Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Зарегистрируйтесь на нашем сервере и Вы сможете писать комментарии к сообщениям Обратите внимание!
 
  Наука >> Медицина | Обзорные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

Научные статьиАнтибиотики: новые механизмы передачи резистентности: (1)

Антибиотикорезистентность и системы активного выброса ксенобиотиков у бактерий

Сазыкин Ю.О., Швец А.В., Иванов В.П.

(Москва)

В начало...


Полувековая история науки об антибиотиках включает как накопление данных о механизмах резистентности к ним, так и разработку подробной классификации последних на уровне генома и фенотипа бактерий. Время или очередность открытия основных механизмов резистентности определялось не только их распространенностью, но и большим или меньшим развитием определенных областей биохимии. Так, быстрое открытие ферментативной инактивации антибиотиков обусловлено успехами в формировании энзимологии с ее методами еще в 20-30-е годы; механизмы резистентности к антибиотикам на уровне их мишеней стали известны и объяснимы в результате достигнутой в 50-х годах возможности изучения белкового синтеза в бесклеточных системах. Механизмы резистентности к антибиотикам на уровне оболочки бактериальной клетки стали получать свое конкретное описание гораздо позднее - в 80-90-х годах, ввиду того, что субклеточная организация оболочки в целом, молекулярная организация ее мембранных структур и периплазматического пространства были установлены в основных чертах только к этому времени. Публиковавшиеся ранее разрозненные, хотя и не столь редкие сообщения о слабом накоплении антибиотика в клетках того или иного резистентного штамма фактически еще не касались механизма явления.

Имеющая общебиологическое значение, недавно сформулированная концепция поддержания гомеостаза клетки, в том числе микробной, за счет систем активного выброса чужеродных веществ - ксенобиотиков, оказалась весьма плодотворной в приложении к антибиотикам, позволив раскрыть новые для врачей, но широко распространенные механизмы резистентности, объяснить причины неудач антибиотикотерапии и наметить подходы к созданию способов борьбы с ними [1].

Новый механизм, точнее совокупность новых механизмов резистентности, объясняется значительным повышением в цитоплазматической мембране количества специфических белков, условно именуемых "помпами" (pumps). У грамотрицательных бактерий помпы - они же системы активного выброса более сложны, чем у грамположительных, включая помимо основного белка-транспортера еще, по крайней мере, два белка.

Молекулярная организация и компонентный состав помп грамположительных и грамотрицательных бактерий резко различаются [1, 2]. Если в первом случае помпы, точнее их основной компонент - транспортер, выбрасывают проникающий в цитоплазматическую мембрану ксенобиотик непосредственно в среду, то во втором - транспортер, функционирующий без дополнительных компонентов помпы, выбрасывал бы ксенобиотик лишь в периплазматическое пространство. Это существенно снижало бы эффективность защитной системы. Отсюда наличие у грамотрицательных бактерий трехкомпонентных помп - транспортера, затем пересекающего внешнюю мембрану белка с каналом, через который выбрасываются, то есть возвращаются в среду ксенобиотики (не смешивать такие белки с поринами), и, наконец, линкерного белка, связывающего белок-транспортер с белком-каналообразователем. Линкерный белок располагается в периплазматическом пространстве и играет вспомогательную роль. Таким образом, в собранном виде трехкомпонентные системы активного выброса пересекают обе мембраны и периплазматическое пространство между ними. Нижний вход в канал каналообразующего белка располагается над транспортером. Правильность их взаиморасположения поддерживается линкерным белком (или несколькими его молекулами, как бы окружающими место контакта транспортера и белка-каналообразователя). Аналогичное схематичное построение обнаружено у помп, служащих для выброса эндогенных соединений, включая и внеклеточные ферменты - например, гемолизин, протеазы и пр., необходимые для адаптации микроорганизмов к новым условиях существования. Возможно, что некоторые помпы играют и защитную и физиологическую роль, что отражено и в терминах, введенных в классификацию таких надмолекулярных структур - например, семейство RND белков (Resistance, Nodulation, Division - применительно к Rhizobium [3]) и тому подобные аббревиатуры.

Общеизвестно, что грамотрицательные бактерии в целом более устойчивы, чем грамположительные, к антибактериальным агентам и вообще ксенобиотикам. Это относится прежде всего к липофильным и амфифильным структурам. Исключения здесь довольно редки. Такую "присущую от природы" (intrinsic) относительную резистентность грамотрицательных бактерий к ксенобиотикам принято объяснять наличием в их оболочке дополнительного барьера проницаемости - внешней мембраны, наружная поверхность которой, точнее наружный слой, представлена липополисахаридами, взаиморасположение молекул которых координируется ионами магния. Низкая текучесть наружного слоя уменьшает скорость трансмембранной диффузии липофильных агентов в периплазматическое пространство. В то же время узость формируемых пориновыми белками трансмембранных каналов должна снижать проникновение через нее гидрофильных веществ.

Тем не менее, учитывая соотношение поверхности к объему у бактериальных клеток, выравнивание концентрации ксенобиотиков в среде и в периплазматическом пространстве происходит быстро и измеряется всего лишь десятками секунд. Необходима кооперация разных защитных систем, локализованных в оболочке для того, чтобы вклад внешней мембраны в резистентность был реализован. Одним из примеров кооперативного действия разных механизмов может быть продемонстрированное в 80-е годы расположение в периплазматическом пространстве бета-лактамаз с преимущественным сосредоточением именно под выходами из пориновых каналов, по которым движутся молекулы субстрата.

Аналогично изложенному, сейчас обсуждается возможность упорядоченного расположения помп в оболочке, точнее транспортеров в цитоплазматической мембране - в непосредственной близости от выхода из пориновых каналов в периплазму. Это может быть новым вариантом кооперативного действия разных защитных систем [4, 5].

Выброс ксенобиотика против градиента концентрации требует энергизации мембраны. Работа помп обеспечивается или протон-движущей силой, или гидролизом макроэргических соединений, прежде всего АТФ. Коллапс протонного градиента цитоплазматической мембраны путем обработки клеток классическим используемым для этой цели реагентом - карбонил цианид м-хлорфенилгидразоном (СССР) приводит к резкому повышению аккумуляции антибиотиков в резистентных клетках грамположительных и грамотрицательных бактерий.

Применительно к проблемам химиотерапии обращает на себя внимание прежде всего исключительно широкая специфичность защитных систем активного выброса. Некоторые из них могут выбрасывать из клетки вещества самых отдаленных структур: например, беталактамы, тетрациклины, фторхинолоны, фузидиевую кислоту, красители и т.д. Требования, ограничивающие субстратную специфичность, носят самый общий характер - липофильность и амфифильность субстратов, молекулярная масса в пределах 1500-2000 Да. Следует отметить, что в последние годы получены данные о существовании более редких помп, способных к выбросу и высоко гидрофильных антибиотиков (см.ниже). С другой стороны, разнообразие полученных структур беталактамов столь велико, что можно обнаружить в некоторых случаях избирательность использования их как субстратов отдельными системами активного выброса [1].

Подробно и разносторонне изучаются, в том числе по степени гомологии, опероны, экспрессирующие трехкомпонентные системы активного выброса - применительно к P.aeruginosa это mexA-mexB-OprM, mexC-mexD-OprJ, mexE-mexF-OprN [1, 4]. Применительно к E.coli - acrA-acrB-tolC; применительно к N.gonorrhoeae - mtrC-mtrD-mtrE.

В таблице представлены сведения об известных к настоящему времени системах активного выброса у P.aeruginosa [1, 5]. Системы относятся к RND типу.

Таблица. Системы активного выброса антибиотиков у P.aeruginosa
Транспортер Линкер Белок, формирующий канал, пересекающий внешнюю мембрану Субстраты
MexB MexA OprM Тетрациклин, хлорамфеникол, беталактамы (за исключением карбапенемов), фторхинолоны, новобиоцин, эритромицин, фузидиевая кислота, рифапентин
MexD MexC OrpJ Тетрациклин, хлорамфеникол, фторхинолоны, четвертая генерация цефемов* (но не обычные беталактамы или карбапенемы)
МexF MexЕ OprN Хлорамфеникол, фторхинолоны, карбапенемы (но не обычные беталактамы и не четвертая генерация цефемов)
Примечание. * Цефалоспорины с аминотиазол-оксимом в положении 7 и положительно заряженным заместителем в положении 3. Устойчивы практически ко всем распространенным до настоящего времени бета-лактамазам.

Далее...


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