Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   BOAI: наука должна быть открытой Обратите внимание!
 
  Наука >> Медицина | Научные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

Научные статьиСовременные проблемы диагностики и лечения туберкулеза: (1)

Молекулярные механизмы устойчивости Mycobacterium tuberculosis к лекарственным препаратам

Степаншин Ю.Г., Степаншина В.Н., Шемякин И.Г.

Государственный научный центр прикладной микробиологии, п. Оболенск, Московская обл.

АНТИБИОТИКИ И ХИМИОТЕРАПИЯ, 1999-N4, стр. 39-43.

В начало...


(Окончание)

Устойчивость к стрептомицину. Наиболее распространенный механизм устойчивости к аминогликозидам у бактерий - инактивация антибиотиков с помощью аминогликозидмодифицирующих ферментов, которые кодируются генами, передающимися в составе плазмид или транспозонов [29-31]. Однако факт экзогенного приобретения детерминант устойчивости клетками M.tuberculosis не установлен. Формирование устойчивости к стрептомицину микобактериями идет за счет мутаций в генах, ответственных за структуры, которые являются мишенями стрептомицина в рибосомах. Основным участком мутаций является нуклеотидная последовательность гена rpsL, кодирующего белок малой рибосомной субъединицы S12 (кодон 43 или реже 88) [32, 33]. Петли молекулы 16S рибосомной РНК, которые взаимодействуют с белком S12, образуют сайты вторичных мутаций (нуклеотиды 491, 513, 516 или 903). Мутации в названных структурах определены у 50 и 20% клинических стрептомициноустойчивых изолятов, соответственно. Еще один механизм, ответственный за природу одной трети выделяемых устойчивых клинических штаммов M.tuberculosis, остается невыясненным [34].

Устойчивость к этамбутолу. Антимикробная активность этамбутола зависит от вида микобактерий. Поэтому можно было бы предположить, что мишенью для этого препарата должна служить уникальная микобактериальная структура. Биохимические же данные свидетельствуют об избирательном подавлении этим препаратом биосинтеза арабиногалактана и липоарабиноманнана - основных структурных компонентов клеточной стенки микобактерий [35, 36].

Недавно определен кластер генов emb [37]. Повышенный уровень экспрессии этой области приводит к формированию устойчивости у этамбутолу. Предварительные результаты позволяют предположить, что гены emb кодируют некоторые из ферментов, которые необходимы для синтеза арабина клеточной стенки [37]. В настоящее время начаты исследования по определению точного расположения мутаций, обеспечивающих устойчивость к препарату. Приступили также к изучению механизмов взаимодействия этамбутола с белками, кодируемыми генами emb [5].

Устойчивость к пиразинамиду. О механизмах действия пиразинамида известно очень мало. Чувствительные к этому препарату штаммы M.tuberculosis продуцируют фермент пиразинамидазу, которая расщепляет пиразинамид до пиразиновой кислоты, являющейся активной частью препарата. Присутствие этого фермента в чувствительных к пиразинамиду микроорганизмах (несмотря на то, что он регистрируется, хотя и в очень низких концентрациях, у большинства штаммов M.tuberculosis и M.bovis с природной устойчивостью к пиразинамиду) указывает на наличие у микобактерий метаболических путей с участием никотинамидаденин динуклеотида, служащего потенциальной мишенью для пиразинамида. Возможно, однако, что превращение пиразинамида под действием пиразинамидазы в пиразиновую кислоту является наипростейшим объяснением механизма действия этого препарата, ибо между потерей пиразинамидазной активности и устойчивостью к пиразинамиду не существует четкой корреляции [38]. Нетуберкулезные микобактерии устойчивы к пиразинамиду, несмотря на их пиразинамидазную активность. Scorpio и Zhang [39] описали мутации в гене микобактерий, который кодирует пиразинамидазу. Этот факт стал переломным моментом в понимании природы устойчивости M.tuberculosis. к пиразинамиду.

Устойчивость к фторхинолонам. Последние эпидемии туберкулеза, вызванные штаммами с множественной лекарственной устойчивостью, заставили обратить особое внимание на фторхинолоны как противотуберкулезные препараты второго поколения. Применение их для лечения больных туберкулезом, обусловленном множественноустойчивыми штаммами, привело к появлению пула штаммов M.tuberculosis, устойчивых и к этим препаратам. За период с января 1991 г. по ноябрь 1993 г., в Нью-Йорке было зарегистрировано 22 пациента, инфицированных этими штаммами, что составило 2% всех зарегистрированных в городе случаев туберкулеза, вызванного множественноустойчивыми штаммами [40]. Но наиболее тревожными остаются сообщения, полученные из Мадрида: у 16 (33%) из 48 пациентов с туберкулезом, обусловленным множественноустойчивыми штаммами, были изолированы M.tuberculosis с устойчивостью к фторхинолонам [41].

В основе устойчивости к препаратам группы фторхинолонов на молекулярном уровне лежит сложный многоступенчатый процесс. Исследования на E.coli, Staphylococcus aureus и других бактериях показали, что в формировании устойчивости к фторхинолонам участвуют: а) ДНК-гираза (топоизомераза IV) и б) белки клеточной мембраны, участвующие в регуляции внутриклеточной концентрации антибиотика путем влияния на процесс поступления и выведения препарата из клетки [42, 43]. Последовательное возникновение мутаций в некоторых из этих генов является необходимым условием для обеспечения высокого уровня устойчивости. Опыт, накопленный при изучении образования мутаций устойчивости к фторхинолонам, свидетельствует об идентичности схемы формирования устойчивости к ним у M.tuberculosis и других микроорганизмов. Как показали последние исследования, в механизме выведения фторхинолонов из клеток микобактерий участвует ген lfrA [44]. Мутации в этом гене обеспечивают низкий уровень устойчивости к препаратам группы фторхинолонов. По мнению Telenti [5], это направление исследований может привести к более глубокому пониманию механизмов устойчивости микобактерий к фторхинолоновым препаратам.

Устойчивость к другим лекарственным препаратам. Канамицин и капреомицин, подобно стрептомицину, являются ингибиторами синтеза белков. Несмотря на то, что молекулярная основа устойчивости к этим препаратам неизвестна, вполне возможно, что на формирование устойчивости влияет изменение рибосомных структур, поскольку у микобактерий часто отмечается перекрестная устойчивость к препаратам группы аминогликозидов.

Для ПАСК предполагают два механизма действия: вмешательство в синтез фолиевой кислоты и ингибирование процесса поглощения железа [45]. Однако в настоящий момент имеется немного работ по этой проблеме. В связи с этим вопросом о механизмах устойчивости M.tuberculosis к ПАСК остается открытым.

Этионамид, сходный по своей структуре с изониазидом, вероятно, воздействует на биосинтез миколовой кислоты. Мутации в гене inhA могут обеспечивать перекрестную устойчивость к этионамиду. Другие гены также могут участвовать в формировании устойчивости к этому препарату [14]. Однако мутации в гене katG не имеют отношения к этому процессу.

* * *
Итак, появление лекарственноустойчивых штаммов M.tuberculosis может существенно осложнить мероприятия по борьбе с туберкулезом. В чем же основная причина развития устойчивости к антимикробным препаратам у M.tuberculosis? По мнению большинства исследователей, это - неадекватно проводимая антибиотико- и химиотерапия больных туберкулезом: не основанный на предварительном определении спектра чувствительности изолятов выбор противотуберкулезных препаратов, использование только одного или двух лекарств, несоблюдение режима применения, недисциплинированность пациентов и т.п. [46, 47]. В любом из этих сценариев создаются предпосылки для выживания мутантов, устойчивых к лекарственным препаратам. Следует отметить, что сами по себе антибактериальные средства не индуцируют мутации, они лишь нарушают баланс в пользу появившихся спонтанных мутантов.

Представленные в обзоре данные свидетельствуют о том, что за последние несколько лет в понимании природы устойчивости M.tuberculosis к лекарственным препаратам достигнут определенный прогресс. В настоящее время имеется информация об 11 генах, участвующих в формировании устойчивости к изониазиду, рифампицину, стрептомицину, этамбутолу, пиразинамиду, антибиотикам группы фторхинолонов и циклосерину. Сведения об изменениях в нуклеотидных последовательностях в мутантных генах послужили основой для разработки генетических тестов с целью идентификации лекарственноустойчивых штаммов возбудителя туберкулеза. В целом изучение молекулярных механизмов устойчивости к антибиотикам и химиопрепаратам дает бесценную информацию об уникальных структурах M.tuberculosis, расшифровка которых поможет при создании новых эффективных противотуберкулезных средств.

АНТИБИОТИКИ И ХИМИОТЕРАПИЯ, 1999-N4, стр. 39-43.

ЛИТЕРАТУРА

1. Edlin B.R., Tokars J.I., Grieco M.H. N Engl J Med 1992; 316: 1514-1521.

2. Telzak E.E., Sepcowitz K., Alpert P. et al. Ibid 1995; 333: 907-911.

3. Nikaido H. Science 1994; 264: 382-388.

4. Kwon H.H., Tomioka H., Saito H. Tuberc Lung Dis 1995; 76: 141-148.

5. Telenti A. Clin Chest Med 1997; 18: 55-64.

6. Dautzenberg B., Marc T.S., Meyohas M.C. et al. Arch Intern Med 1993; 153: 368-372.

7. Heifets L., Mor N., Vanderkolk J. Antimicrob Аgents Chemother 1993; 37: 2364-3370.

8. Ланчини Д., Паренти Ф. Антибиотики. М 1985; 272.

9. Cambau E., Sougakoff W., Jarlier V. FEMS Microbiol Lett 1994; 116: 49-54.

10. Heym B., Alzari P.M., Honore N. et al. Mol Microbiol 1995; 15: 235-245.

11. Wilson T.M., Collins D.M. Ibid 1996; 19: 1025-1034.

12. Heym B., Zhang Y., Poulet S. et al. J Bacteriol 1993; 175: 4255-4259.

13. Rouse D., Morris S.L. Infect Immun 1995; 63: 1427-1433.

14. Benerjee A., Dubnau E., Quermard A. et al. Science 1994; 263: 227- 230.

15. Sacchettini J.C., Bianchard J.S. Res Microbiol 1996; 147: 36-43.

16. Heym B., Honore N., Rruffort-Pernot et al. Lancet 1994; 344: 293-298.

17. Dessen A., Quermard A., Blanchard I.S. et al. Science 1995; 267: 1638-1641.

18. Ristow M., Moehling M., Rifai M. et al. Lancet 1995; 346: 502-503.

19. Deretic V., Philipp W., Dhandayuthapani S. et al. Mol Microbiol 1995; 17: 889-900.

20. Sherman D.R., Sabo P.J., Hickey M.J. et al. Proc Natl Acad Sci USA 1995; 91: 6625-6629.

21. Панферцев Е.А., Митрофанова Г.Н., Степаншина В.Н., Шемякин И.Г. Полимеразная цепная реакция в диагностике и контроле лечения инфекционных заболеваний: Мат II Всеросс конф. 20- 22 января 1998. М 1998; 107-108.

22. Telenti A., Imboden P., Marchesi F. et al. Antimicrob Agents Chemother 1993; 341: 647-650.

23. Cole S.T. Res Microbiol 1996; 147: 48-52.

24. Telenti A., Persing D.H. Ibid 73-79.

25. Williams D.L., Waguespack C., Eisenach K. et al. Antimicrob Agents Chemother 1994; 38: 2380-2386.

26. Bodmer N., Zurcher G., Imboden I. et al. J Antimicrob Chemother 1995; 35: 345-348.

27. Heifets L.B., Lindholm P.J., Iseman M.D. Am Rev Respir Dis 1988; 137: 719-721.

28. Panfertsev E.A., Shemyakin I.G., Mitrophanova G.N., Stepanshina V.N. 8-th Intern Congr Infect Dis. Boston, May 15-18, 1998; Abstr 10385.

29. Боронин А.М., Анисимова Л.А., Степаншина В.Н., Ганелин В.Л. Антибиотики 1979; 24: 588-590.

30. Ганелин В.Л., Виноградова Л.Г., Степаншина В.Н. и др. Биохимия 1980; 45: 2197-2205.

31. Степаншина В.Н., Виноградова Л.Г., Ганелин В.Л., Могилевчик Л.Е. Тез докл 2-го Всесоюзного сов по ферментам микроорганизмов. Минск 1978; 202: 1978.

32. Finken M., Kirschner P., Meier A. et al. Mol Microbiol 1993; 9: 1239-1246.

33. Honore N., Cole S.T. Antimicrob Agents Chemother 1994; 38: 238-242.

34. Guillemin I., Cambau E., Jarlier V. Ibid 1995; 39: 2145-2149.

35. Micusova K., Slayden R.A., Besra G.S. et al. Ibid 2484-2489.

36. Takayama K., Kliburn J.O. Ibid 1989; 33: 1493-1499.

37. Belanger A.E., Besra G.S., Ford M.E. et al. Proc Natl Acad Sci 1996; 21: 1919-1924.

38. Butler W.R., Kilburn J.O. Antimicrob Agents Chemother 1983; 24: 600-601.

39. Scorpio A., Zhanf Y. Nature Med 1996; 2: 662-667.

40. Sullivan E.A., Kreiswirth B.N., Palumbo L. et al. Lancet 1995; 345: 1148-1150.

41. Delgado M.B., Telenti A. In: Selected PCR Protocols for Emerging Infectious Diseases./Persing D.H., ed. Washington, 1996.

42. Cambau E., Jarlier V. Res Microbiol 1996; 147: 52-59.

43. Ferrero L., Cameron B., Crouzet J. Antimicrob Agents Chemother 1995; 39: 1554-1558.

44. Takiff H.E., Cimini M., Musso C.M. et al. Proc Natl Acad Sci 1996; 96: 362-366.

45. Winder F.G. In: The Biology of the Mycobacteria./Ratledge C., Stanford J., eds. New York 1982; 354-438.

46. Chaulet P., Bonlahbal F., Crosset S. Int J Tuberc Lung Dis 1996; 78: 487-492.

47. Iseman M.D. Proc Natl Acad Sci 1994; 91: 2428-2429.


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования