В статье автор раскрывает основные механизмы возникновения устойчивости бактерий к антибиотикам и рассматривает современные способы борьбы с данной проблемой клинической медицины.
Ключевые слова: бактерии, антибиотики, факторы устойчивости, антибиотикорезистентность.
Бактерии — одни из древнейших существ на Земле. Они встречаются повсеместно: в воде, в воздухе, в почве и в живых организмах; применяются человеком во многих отраслях промышленности. Однако они приносят не только пользу. Существует группа бактерий, являющихся возбудителями различных заболеваний. Их делят на патогенных и условно патогенных. Возникает необходимость поиска средств борьбы с ними. Первый шаг по борьбе с данной проблемой был сделан в 1928 году Александром Флемингом. Он обнаружил, что культура золотистого стафилококка почти погибла под действием гриба, названного им Penicillium rubrum. Выделить активное вещество ему не удалось, однако это открытие поспособствовало дальнейшим исследованиям и уже в 1940 году Х. Флори и Э. Б. Чейн получили чистый пенициллин [4]. Исследования не прекращались, и на сегодняшний день медицина в своем арсенале имеет 5 поколений препаратов, действие которых направлено на борьбу с бактериями — антибиотиков.
Принцип действия антибиотиков основан препятствии нормального функционирования клетки бактерии: нарушении синтеза клеточной стенки, проницаемости клеточной мембраны, внутриклеточного синтеза белков, синтеза нуклеиновых кислот и фолиевой кислоты.
Негативное действие антибиотиков на бактерий способствует развитию мутаций в микроорганизмах, в результате которых у последних может возникнуть устойчивость к действию препаратов, так называемая «антибиотикорезистентность». Это также связано с тем, что бактерии способны к обмену информацией (внутривидовому и межвидовому), и быстрому размножению, что способствует быстрой и продуктивной реакции на изменившиеся неблагоприятные условия среды. Те организмы, которые своевременно мутировали в верном направлении, становятся антибиотикорезистентными и продолжают жить и размножаться в организме хозяина [2].
Существует несколько факторов, определяющих устойчивость бактерий к антибиотикам. Одним из них является трансформация — процесс захвата микроорганизмом свободной цепи ДНК и ее встраивание в собственный геном. Таки образом бактерия может захватить участок ДНК, кодирующих белки, способные связывать антибиотик, тем самым препятствуя его активному действию по разрушению клетки.
Другим фактором, обеспечивающим устойчивость, является конъюгация — передача кольцевой ДНК (плазмиды) от одной бактерии к другой. Благодаря этому гены устойчивость быстро распространяются в группе бактерий.
Еще одним фактором, определяющим антибиотикорезистентность, является наличие транспозонов и интегронов — подвижных генов, способных кодировать транслокацию внутри хромосомы, между хромосомами, между плазмидами и даже между бактериями. Благодаря этому возможен переход генетической информации, кодирующей факторы антибиотикорезистентности от одной бактерии к другой. Кроме того, передачу генов могут осуществлять бактериофаги, посредством именно транспозонов и интегронов.
На данный момент ученые выделяют несколько механизмов возникновения антибиотикорезистентности. Первый связан с ферментативной активностью бактерий, которая приводит к изменению структуры самого препарата. Наиболее частым проявлением данного механизма является спонтанный синтез фермента, разрушающего действующее вещество антибиотика. Или другой вариант — фермент, выработанный бактерией, способствует присоединению какой-либо химической группы к антибиотику, что приводит к угнетению действия последнего.
В основе другого механизма лежит непроницаемость клеточной стенки. В данном случае существенную роль играет разделение бактерий на две группы: грамположительные и грамотрицательные. В основе этого разделения лежит метод окрашивания, разработанный Х. Грамом. Из-за разной толщины, строения и проницаемости клеточной стенки эти виды по-разному реагируют на антибиотики — клеточная стенка грамотрицательных бактерий непроницаема для препарата, поэтому представители данной группы устойчивы к действию большинства препаратов [3].
Третий механизм основан на способности бактерий продуцировать белки, способные выводить антибиотики из клетки. Как правило, такой белок внедряется в мембрану клетки и работает как интегральный.
В том случае, когда действие антибиотика основано на подавлении метаболизма бактерии, последняя ищет альтернативные пути метаболизма, способствующие обхождению метаболического блока, созданного антибактериальным препаратом.
Еще одним механизмом является изменение участка связывания антибиотика. Механизм, на примере рафампицилина, указан на рис. 1. В результате мутации, фермент РНК-полимераза изменяет свою структуру, и участок, к которому раньше присоединялся антибиотик, исчезает. Значит, фермент будет невосприимчив к действию препарата и применение последнего станет неэффективным.
Рис. 1. Изменение участка связывания антибиотика
В связи с необходимостью осуществления качественного и продуктивного лечения, важное место в исследованиях занимает изучение методов борьбы с антибиотикорезистентностью. На данный момент в качестве основных мер применяют изучение устойчивости каждой отдельной группы патогенных и условно патогенных микроорганизмов, характерных для определенного региона, к определенному препарату, ограничение продаж антибиотиков без рецепта врача, запрет на использование антибиотиков в пищевой промышленности. Немаловажным является поиск ингибиторов ферментов бактерии, создающих препятствия их метаболизму — метаболический блок. Также важными мерами является создание антибактериальных препаратов, действие которых основано на иных, ранее не использованных методах воздействия, и химическая модификация уже существующих форм препаратов [1].
Таким образом, появление у бактерий антибиотикорезистентности, происходящее различными механизмами под влиянием различных факторов, является важной клинической проблемой, решение которой возможно благодаря разработке новых препаратов и ограничению применения уже существующих.
Литература:
- Пиневич А. В. Микробиология. Биология прокариотов: в 3 т. — СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 2006.
- Нетрусов А. И., Котова И. Б. Микробиология. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2012. — 384 с.
- Современная микробиология: в 2 т / Под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля. — М.: Мир, 2005.
- М. Шифрин. Гонка вооружений, или Война с микромиром // Вокруг Света: научно-популярный журнал. — М.: Хёрст Шкулёв Паблишинг, 2006. — 1 октября. Архивировано 22 октября 2007 года.
