Механизм приобретенной резистентности микроорганизмов к антибиотикам –

Анастасия Станиславовна
ординатор 1 года обучения, гр.1825

Томск – 2019 г.

антибиотика, недоступности мишени вследствие первично низкой проницаемости или ферментативной инактивации.
природная

резистентность является постоянным видовым признаком микроорганизмов и легко прогнозируется.

Приобретенная

свойство отдельных штаммов бактерий сохранять жизнеспособность при тех концентрациях АБ, которые подавляют основную часть микробной популяции.
формирование резистентности обусловлено генетически: приобретением новой генетической информации или изменением уровня экспрессии собственных генов.

клетки (эффлюкс).
Нарушение проницаемости внешних структур микробной клетки.
Формирование метаболического

«шунта»

Механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам:

Структура мишеней действия АБП подвержена изменчивости в результате спонтанных мутаций в кодирующих их генах или иных генетических событий. Часть таких изменений может привести к снижению (или утрате) способности мишени связываться с АБП.

к нарушению репликации ДНК (бактерицидный эффект).
Механизм действия фторхинолонов

А и В, критичные для взаимодействия с молекулой ципрофлоксацина.

Участки разрыва двойной спирали отмечены стрелками. Препарат представлен в виде

серых прямоугольников.
Предполагаемые варианты: А(i) – встраивание молекулы хинолона между нуклеотидами; А (ii) – вытеснение цитозина.

субъединиц.
ДНК-гираза состоит из двух gyrА и двух gyrB субъединиц

(соответствующие гены gyrА и gyrB).

Топоизомераза IV - из субъединиц parC и parE (соответствующие гены parC и parE).
Гены обоих ферментов локализованы на бактериальной хромосоме.

супервитка. Затем разорванная нить воссоединяется. Субъединица В осуществляет гидролиз АТФ,

чтобы обеспечить суперскручивание энергией.
Топоизомераза IV катализирует расхождение нитей ДНК.

Действие ДНК-гиразы и топоизомеразы IV

аминокислотным заменам в полипептидных цепях ДНК-гиразы или топоизомеразы IV.

Важны

лишь мутации, возникающие в «хинолоновом кармане». Участки получили название «область, детерминирующая устойчивость к хинолонам».

Размер этой области у субъединицы А ДНК-гиразы кишечной палочки составляет около 40 аминокислот. При этом замены некоторых аминокислот приводят к наиболее выраженному снижению аффинности и, к максимальному снижению чувствительности. Так, у E. coli замена серина в 83-м положении является наиболее частой мутацией, приводящей к формированию устойчивости.

Механизм развития устойчивости

к фторхинолонам
Спарфлоксацин и гатифлоксацин действуют на – ДНК-гиразу.

Моксифлоксацин и

гемифлоксацин обладают приблизительно одинаковым сродством к обоим ферментам.

У грамположительных бактерий
первичная мишень – топоизомераза IV,

У грамотрицательных бактерий
первичная мишень –ДНК-гираза.

действия) МПК препаратов обычно повышается в 4-8 раз, а антибактериальный

эффект проявляется за счет подавления активности фермента, являющегося вторичной мишенью.

Если воздействие фторхинолонов на микроорганизм продолжается, то возможно возникновение и селекция мутаций во вторичной мишени и, как следствие, повышение МПК еще в 4-8 раз.

Для формирования устойчивого штамма мутации должны произойти одновременно в генах обоих ферментов(встречаются реже, чем одиночные).

*МПК – минимальная подавляющая концентрация

и Mycobacterium bovis.
У этих двух видов был обнаружен белок

семейства «пентапептидных повторов», кодируемый хромосомным геном mfpA.
Данный белок по окончании фолдинга приобретает структуру, чрезвычайно схожую с двойной спиралью ДНК.
MfpA симулирует структуру ДНК и тем самым служит мишенью для фторхинолонов, что защищает клетку от губительного взаимодействия антибиотика с ДНК-гиразным комплексом.

*Фолдинг белка – пространственная укладка полипептидной цепи в третичную структуру.

устойчивости к пенициллину распространен среди устойчивых штаммов Streptococcus pneumoniae и

Neisseria meningitidis, содержащих мозаичные гены DD-транспептидазы, являющейся мишенью для пенициллина.

Модификация мишени действия

в результате связывания с 50S cубъединицей рибосомы.

АБ данных групп существенно

различаются по своей химической структуре, но их объединяет общий механизм антибактериального действия и механизмы резистентности.

Устойчивость к макролидам, кетолидам и линкозамидам

Рибосома как мишень действия

связывания является домен V, причем основные точки связывания – нуклеотиды

в положениях А2058, А2059 и G2505.
2) В пределах домена II АБ взаимодействует с нуклеотидом в положении А752 – характерно для кетолидов (более высокая АБ активность и отсутствие перекрестной устойчивости с макролидами).

Связь с 23S рРНК препятствует сборке 50S субъединицы и процессу элонгации.
Модификация 23S рРНК осуществляется в результате:
-метилирования аденина (в положении 2058);
-нуклеотидныех замены.

Механизм развития устойчивости

от внешних условий. Соответственно, бактерии проявляют устойчивость ко всем макролидам

и линкозамидам.

При индуцибельном типе синтеза фермента для его начала необходима индукция.

Синтез стрептококковых метилаз индуцируется всеми макролидами и линкозамидами и микроорганизмы проявляют устойчивость ко всем перечисленным антибиотикам.
Синтез стафилококковых метилаз способен индуцировать только 14- и 15-членные макролиды (устойчивость сохраняется к этим АБ), но сохраняют чувствительность к 16-членным макролидам и линкозамидам.
В клинической практике могут встречаться стафилококки устойчивые как ко всем макролидам и линкозамидам, так и только к 14- и 15-членным макролидам.

Модификация 23S рРНК

рибосомальных белков, приводящие к конформационным изменениям пептидилтрансферазного центра и к

снижению аффинности препаратов.
Мутации в генах рРНК являются основным механизмом устойчивости к макролидам у H. pylori.

Устойчивость к макролидам, кетолидам и линкозамидам

структура пептидилтрансферазного центра и домена V 23S rRNA (A) и

шпильки 35 домена II (B).

Ery – эритромицин Cbm – карбомицин Tyl – тилозин
Tel – телитромицин.

Кружками отмечены положения, нуклеотидные замены в которых приводят к формированию устойчивости.

связывания молекулы антибиотика с концевыми аминокислотами в боковой пептидной цепочке

(D-аланин-D-аланин).
Механизм устойчивости к гликопептидам у энтерококков связан с синтезом бактериями модифицированной боковой полипептидной цепи.

К гликопептидам относятся природные антибиотики:
 ванкомицин   тейкопланин.

др.) (более 95% штаммов) связана с мутациями в сравнительно небольшом

фрагменте β-субъединицы этого фермента. Размер указанного фрагмента составляет 81 пару оснований (27 кодонов).

Пример: наличие мутации в кодонах 526 и 531 приводит к высокому уровню резистентности к рифампицину (МПК < 32,0 мкг/мл) и другим рифамицинам.
Мутации в кодонах 511, 516, 518 и 522 сопровождаются низким уровнем устойчивости к рифампицину и рифапентину, при сохранении чувствительности к рифабутину.

Устойчивость микобактерий к рифамицинам

к нему быстро (в 70% случаев) развивается устойчивость.





Одним из механизмом

устойчивости микобактерий  является гиперпродукция мишеней действия активных форм препарата.
Мишени действия: белки, участвующие в транспорте предшественников миколевой кислоты и ее биосинтезе: ацилированный белок-носитель (ген acpM), синтетаза (ген kasA) и редуктаза (ген inhA) белка-носителя. Мутации обычно выявляются в промоторных областях перечисленных генов. Уровень устойчивости, связанной с гиперпродукцией мишеней, как правило, ниже, чем при мутациях в генах каталазы-пероксидазы.

Механизм действия связан с угнетением синтеза миколевой кислоты в клеточной стенке M.tuberculosis.

биосинтезе компонента клеточной стенки микобактерий - арабиногалактана.
Устойчивость к этамбутолу, в

подавляющем большинстве случаев, связана с точечной мутацией в 306 кодоне.

Этамбутол – синтетический ПТП. Активность этамбутола связана с ингибированием ферментов, участвующих в синтезе клеточной стенки микобактерий. Препарат оказывает бактериостатическое действие. Активен только в отношении размножающихся микобактерий.

в синтезе клеточной стенки бактерий. В результате модификации у некоторых ПСБ уменьшается

сродство к β-лактамам( повышается МПК этих препаратов и снижается клиническая эффективность).

Устойчивость стафилококков (S.aureus) обусловлена появлением у микроорганизмов дополнительного ПСБ (ПСБ2а). Маркером наличия

Клиническое значение имеет устойчивость среди стафилококков и пневмококков. Гены модифицированных ПСБ локализованы на хромосомах.

структурным изменениям кодируемых им молекул-мишеней, нарушающими связывание с антибиотиком, и

стабилизацией таких мутаций в присутствии антибиотиков.
Наличие генов, которые могут передаваться с помощью горизонтального переноса. Продукты этих генов модифицируют молекулу-мишень. В этом случае в результате модификации мишени процесс связывания с ней антибиотика либо частично, либо полностью нарушается.
Подобные механизмы описаны в отношении эритромицина и линкомицина – антибиотиков, нарушающих функционирование рибосом.

Пример: мутации в генах, кодирующих, рибосомальный белок RpsL, β-субъединицу ДНК-зависимой РНК-полимеразы и фермент ДНК-гиразу, что придаёт клетке устойчивость к стрептомицину, рифамицину и хинолонам.

Пример: метилирование рРНК эффективно защищает бактериальную клетку от летального действия эритромицина.

счет продукции бета-лактамаз); - S.aureus (метициллинорезистентные): ассоциированная (между разными группами) резистентность

к макролидам, аминогликозидам, тетрациклинам, фторхинолонам, ко-тримоксазолу, иногда к ванкомицину; - S.pneumoniae: резистентность к пенициллинам (некоторые штаммы к цефалоспоринам 3 поколения); ассоциированная устойчивость к макролидам, тетрациклинам, ко-тримоксазолу; - Enterococcus spp.: ассоциированная резистентность к пенициллинам, аминогликозидам, фторхинолонам, гликопептидам; - H.influenzae: резистентность к полусинтетическим пенициллинам; - N.gonorrhoeae: резистентность к пенициллинам, фторхинолонам, тетрациклинам; - Shigella spp.: резистентность к ампициллину, тетрациклинам, хлорамфениколу, ко-тримоксазолу; - Salmonella spp.: резистентность к ампициллину, цефалоспоринам 3 поколения, хлорамфениколу, фторхинолонам, ко-тримоксазолу; - E.coli: резистентность к ампициллину, гентамицину, ко-тримоксазолу, фторхинолонам, некоторые штаммы — к карбапенемам; - Klebsiella spp.: резистентность ко всем цефалоспоринам; ассоциированная устойчивость к гентамицину и фторхинолонам; - P. mirabilis: устойчивость к пенициллинам, цефалоспоринам 1 поколения; - Pseudomonas spp., Acinetobacter spp., S.maltophilia: ассоциированная резистентность к цефалоспоринам, фторхинолонам, аминогликозидам, иногда к карбапенемам.

Основные клинически значимые бактерии устойчивы к следующим группам АБ