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

Научные статьиМолекулярные механизмы устойчивости Mycobacterium tuberculosis к лекарственным препаратам: (1)

Обзорные статьиЛабораторная диагностика хламидийной инфекции

Научные статьиАнтибиотикорезистентность и системы активного выброса ксенобиотиков у бактерий: (1)

Некоторые проблемы химиотерапии туберкулеза с учетом новых данных о его возбудителе

Егоров А.М., Сазыкин Ю.О.

(Москва)

В начало...


После десятилетий сравнительного благополучия распространение туберкулеза и смертность от него резко повысились, причем на разных континентах как испытавших, так и не испытавших социальных потрясений, т.е. падения материального благополучия населения. Рост популяции лиц с ослабленным иммунитетом хотя и увеличил опасность туберкулезной инфекции, однако полностью объяснить наблюдаемые события не может.

В последние годы среди клинических изолятов микобактерий все чаще стали встречаться штаммы с резистентностью одновременно почти ко всем современным противотуберкулезным препаратам (их не более 10), используемым в клинике [1]. Тем самым опасность развития туберкулезной инфекции усиливается за счет явлений, происходящих как в клетках организма-хозяина, так и к клетках возбудителя. В каждом случае причины этих явлений можно, в свою очередь, дифференцировать.

В повестке дня, в числе других проблем, поставлено изучение генома "современных" клинических изолятов Mycobacterium tuberculosis [2, 3]. Проблема их лекарственной резистентности и особенностей ее механизмов стала особенно актуальной после того как выяснилось, что изменения генома очень часто носят комплексный характер и не ограничиваются изменением генов, непосредственно кодирующих мишени для антимикобактериальных лекарственных препаратов.

Ниже кратко рассматриваются полученные в этой области новые данные и соответствующие новые концепции.

Прогресс в компьютерно-программном оснащении баз данных сделал возможной "обратную генетику": функции большинства исследуемых генов могут быть теперь предсказаны без лабораторных испытаний, в простейшем случае - по высокой степени гомологии с известными генами. Описаны и другие эффективные стратегии определения их функций. Стартовая точка здесь - интеграционная карта кольцевой хромосомы M.tuberculosis H37Rv (стандартный штамм) c размерами генома 4,4 мегабаз. Геном содержит примерно 4000 последовательностей, кодирующих белки. С помощью баз данных установлены функции примерно 70% генов. Естественно, что внимание исследователей сейчас сосредоточено на оставшихся 30% генов микобактерий, не имеющих аналогов в других бактериях.

Обнаружены некоторые характерные особенности организации генома M.tuberculosis и близких видов [2]. Установлена потенциальная биологическая роль двух, по-видимому, главных "движущих сил" в геномной динамике: инсерционных элементов и полиморфных мультигенных семейств. Обсуждается связь между геномными изменениями и антигенными вариациями, что непосредственно связано с проблемами иммунитета к туберкулезу.

Что касается происхождения генов резистентности у микобактерий, то представления об этом изменились сравнительно мало: учитывая внутриклеточную локализацию M.tuberculosis, а также особенности ее оболочки, горизонтальный транспорт генов (подразумеваются гены резистентности) играет меньшую роль, чем у большинства других групп патогенов. Тем не менее, хотя в случае резистентных штаммов доминируют мутационные изменения хромосомных генов, возможность приобретения генов резистентности возбудителем туберкулеза извне была неоднократно доказана. Их источником оказались, например, представители Enterobacteriaceae и стрептомицеты. У микобактерий обнаружены плазмиды и системы интеграции чужеродных генов в хромосомы [1]. Играет ли это существенную роль в эпидемиологии туберкулеза не ясно. Зато существует много данных о том, что резистентность микобактерий к антимикобактериальным препаратам проявляется на уровне мишени, т.е. продуктов, кодируемых хромосомными генами.

Включаемые в схемы лечения туберкулеза антимикобактериальные препараты синтетического и природного происхождения влияют на самые разные стороны метаболизма M.tuberculosis. Первый из них по времени открытия и применения в клинике - стрептомицин относится к ингибиторам трансляции, подавляя белковый синтез на рибосомном уровне. Его мишенью является 30S рибосомальная субъединица. К ингибиторам трансляции, но реагирующим с 50S рибосомальной субъединицей относится кларитромицин - полусинтетический макролидный антибиотик [1]. Надо отметить, что в самое последнее время привлек к себе внимание своей антимикобактериальной активностью кетолид телитромицин, ранее изучавшийся под шифром HMR3647 и являющийся производным эритромицина [4]. Телитромицин, так же как и кларитромицин, подавляет белковый синтез, реагируя с 50S рибосомальной субъединицей, но по местам прикрепления к мишени они совпадают лишь частично. Правда, пока изучено действие телитромицина только в отношении быстрорастущих микобактерий, но не M.tuberculosis.

Играющий весьма важную роль в схемах лечения туберкулеза изониазид подавляет синтез миколовой кислоты - компонента оболочки микобактериальной клетки. Термин "миколовая кислота" условен, поскольку он обобщает несколько индивидуальных миколовых кислот - длинноцепочечных разветвленных жирных кислот (С7080). Мишенью изониазида является NADH-зависимый фермент, участвующий в восстановлении двойной связи в положении 2 жирной кислоты в системе синтеза жирных кислот, принадлежащей к типу II. Изониазид при этом как радикал или анион ковалентно связывается с NADH в активном центре фермента [5]. Еще один компонент схем лечения туберкулеза - этамбутол обладает антибактериальной активностью путем подавления синтеза арабинана - компонента арабиногалактана - также полимера оболочки. Мишенью в данном случае является мембраносвязанная арабинозил-трансфераза [6]. Широко применяющийся в клинике туберкулеза рифампицин подавляет транскрипцию, реагируя с РНК-полимеразой и прекращая синтез РНК. Фторхинолон ципрофлоксацин используется в схемах лечения как антимикобактериальный агент благодаря способности подавлять "суперскручивание" ДНК, что ведет прежде всего к прекращению ее репликации, а также нарушению транскрипции.

Ингибиторами трансляции являются менее известные антимикобактериальные препараты манамицин и флоримицин (виомицин).

Неясным остается механизм действия пиразинамида.

Как широко, так и малоизвестные особенности микобактериальных инфекций, затрудняющие борьбу с ними, с позиций химиотерапии недавно суммированы Дж. Дэвисом [1]. К ним относятся: медленная скорость роста возбудителей; их внутриклеточная локализация; высокая плотность (концентрация) клеток патогена в пораженном органе, например, до 10 млрд клеток (M.tuberculosis) на легкое; способность клеток к переходу в фазу отсутствия роста с реактивацией через несколько лет; природная резистентность к ряду антимикробных агентов (например, за счет системы активного выброса). Все это ведет к хронической инфекции, с необходимостью поддержания высокого уровня лекарственных препаратов в организме больного в течение ряда месяцев, в связи с чем обостряется проблема токсичности используемых лекарств.

С позиций генетики и эпидемиологии лекарственной резистентности должно быть отмечено следующее немаловажное обстоятельство: у M.tuberculosis в отличие от большинства бактериальных патогенов (S.typhimurim, S.aureus и т.д.) в геноме имеется только по одной копии генов рибосомальной 16S РНК и 23S РНК. Отсюда - одна мутация в соответствующем гене уже ведет к доминированию резистентности (резистентного фенотипа): все рибосомы будут устойчивы к таким ингибиторам белкового синтеза, как, например, стрептомицин или кларитромицин. Множественность копий рибосомальных генов у других микроорганизмов требует для возникновения резистентного фенотипа мутации в каждой копии, поскольку при чередовании резистентных и чувствительных рибосом белковый синтез в присутствии его ингибитора прекратится, независимо от того, что часть рибосом резистентна. Отсюда следует, что мутационные изменения в геноме микобактерий будут чаще вести к резистентности, чем у большинства других патогенов. Таким образом, однокопийность генов, кодирующих аппарат белкового синтеза, ведет хотя и к более медленному росту микобактерий, но к более быстрому возникновению у них резистентности.

Следует отметить, что в связи с легкостью приобретения микобактериями устойчивости к стрептомицину на рибосомном уровне, для них такой известный механизм резистентности к аминогликозидам, как ферментативная инактивация, существенного значения не имеет (во всяком случае для M.tuberculosis) [7].

Весьма важной применительно к микобактериям, для которых основную роль в распространении лекарственной резистентности играют именно мутации, является проблема гипермутабильности в условиях in vivo. Большая частота мутаций in vivo, чем in vitro (в последнем случае - 10-7), вносит вклад в способность патогена выживать в неблагоприятных условиях, приспосабливаясь к иммунным факторам макроорганизма. В связи с этим генотипическому анализу именно клинических резистентных изолятов M.tuberculosis уделяется в настоящее время особое внимание, поскольку резистентный генотип имеет более сложные изменения, чем генотипы резистентных мутантов при их селекции in vitro [8].

Особая важность гипермутабильности для M.tuberculosis подчеркивается тем, что это облигатный внутриклеточный патоген, чья ДНК испытывает воздействие активных форм кислорода. К настоящему времени mutT локус, его продукты и их функции еще недостаточно изучены. Предполагается, что у патогенов гипермутабильность вообще выражена сильнее, чем у непатогенных бактерий. Изучение потенциальных мутирующих генов, позволяющих патогену приспосабливаться к внутриклеточной среде разных тканей хозяина, может привести к созданию новых классов антимикобактериальных химиотерапевтических препаратов.

В последнее время при обсуждении вопроса о стабильности лекарственноустойчивых мутантов, вышедших из-под влияния селективного давления лекарства, все чаще употребляется термин "компенсаторные мутации". Давно известно, в частности на примере резистентных к стрептомицину мутантов E.coli и S.aureus, чьи рибосомы потеряли способность связывать этот антибиотик, что скорость роста таких мутантов по сравнению с исходными культурами резко замедлена, а элиминация резистентных клеток происходит за счет обратных мутаций в среде, не содержащей стрептомицина. В течение длительного времени господствовало убеждение, что резистентность на уровне первичной структуры мишени, если ею является компонент системы синтеза белка, не представляет опасности в клинике, так как подобная резистентность не стабильна. Сейчас, однако, вначале на примере грамотрицательных бактерий, а затем и других микроорганизмов продемонстрировано, что при продолжительном росте таких антибиотикорезистентных мутантов появляются варианты ("secondary mutants"), скорость роста которых достигает скорости роста диких (исходных) штаммов, причем без потери резистентного фенотипа. Возникновение таких вариантов - следствие компенсаторных мутаций, в результате которых не только повышается скорость роста, но повышаются и показатели вирулентности. В результате этого резистентные клетки успешно конкурируют с чувствительными, именно в условиях in vivo, т.е. в популяции не происходит вытеснения резистентных клеток чувствительными. Справедливость концепции компенсаторных мутаций подтверждается рядом фактов, однако биохимические механизмы, лежащие в ее основе, еще далеко не выяснены, и ряд лабораторий предполагает к этим исследованиям приступить. В качестве конкретного, имеющего практическую цель, направления работ в этой области предлагается организовать поиск "антимутаторов" и использовать последние для повышения эффективности антимикобактериальной химиотерапии.

Учитывая множественную резистентность клинических изолятов туберкулезных бактерий, возможности химиотерапии в отношении туберкулеза могут оказаться в конце концов не безграничными, и для радикального решения проблемы возможно придется вернуться к идее создания эффективной вакцины, без успеха решавшейся еще со времен Р. Коха. Тем не менее химиотерапия уже добивалась поразительных успехов в борьбе с туберкулезом, а сейчас ее возможности значительно расширены благодаря прогрессу в изучении генома возбудителя. Именно к такому мнению склоняется большинство генетиков и химиотерапевтов, занятых решением проблемы туберкулеза.

АНТИБИОТИКИ И ХИМИОТЕРАПИЯ, 2000-N5, стр. 3-5.

ЛИТЕРАТУРА

1. Davies J. Antibiotic resistance in mycobacteria. In: Genetics and tuberculosis. John Wiley and Sons 1998; 195-205.

2. Cole S.T., Barrell B.G. Analysis of the genome of Mycobacterium tuberculosis H37Rv. Ibid 160-172.

3. Heiden van P.D. Bacterial genetics and strain variation. Ibid 178-190.

4. Fernandez-Robias R., Esteban T., Cabria F., Lopez T.C. et al. In vitro susceptibilities of rapidly growing mycobacteria to telithromycin (HMR3647) and seven other antimicrobials. Antimicrob Agents Chemother 2000; 44: 1: 181-182.

5. Miesel L., Rozwarski D.A., Sacchettini T.C., Jacobs W.R.Jr. Mechanisms of isoniazid action and resistance. In: Genetics and tuberculosis. John Wiley and Sons 1998; 209-220.

6. Ramaswamy S.V., Amin A.G., Goksel S. et al. Molecular genetic analysis of nucleotide polymorphisms associated with ethambutol resistance in human isolates of Mycobacterium tuberculosis. Antimicrob Agents Chemother 2000; 44: 2: 326-336.

7. Ho I.I.Y., Chan C.Y., Cheng A.F.B. Aminoglycoside resistance in Mycobacterium kanasii, Mycоbacterium avium - M.intracellulare, and Mycobacterium fortuitum: aminoglycoside modifying enzymes responsible? Ibid 1: 39-42.

8. Piatek A.S., Telenti A., Murray M.R. et al. Genotypic analysis of Mycobacterium tuberculosis: in two distinct populations using molecular beacons: implications for rapid susceptibility testing. Ibid 103-110.


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