлением к нему ус тойчивости все более сокращается. Создание и применение боль шого количества лактамов привело к тому, что количество только известных лактамаз перевалило за 400. В такой ситуации функцио нальная классификация лактамаз становится малоэффективной даже при использовании большого набора (20 и более) различных типов антибиотиков в сочетании с экспериментами по конъюгации плазмид и определению изоэлектрических точек. Эта проблема ста новится особенно актуальной при наличии в клиническом изоляте двух и более различных типов лактамаз. В свете изложенных дан ных молекулярная классификация лактамаз приобретает все большее значение.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАКТАМАЗ

Этот подход основан на анализе локализации генов лактамаз, сравнении их аминокислотных последовательностей и четвертичных структур этих ферментов. Дополнительную и очень важную инфор мацию дает также анализ последовательностей ДНК, прилегающих к генам лактамаз. Реализация этого подхода стала возможной только в последнее время, благодаря внедрению в повседневную практику методов генетической инженерии (полимеразная цепная реакция, секвенирование ДНК по Сенгеру), а также данных по строению целых геномов большого количества патогенных микроорганизмов.

В клетках прокариот существует большая группа белков и фер ментов, называемая «пенициллин связывающими белками» (ПСБ), которые участвуют в синтезе клеточной стенки. В эту группу входят ферменты самых различных классов, включая оксидоредуктазы и гидролазы. Основой бактерицидного действия лактамов является подавление роста клеточной стенки за счет ингибирования ПСБ (рис. 1). С рядом белков антибиотики связываются обратимо, но основной эффект обусловлен образованием необратимого комплекса ацил фермент, сопровождающегося разрывом связи C–N в четырех членном цикле, входящем в структурное ядро всех лактамов (см.

рис. 2). В ходе эволюции за счет накопления точечных мутаций некото рые белки приобрели способность гидролизовать этот комплекс, что и привело к появлению лактамаз. Исходя из механизма реакции, лак тамазы следует отнести к пептидазам. Сравнительный анализ всех последовательностей ПСБ и лактамаз подтвердил гипотезу о нали чии общего предшественника у этих белков (рис. 4, см. стр. 276) [59].

Данные эволюционного анализа хорошо согласуются с анализом четвертичных структур. На рис. 5 (см. стр. 276) приведены структуры лактамаз молекулярных классов А (рис. 5А и В), В (рис. 5С), С (рис. 5D) и одного из представителей ПСБ – DD пептидазы транс пептидазы из Streptomyces sp. R61 (рис. 5Е). Из этого рисунка хорошо видно, что лактамазы имеют общий консервативный мотив в строении листа, ответственного за формирование активного центра.

Причем этот структурный мотив одинаков как для сериновых (струк туры А,В и D), так и металл содержащих ферментов (структура С).

Молекулярные основы резистентности к антибиотикам

СЕРИНОВЫЕ ЛАКТАМАЗЫ

По механизму действия все лактамазы можно разделить на две основные группы. В первую группу входят сериновые протеазы – ферменты, у которых нуклеофильная атака пептидной связи в лак тамном кольце осуществляется остатком серина. В активном центре ферментов второй группы находятся ионы металлов (как правило, ионы цинка). Дальнейшая классификация сериновых лактамаз основана на их различии в других аминокислотных остатках, сущест венных для катализа. Так лактамазы молекулярного класса А в дополнение к существенному остатку Ser (Ser68 и Ser66 в лакта мазах ТЕМ 1 и SHV 1, соответственно) для активации молекулы воды имеют в активном центре консервативный остаток Glu (так назы ваемый Glu 166). В случае лактамаз молекулярного класса C для активации молекулы вместо остатка Glu используется остаток Tyr.

Подробный анализ взаимосвязи между сериновыми лактама зами был сделан в работе [38]. В дополнение к анализу аминокислот ных последовательностей было проведено сравнение 18 уникальных структур для этих ферментов. Оба подхода свидетельствуют, что дивер генция между лактамазами молекулярных классов А и С произошла намного раньше, чем между ферментами молекулярных классов А и D.

Отметим, что структурный подход в сравнительном анализе лак тамаз из разных источников приобретает все большее значение.

Количество структур этих ферментов в комплексе с различными сое динениями увеличивается из года в год в экспоненциальной зависи мости. Более того, растет также и количество уникальных структур.

Данные рентгеноструктурного анализа все более широко исполь зуются при создании новых лактамных антибиотиков [78].

СЕРИНОВЫЕ ЛАКТАМАЗЫ КЛАССА А

Многие авторы отмечают исключительно большое разнообразие в аминокислотной последовательности лактамаз из разных источ ников. Особенно это справедливо для ферментов молекулярного класса А. В рамках данного обзора просто невозможно привести все имею щиеся в литературе данные. Мы остановимся только на трех типах фер ментов – TEM, SHV и CTX M, поскольку среди лактамаз класса А именно они и ответственны за наличие широкого спектра устойчи вости к лактамным антибиотикам. Гены всех трех типов ферментов находятся в плазмидах, что и обуславливает их быстрое распространение.

Первый фермент этой группы – ТЕМ 1, был найден в начале 60 х годов прошлого столетия в клетках E. coli, выделенных из крови инфи цированных пациентов [28]. Свое название он получил от фамилии Рис. 4. Эволюция лактамаз и пенициллинсвязывающих белков от общего белка предшественника [59].

Рис. 5. Сравнение структур лактамазы класса А TEM 1 из E. coli (A), лакта мазы класса А из B. licheniformis 749/C (B), лактамазы класса B из B. fragilis (C), лактамазы класса C из E. cloacae P99 (D) и DD пептидазы транспеп тидазы из Streptomyces sp. R61 (E) (модифицированный рисунок из работы [59]).

Молекулярные основы резистентности к антибиотикам Temoniera – первого пациента, у которого был обнаружен [60]. Отме тим, что в то время наименования лактамаз (по имени пациентов, первооткрывателей и т.д.) давались без учета их аминокислотной пос ледовательности. Это привело к тому, что один и тот же фермент может иметь несколько наименований. Буквально в течение нескольких лет плазмиды с ТЕМ 1 были найдены в штаммах Enterobacteriaceae, Pseu domonas aeruginosa, Haemophilus influenzae и Neisseria gonorrhoeae. Позд нее был описан еще один фермент ТЕМ 2, отличающийся от ТЕМ единственной мутацией Gln39Lys, которая приводила к изменению изоэлектрической точки, но не кинетических свойств [31].

ТЕМ 1 и ТЕМ 2 являются пенициллиназами. Однако широкое внедрение в клиническую практику с начала 80 х годов оксиимино вых производных цефалоспорина привело к появлению новых мутант ных форм этого фермента с широкой субстратной специфичностью по отношению к цефалоспоринам ( лактамазы «расширенного»

спектра действия; см. выше раздел «Функциональная классифика ция»). Активное внедрение в клиническую практику методов генети ческой инженерии и рост количества резистентных к действию анти биотиков штаммов приводит к тому, что темпы открытия новых мутантных ферментов все время возрастают. Если к середине 2001 г.

было известно чуть более 90 разновидностей ТЕМ, то к концу 2003 г.

в базе данных насчитывалось уже 127 лактамаз этого типа. (Хотя последний мутант имеет номер 133, 6 ферментов были исключены из базы после сравнения их аминокислотных последовательностей.

Кроме того, полные данные по аминокислотным последователь ностям доступны только для 111 белков). Таким образом, менее чем за 2,5 года было обнаружено более 35 новых лактамаз. Мы не будем останавливаться на каждом мутанте (подробное описание всех аминокислотных замен можно найти в Интернете по адресу http://www.lahey.org/studies/) и рассмотрим лишь места локализации мутаций и их влияние на свойства фермента.

Локализация мутаций в аминокислотной последовательности.

Лактамаза ТЕМ 1 имеет молекулярную массу около 29 кДА и сос тоит из 288 аминокислотных остатков (в некоторых статьях значе ния положений смещены на единицу из за учета первого остатка метионина в рекомбинантном ферменте). В настоящее время мута ции найдены в 39 положениях, однако частота мутаций в каждом положении сильно варьирует. На рис. 6 представлены наиболее часто встречаемые замены в молекуле ТЕМ 1, приводящие к появлению ферментов с «расширенным» спектром действия [15]. Как видно из рисунка, основные замены происходят в основном в восьми поло жениях – в 21, 39, 104, 164, 182, 238, 240 и 265. Если учесть, что замена Gln39Lys не влияет на профиль субстратной специфичности, то Рис. 6. Положения и типы аминокислотных замен в лактамазе ТЕМ 1, приво дящих к образованию ферментов с «расширенным» спектром действия [15].

Двойной звездочкой отмечена лактамаза TEM 50, обладающая также фенотипом устойчивости IRT.

количество положений уменьшается всего до 7. Из 111 лактамаз типа ТЕМ 1 и ТЕМ 2 с известными последовательностями только 84 относятся к группе ESBL. Частота замен в этих 84 ферментах в положениях 21, 104, 164, 182, 238, 240 и 265 составляет 20, 30, 31, 16, 28, 19 и 20 раз, соответственно. Из этих данных также следует, что в каждом мутанте можно наблюдать от 2 до 5 аминокислотных замен, не считая мутации Gln39Lys.

Влияние мутаций на свойства и субстратную специфичность.

Одним из методов, используемых для дифференциации лактамаз, является определение их изоэлектрической точки. Введение в ТЕМ таких замен, как Glu104Lys, Arg164Ser, Glu240Lys и др. (см. рис. 6) при водит к изменению общего заряда белковой глобулы и, как следствие, к изменению значения pI. Величина изоэлектрической точки для Молекулярные основы резистентности к антибиотикам Рис. 7. Мутации в лактамазах типа ТЕМ, обуславливающие устойчивость к ингибиторам [15].

Указаны только те мутации, которые являются общими для всех ферментом с фенотипом IRT. Двойной звездочкой отмечена лактамаза TEM 50, также обладающая фенотипом устойчивости ESBL.

лактамаз группы ТЕМ варьирует в диапазоне 5,2–6,4. Вполне оче видно, что из за большого количества мутантных форм этого фер мента практически невозможно определить тип его мутанта на основании этого параметра.

Одним из важнейших последствий мутаций является изменение субстратной специфичности. Как уже упоминалось выше, в резуль тате таких мутаций возникают ферменты типа ESBL, однако их актив ность с разными лактамами зависит от типа мутации. Мутация Gly238Ser приводит к появлению ферментов, способных одинаково хорошо разрушать цефотаксим и цефтазидим [15], в то время как фер менты, содержащие мутацию Arg164Ser, более активны с цефтазиди мом и менее – с цефотаксимом.

Второй тип мутаций приводит к появлению ферментов, не чувст вительных к действию ингибиторов (фенотип устойчивости IRT под, группа 2br) (рис. 7). Как видно из рисунка, наиболее часто встреча Рис. 8. Структура лактамазы ТЕМ 1, ацилированная открытой формой пени циллина G (показана розовым цветом).

Красным цветом выделены остатки Met69, Arg244 и Gln276, замены которых наиболее часто наблюдаются при появлении лактамаз, устойчивых к действию ингибиторов. Желтым цветом указаны остатки Glu104 и 240, мутации которых приводят к получению ТЕМ 50, обладающей двойным фенотипом устойчи вости. Зеленым цветом выделены остатки, также приводящие к устойчивости против действия ингибиторов лактамаз.

ются замены в положениях 69, 244 и 276 (по данным некоторых авто ров [83], в этом положении находится остаток Gln вместо Asn). В настоящее время известно 28 изоферментов ТЕМ с фенотипом устой чивости IRT.

Комбинация мутаций первого и второго типа позволяет получить варианты ТЕМ, обладающие обоими типами устойчивости – ESBL + IRT. На рис. 6 и 7 один из таких мутантов – ТЕМ 50 – отмечен двой ной звездочкой.

Пространственное расположение мутаций. Одним из наиболее удивительных и важных моментов является то, что мутации в моле куле ТЕМ, приводящие к возникновению нового фенотипа устойчи вости, располагаются как вблизи, так и вдали от активного центра.

На рис. 8. показана белковая глобула, ацилированная открытой фор Молекулярные основы резистентности к антибиотикам мой пенициллина G лактамазы ТЕМ 1 с указанием а.о., мутации которых приводят к появлению IRT (в качестве основы взята струк тура PDB1FQG [83]). Отметим, что из трех наиболее часто встречае мых замен а.о. (выделены красным цветом) в активном центре распо ложен только Met69, по соседству с которым располагается катали тически важный остаток Ser68. Расстояние между вторым, наиболее часто подвергающимся заменам Arg244 и Ser68, составляет в среднем более 7 Е, а третий остаток из этой группы, Gln276(Asn266, по данным работы [15]), расположен на поверхности белковой глобулы – вдали от активного центра.

Желтым цветом выделены остатки Glu104 и Glu240. Они нахо дятся в активном центре. Мутации этих остатков вместе с мутацией Gln276Asp приводят к образованию ТЕМ 50, обладающей двойным фенотипом устойчивости. Среди других положений в аминокислот ной последовательности ТЕМ, мутации в которых приводят к появ лению устойчивости типа IRT, только остатки Ile127 и Ser130 нахо дятся в активном центре, а остальные расположены вдали от актив ного центра. Аналогичная картина наблюдается и при анализе поло жения мутаций, приводящих к появлению ESBL.

Таким образом, можно сделать вывод, что изменение субстратной специфичности и чувствительности к ингибиторам для лактамаз группы ТЕМ может происходить как за счет изменения «ближних», так и «дальних» взаимодействий между аминокислотными остатками.

Это же положение соблюдается и для других типов лактамаз. Понят но, что такие сложные взаимодействия сильно затрудняют компью терное предсказание новых лактамных антибиотиков.

Ферменты этой группы являются вторыми по клинической зна чимости возникновения резистентности к лактамам. Лактамаза SHV 1 кодируется в хромосоме большого количества клинических изолятов Klebsiella pneumoniae [58], однако основная устойчивость (до 20% всех штаммов) связана с плазмидно кодируемым ферментом [87].

В штаммах E. coli ген этого фермента встречается только в составе плаз мид. Все мутантные формы SHV кодируются как в хромосоме, так и на плазмидах. К середине 2003 г. в базе данных http://www.lahey.org/studies/ имелась информация о 53 мутантах. Для 45 из них известны полные аминокислотные последовательности. В отличие от ферментов груп пы ТЕМ мутантные SHV появились как в результате точечных замен, так и в результате делеций (SHV 9 и SHV 10) [73,74] или вставок (SHV 16) [4]. Изоэлектрические точки этих ферментов находятся в диапазоне pI 7,0–8,2.

В случае мутантных SHV, обладающих фенотипом устойчивости ESBL, аминокислотные замены были обнаружены в 40 положениях плюс делеция в положении 54 (SHV 9) и вставка 163DRWET167 в SHV 16. Наиболее часто мутации наблюдаются в положениях 36 (за мена Leu на Gln), 238 (Gly на Ser или Ala) и 240 (Glu на Lys). В зависи мости от типа замены, как и в случае ферментов ТЕМ, получаются мутантные SHV с различной специфичностью по отношению к цеф тазидиму и цефотаксиму [45, 58]. Единственная известная лакта маза SHV 10 с фенотипом устойчивости IRT, но не ESBL, отличается от мутанта SHV 9 (устойчивость типа ESBL) всего одной аминокис лотной заменой – Ser130Gly [71, 74].

В феврале 2003 г. появилось сообщение о выделении у пациента из отделения интенсивной терапии Европейского госпиталя им. Ж.Пом пиду (Париж, Франция) клинического изолята K. pneumonieae Lor 1, способного, кроме цефалоспоринов (устойчиваость ESBL, функцио нальная подгруппа 2be), также расщеплять и имепенем (функциональ ная подгруппа 2f) [72]. Кроме того, этот штамм был устойчив к действию амоксициллина или тикарциллина в присутствии клаву лановой кислоты и пиперациллина + тазобактам (МПК >512, функ циональная подгруппа 2br). Ферментом, ответственным за такой широ кий спектр, оказалась хромосомно кодируемая лактамаза SHV 38.

Единственное отличие этого фермента от SHV 1 состояло в амино кислотной замене Ala146Val. Полученные данные еще раз свидетель ствуют о трудностях однозначного отнесения лактамаз к опреде ленной функциональной группе.

Ферменты типа СТХ М получили свое название вследствие того, что они отличаются высокой скоростью гидролиза цефотаксима и низкой активностью по отношению к цефтазидиму. К этой же группе относятся лактамазы Toho 1 и 2, а также UOE 1. Эти ферменты были выделены в отдельную группу намного позже, чем лактамазы групп ТЕМ и SHV. Гены ферментов этой группы имеют плазмидную локализацию. Вначале ферменты группы СТХ М в основном были обнаружены в клинических штаммах, выделенных в Восточной Евро пе, Японии и Южной Америке. В настоящее время география распро странения и разнообразие видов этих ферментов непрерывно расши ряются. Если в начале 2002 г. было известно только 22 фермента этой группы, то к началу 2004 г. их было уже 33.

Между лактамазами группы СТХ М и групп ТЕМ и SHV гомо логия слабо выражена (менее 40%) [88]. Внутри самой группы степень гомологии также невелика. На рис. 9 представлены данные по эво Молекулярные основы резистентности к антибиотикам Рис. 9. Эволюция лактамаз группы СТХ М.

люционной дивергенции ферментов группы CTX M. Из рисунка хорошо видно, насколько далеко отдалились ферменты друг от друга в ходе эволюции.

Внутри семейства лактамаз молекулярного класса А для СТХ М гораздо более высокая (73–77%) гомология наблюдается с хромосом но кодируемыми ферментами из K. oxytoca, C. diversus, Proteus vulgaris и Serratia fonticola [11, 13]. Большая степень дивергенции внутри лак тамаз группы СТХ М и высокая степень гомологии c хромосомно кодируемыми ферментами молекулярного класса А свидетельствуют, что изначально гены этих ферментов входили в состав хромосом, а все большее распространение антибиотикорезистентности, обуслов ленное ферментами этой группы, связано в первую очередь не с точеч ными мутациями, а с их быстрым распространением в составе плазмид.

СЕРИНОВЫЕ ЛАКТАМАЗЫ КЛАССА С

Лактамазы этого класса в основном кодируются в хромосоме штамма хозяина. Гены этих ферментов ampC были найдены в хро мосомах самых различных групп бактерий: Acinetobacter spp., Aeromo nas spp., Chromobacterium violaceum, C. freundii, Enterobacter spp., E. coli, Hafnia alvei, Lysobacter lactamgenus, Morganella morganii, Ochrobactrum anthropi, Proteus rettgeri, Providencia stuartii, P. aeruginosa, Psychrobacter immobilis, Rhodobacter sphaeroides, S. marcescens и Yersinia enterocolitica.

Клиническая значимость этих ферментов для проявления антибио тикорезистентности сильно зависит от штамма.

В ряде микроорганизмов (Enterobacter cloacae, Citrobacter freundii, Serratia marcescens, Pseudomonas aeruginosa и др.) экспрессия гена ampC является индуцибельной – ее уровень регулируется генами ampD, ampG, ampR и промежуточными продуктами синтеза пептидоглика нов [48, 92]. Индукция эффективно происходит под действием ампи циллина и цефалоспоринов I поколения(но не II–IV). В других штам мах, например в E. coli, экспрессия гена ampC является очень низкой.

Она очень слабо регулируется по механизму обратной связи с тор можением скорости клеточного роста [50] и не является индуци бельной из за отсутствия гена ampR [48]. Резистентность в этом слу чае появляется в результате неконтролируемой гиперэкспрессии ampC, вызванной мутацией в гене ampD. Этот же механизм реализуется при устойчивости к цефалоспоринам II–IV поколений. В других штаммах (Klebsiella spp, Salmonella enterica серотипы Typhimurium или Paratyphi, Shigella flexneri, Shigella dysenteriae, P. mirabilis и др.) ген ampC вообще отсутствует.

Как уже отмечалось выше, лактамазы AmpC наиболее активны в расщеплении цефалоспоринов и малочувствительны к действию ингибиторов. Поэтому появление и распространение антибиотикоус тойчивости за счет этих ферментов стало особенно заметным после внедрения в практику различных цефалоспоринов и ингибиторов лактамаз. Именно в это время стали появляться сообщения об обнаружении штаммов с фенотипом устойчивости AmpC, которая могла передаваться от одного штамма к другому [52, 55]. Достоверное описание и молекулярно биологические доказательства передачи лактамаз AmpC между штаммами различных родов с помощью плазмид впервые появились в конце 80 х – начале 90 х годов прош лого столетия [8, 66]. В настоящее время уже известно более двух десятков плазмидно кодируемых лактамаз AmpC. Плазмиды с Молекулярные основы резистентности к антибиотикам этими ферментами были выделены из клинических штаммов практи чески по всему миру – в Европе (BIL 1, CMY 2, CMY 3, ACC 1, LAT 3, LAT 4), Северной (MIR 1, ACT 1) и Южной (FOX 1) Амери ке, Северной Африке (CMY 4), на Ближнем Востоке (DHA 1), в Японии (MOX 1) и других странах этого региона (CMY 1, CMY 8).

Подробное описание этих ферментов и профили субстратной специ фичности к разным лактамам можно найти в работе [69].

Ферменты группы AmpC имеют более длинную полипептидную цепь, чем лактамазы класса А. В зависимости от источника выде ления ферменты имели 378 [7], 381 [10, 34, 49], 382 [12, 44] и 386 [9] аминокислотных остатков. Значения pI этих лактамаз находятся в широком диапазоне – от 6,2 (FOX 4) до 9,2 (МОХ 2 и CMY 4) [69].

Интересной особенностью биосинтеза большого числа этих плаз мидно кодируемых ферментов является неиндуцибельная гиперэкс прессия даже в отсутствие антибиотиков. Размер плазмид варьирует от 7 до 180 тыс. пар оснований [44, 82]. Как правило, в состав больших плазмид входят также гены других лактамаз и гены, обеспечивающие устойчивость к другим антимикробным препаратам – аминогликози дам, хлорамфениколу, сульфонамиду, тетрациклину и др. [82].

Быстрое распространение генов AmpC происходит благодаря тому, что они входят в состав интронов, обеспечивающих эффектив ный обмен генетическим материалом. По оценкам различных иссле дователей доля клинических штаммов, содержащих плазмидно коди руемые ферменты AmpC, в 90 х годах прошлого столетия составляла от 0,4% (P. mirabilis) до 1,6% (E.coli) от общего числа изолятов, устой чивых к лактамам [69]. В настоящее время доля таких штаммов продолжает расти.

СЕРИНОВЫЕ ЛАКТАМАЗЫ КЛАССА D

Ферменты этого класса (ОХА) вначале были выделены в отдель ную группу скорее по фенотипическим (высокая активность по отно шению к оксациллиновым лактамам), чем по генетическим причи нам (некоторые ферменты внутри семейства имеют довольно низкий уровень гомологии – 40%). Однако по мере накопления данных по аминокислотным последовательностям и структурам лактамаз ферменты группы ОХА были выделены в отдельный молекулярный класс D. На данный момент в базе данных http://www.lahey.org/studies/ имеется информация о 51 ферменте этой группы (37 известных пос ледовательностей) и более половины из них были найдены в течение последних 5 лет. Изоэлектрические точки этих ферментов варьируют от 5,5 (ОХА 18) до $9 (ОХА 29).

Не все ферменты молекулярного класса D имеют фенотип устой чивости ESBL. Из 35 охарактеризованных ферментов только 16 отно сятся к функциональной группе 2be. В табл. 1 представлены данные по аминокислотным заменам в ферментах группы ОХА, принадлежа щих к этой функциональной группе. В качестве основного в этой группе рассматривают ОХА 10 (альтернативное название Pse 2).

Наиболее важной мутацией считается замена Gly167Asp. Полагают, что именно она приводит к высокой эффективности расщепления цефтазидима [27].

В отличие от лактамаз TEM и SHV с фенотипом ESBL, найден ных в основном в E. coli, K. pneumoniae и других Enterobacteriaceae, все фермента ОХА с этим фенотипом были впервые обнаружены у Pseudomonas aeruginosa [15]. Описан только один случай выделения фермента этой группы – ОХА 21, из другого штамма – Acinetobacter baumannii [90]. В ряде работ отмечается «оптимизация» лактамаз типа ОХА на проявление высокой активности именно в P. aeruginosa.

Например, ОХА 11 была малоэффективна против оксиминоцефа лоспоринов в клетках E. coli, в то время как в P. aeruginosa она обеспе чивала высокий уровень устойчивости [36]. Из приведенных данных можно сделать вывод, что этот тип устойчивости играет гораздо мень шую роль в общей картине резистентности к лактамам по сравне нию с ферментами других типов.

МЕТАЛЛО ЛАКТАМАЗЫ (МОЛЕКУЛЯРНЫЙ КЛАСС В)

В отличие от сериновых лактамаз ферменты этого типа содер жат в активном центре два атома цинка. Впервые гены ферментов этого типа были обнаружены в хромосомах Bacillus cereus, Bacteroides fragilis, Bacillus anthracis, Aeromonas hydrophila, Chryseobacterium meni ngosepticum, Flavobacterium johnsoniae, Stenotrophomonas maltophilia и др. В настоящее время описаны плазмидно кодируемые металло лак тамазы IMP 1 и IMP 6 (Serratia marcescens), IMP 8 (Klebsiella pneumo niae), IMP 9 (Shigella flexneri), IMP 10 и IMP 11 (P. aeruginosa), VIM (Achromobacter xylosoxidans subsp. denitrificans).

Сравнение аминокислотных последовательностей ферментов, относящихся к этому классу, свидетельствует о наличии трех под групп – B1, B2 и B3 [37]. Подгруппы B1 и B2 эволюционно связаны между собой, в то время как лактамазы, входящие в В3, представ ляют собой отдельную группу.

К началу 2004 г. в банке трехмерных структур PDB было около разных структур для трех металло лактамаз blm из B. cereus, CcrA из Bacteroides fragilis и IMP из P. aeruginosa. Гомология между этими фер ментами не превышает 30–40%, однако трехмерные структуры очень Аминокислотные замены в лактамазах ОХА с фенотипом устойчивости ESBL схожи между собой. Белковая глобула металло лактамаз состоит из двух доменов, в каждом из которых имеется по два атома цинка. Оба домена имеют практически одинаковую топологию. Предполагается, что эти ферменты возникли в результате дупликации гена, коди рующего один из доменов [37].

Потенциально это самые опасные лактамазы, так как они спо собны эффективно гидролизовать карбапенемы – «последнюю линию обороны» при терапии лактамными антибиотиками.

ОСОБЕННОСТИ ПОЯВЛЕНИЯ НОВЫХ МУТАНТОВ ЛАКТАМАЗ

И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Лактамазы – наиболее многочисленная и крайне разнообраз ная группа ферментов, ответственных за устойчивость к лактам ным антибиотикам. Характерной тенденцией последних 5–10 лет являются:

1. Появление все новых и новых мутантных форм этих ферментов, устойчивых к действию новых препаратов (включая цефалоспорины IV поколения и карбапенемы). Как уже отмечалось выше, от 30 до 50% новых ферментов были найдены в течение пяти последних лет.

2. Комбинация в одном штамме сразу нескольких типов резис тентности. При выполнении работ по гранту РФФИ 02 04 49360 в 2003 г. нами было проверено более 800 штаммов из госпиталей и кли ник Москвы, Санкт Петербурга, Томска и Назрани на резистент ность к лактамам. Среди отобранных 280 штаммов для дальнейших исследований более чем в 50% изолятов было обнаружено по две раз личных лактамазы (SHV + CTX M или ТЕМ + СЕХ М), а у 12% штаммов одновременно присутствовали ТЕМ, SHV и СТХ М.

3. Высокая скорость распространения новых мутантов во всем мире. В качестве примера можно привести лактамазу СТХ М, ко торую еще недавно практически не находили в Российской Федера ции. По данным наших исследований, ферменты этой группы были обнаружены в 40% штаммов, полученных из клиник Москвы и Санкт Петербурга – наиболее часто посещаемых городов России.

Исследования показали, что устойчивость к данному лактаму возникает уже через два три месяца с момента его применения в клинике. Поэтому во многих госпиталях через каждые три месяца практикуют заменять использованный лактам на новый.

Появление мутантных лактамаз с несколькими фенотипами устойчивости требует разработки методов экспресс диагностики типов резистентности. Это может быть сделано только с использова нием методов генетической инженерии.

V. УСТОЙЧИВОСТЬ К ГЛИКОПЕПТИДАМ

СРЕДИ ENTEROCOCCUS SPP

Гликопептидные антибиотики (ванкомицин и тейкопланин) тра диционно используются при лечении энтерококковых инфекций, вызываемых штаммами микроорганизмов, устойчивых к лактам ным антибиотикам. Однако и эти антибиотики, подобно лактамам, обладают только бактериостатическим действием в отношении энте рококков. Для достижения бактерицидного эффекта гликопептиды целесообразно комбинировать с аминогликозидами.

Несмотря на то что ванкомицин применяется в медицинской практике с начала 50 х годов, первое сообщение об устойчивости энтерококков к этому антибиотику появилось только в конце 80 х годов (Vancomycin resistant Enterococcus faecium – VRE faecium). К настоящему времени описано 6 фенотипов энтерококков, устойчи вых к гликопептидным антибиотикам (от А до Е и G), их характерис тики представлены в табл. 2. Фенотипы D, E и G описаны у единич ных штаммов, а наиболее широко распространены штаммы с фено типами А и В.

Устойчивость энтерококков к ванкомицину опосредуется доста точно сложными механизмами. Механизм действия гликопептидных антибиотиков и механизм устойчивости к ним энтерококков схема тически изображен на рис. 10. В норме гликопептиды связываются с концевым дипептидом D Ala–D Ala, входящим в состав дисахарид пентапептида – предшественника пептидогликана – основного ком понента клеточной стенки микроорганизмов. В результате такого связывания блокируются последние стадии синтеза пептидоглика на – включения предшественника в растущую цепь этого полимера и образования поперечных сшивок. У штаммов энтерококков, демонстрирующих фенотипы А и В, вместо дипептида D Ala D Ala Характеристика ванкомицинустойчивых энтерококков Параметр