Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   BOAI: наука должна быть открытой Обратите внимание!
 
  Наука >> Медицина | Обзорные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
Макролидные антибиотики были внедрены в медицинскую практику еще в пятидесятых годах. До середины 80-х годов они применялись довольно ограничено из-за низкой биодоступности, быстрой элиминации из организма и широкого распространения устойчивых к ним микроорганизмов, особенно среди стафилококков. Однако открытие новых заболеваний и новых возбудителей (легионеллез, Campylobacter и др.) и увеличение частоты выделения атипичных внутриклеточно локализованных микроорганизмов (микоплазм, хламидий и др.) вызвали повышенный интерес к поиску и получению в ряду макролидов высокоактивных и безопасных природных и полусинтетических производных с улучшенными фармакокинетическими свойствами [1-6]. Механизм антибактериального действия всех внедренных в клинику макролидов, по-видимому, сходен: в самых общих чертах он заключается в их реагировании с большой рибосомной субъединицей в районе пептидилтрансферазного центра, подавлении переноса пептидильного остатка, прекращении элонгации полипептидной цепи. Все это приводит к подавлению синтеза белка и бактериостатическому эффекту.

Механизмы резистентности к макролидам принято делить на три типа: на уровне внутриклеточной мишени - проникший в клетку антибиотик не реагирует с рибосомой; на уровне защитных ферментов - проникший в клетку антибиотик инактивируется тем или иным путем; на уровне клеточной мембраны - за счет усиления функций системы активного выброса ксенобиотиков.

Комплексная проблема резистентности к макролидам оказывается при ее подробном рассмотрении связанной не только с проблемой целенаправленного создания их новых структур, проблемами эпидемиологии и экологии, но и с проблемами биотехнологии, учитывая наличие в кластере у продуцентов этих антибиотиков генов биосинтеза и генов, колирующих системы защиты от аутогенных антибиотиков.

Наиболее ранние данные (50-60-х годов) касаются механизма резистентности к макролидам, а точнее - к эритромицину у грамположительных кокков. Было отмечено, что рибосомы резистентных штаммов не связывают меченный радиоизотопами эритромицин; соответственно, активность бесклеточных систем белкового синтеза с рибосомами из резистентных штаммов не подавлялась эритромицином, в отличие от активности систем из чувствительных штаммов.

Поскольку уже было известно, что эритромицин связывается с пептидилтрансферазным центром рибосом, последовал вывод, что у резистентных штаммов изменена конформация этого центра, причем таким образом, что связывание эритромицина предотвращается. При этом было отмечено, что с измененным пептидилтрансферазнам центром не связывается и второй известный в те годы макролидный антибиотик - олеандомицин (имеющий, подобно эритромицину, 14-членное лактонное кольцо), а также антибиотики другой структуры - линкозамиды (линкомицин, клиндамицин) и стрептограмины. Перекрестная резистентность к трем группам антибиотиков - макролидам, линкозамидам и стрептограминам получила наименование MLS-резистентности. Работы, связанные с ее обнаружением и изучением механизмов, обобщены в ряде ранних обзоров и монографий.

Выяснено, что изменение конформации пептидилтрансферазного центра обусловлено метилированием в 23 S рибосомной РНК одного из остатков аденина специфической метилазой (кофактор S-аденозилметионин). Ген, кодирующий этот фермент, получил обозначение erm. Локализация гена может быть как в хромосоме, так и в плазмиде. В целом работы в этой области проводились по нескольким направлениям: исследование наличия конститутивной или индуцированной MLS-резистентности у тех или иных организмов; исследование этого типа резистентности на молекулярно-генетическом и молекулярно-биологическом уровне; исследование сочетания в одной клетке MLS-резистентности с другими типами резистентности к макролидам.

Значительное внимание уделялось проблеме индукции резистентности к макролидам, в частности, выяснению связи между индуцирующей активностью и реагированием антибиотика с местом его связывания на рибосоме. Для индукции резистентности у Staphylococcus aureus (в случае резистентных штаммов) достаточно их экспозиции с субингибиторными концентрациями макролидов. Учитывая многочисленность структур, перекрывающих место связывания эритромицина на большой рибосомной субъединице, к наличию индукции или ее отсутствию привлечено внимание с позиции структурно-функциональных исследований. В результатах работ уже 70-х годов оказалось немало противоречий. В одних случаях индуцирующей активностью обладал широкий круг антибиотиков, принадлежащих к структурно разнообразной MLS-группе, в других - только 14-членные макролиды [7]. Был сделан вывод, что не только особенности структуры представителя MLS-группы антибиотиков, но и свойства штамма определяют возможность индукции. Описан, в частности, мутант, у которого индукция была связана с высокой температурой [8]. По данным некоторых сообщений [9-11], различия в индуцирующей активности отдельных макролидов отчасти связаны со структурой и местом связи с макроциклическим кольцом их 6-дезоксисахаров. Работа с 18 макролидными производными эритромицина показала, что индуцирующая активность наблюдается при присоединении сахара (кладинозы) именно к С-3 лактонного кольца. Замещение кладинозы по С-4 вело к исчезновению индуцирующей, но не антибиотической активности. Это свидетельствует о том, что два вида биологической активности - подавление функций рибосомы и индукция резистентности могут быть разобщены [7].

Одним из подходов к построению молекулярных моделей взаимодействия макролидов со связывающим их местом на 50 S рибосомной субъединице является синтез новых макролидных производных, используемых для изучения прочности и механизма связывания в сопоставлении с исходными структурами. Определенный интерес представляют 6-О-метил-11,12-циклические карбаматные производные эритромицина [12]. Они же интересны и с позиции возможного использования в практике: одно из них - 11-дезокси-11-(карбоксамино)-6-О-метилэритромицин А [11,12-(циклический эфир)], реагировало как с местом связывания эритромицина на чувствительных к нему рибосомах из Bacillus subtilis, так и с 50 S рибосомными субъединицами из MLS-резистентного штамма. Новое производное конкурирует с эритромицином за место связывания на чувствительных рибосомах. Кинетика связывания его и эритромицина различна. Для нового производного характерна медленная как ассоциация, так и диссоциация с местом связывания. Вследствие наличия ароматического кольца в этом соединении предполагается, что при связывании образуется лиганд, о чем свидетельствуют медленная скорость диссоциации, бактерицидный, а не бактериостатический, как у эритромицина эффект, продолжительный постантибиотический эффект. В случае MLS-рибосом, т.е. при связывании с "диметилированным местом", также наблюдается низкая скорость ассоциации и диссоциации. Сродство к такому месту у новой структуры в 10 раз меньше, чем к месту связывания на чувствительных рибосомах, тем не менее оно достаточно четко выражено. Новое соединение подавляло белковый синтез и рост MLS-резистентных (конститутивно) штаммов B.subtilis, S.epidermidis, S.aureus в концентрации 30 мкг/мл, в то время как эритромицин был не активен в концентрации, превышающей 8000 мкг/мл или 5000 мкг/ мл - в случае с S.aureus. В случае чувствительных штаммов МПК эритромицина и нового соединения были одинаковыми - 0,5 мкг/мл в отношении B.subtilis и 0,2 мкг/мл в отношении S.epidermidis. Важно отметить, что при связывании с чувствительными рибосомами изучавшаяся структура индуцировала экспрессию erm C и erm D генов; при связывании с резистентными - индукции не наблюдалось. Авторы делают вывод, что новое производное эритромицина по-разному реагирует с чувствительными и MLS-резистентными 50 S рибосомными субъединицами, вызывая разные нарушения их функций.

Большой интерес представляют результаты изучения свойств резистентных к кларитромицину штаммов Mycobacterium intracellulare, полученных после монотерапии этим антибиотиком [13]. Интерпретация результатов имеет значение в аспекте сопоставления различных механизмов резистентности и их влияния на исход лечения. Авторы отмечают, что MLS-резистентный фенотип широко распространен среди грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, и, согласно ранним работам, обусловлен плазмидным геном erm, кодирующим специфическую метилазу. Последняя осуществляет диметилирование остатка аденина (А-2058) в консервативном участке - петле домена V, включенного в перенос пептидильного остатка (ранние опыты с E.coli) [14]. В то же время резистентность к ингибиторам пептидилтрансферазы может быть вызвана не только появлением диметиладенозина в позиции 2058, но и точечными мутациями, реализующимися как в А-2058 (E.coli), так и в позициях, гомологичных А-2058 у других микроорганизмов [13]. В изученных кларитромицинорезистентных мутантах аденин был заменен: в одном случае гуанином, в другом - цитозином, в третьем - тимином. Аналогичная замена аденина гуанином была выявлена у Streptomyces ambofaciens. В соответствии со вторичной структурой 23 S рибосомной РНК у M.intracellulare рядом с А-2058 располагаются А-2057 и У-2611; эти основания также могут определять способность данного участка домена связывать макролиды. Поскольку мутации, ведущие к MLS-резистентному фенотипу, могут реализоваться не только в изменении структуры 23 S рибосомной РНК, но и некоторых белков 50 S рибосомной субъединицы, авторы предполагают, что у остальных трех изучавшихся кларитромицинорезистентных мутантов изменения коснулись структуры рибосомных белков, но не домена V в 23 S рибосомной РНК.

Авторами развивается концепция об относительном значении двух различных механизмов резистентности, приводящих к MLS-фенотипу. Появление в клетке (как правило, очевидно, с чужеродными генами) специфической метилазы ведет к метилированию А-2058 во всех молекулах 23 S рибосомной РНК, в результате чего доминирует резистентность. Мутация, ведущая к замене аденина в 23 S рибосомной РНК на другое основание, затрагивает только один ген из набора копий генов, кодирующих рибосомную РНК. Отсюда следует, что такая мутация будет рецессивна и сохранится чувствительный фенотип. Лишь там, где имеется единственный набор генов рибосомной РНК, а именно у медленно растущих микроорганизмов, в частности микобактерий, точечная мутация, реализующаяся по А-2058 или другому нуклеотиду 23 S рибосомной РНК, может проявляться фенотипически. В связи с этим опасность для клиники точечных мутаций выше у микобактерий, чем, например, у стафилококка. При частоте кларитромицинорезистентных мутаций у Mycobacterium avium 10-8-10-9 [15] монотерапия этим антибиотиком вряд ли эффективна. Указывается, что при микобактериальных инфекциях легких, при диссеминированных микобактериальных осложнениях СПИДа количество инфицирующих клеток очень велико и быстрое появление резистентности к макролидам высоковероятно. Следствием этого является предположение о нецелесообразности лечения инфекций, вызываемых медленно растущими патогенами, как эритромицином, так и новыми производными макролидов, в частности кларитромицином и азитромицином. Близкие к указанным результаты были получены в другой работе с M.avium и кларитромицином [16]. Единственная разница в нуклеотидной последовательности в домене V, ассоциированная с кларитромицинорезистентностью, была в 2274 позиции (что соответствует позиции 2058 у E.coli). У чувствительных штаммов здесь находился остаток А, у резистентных были обнаружены Ц, Г, или Т (в РНК, соответственно, У). Отмечается, что кларитромицинорезистентные штаммы появлялись при монотерапии как кларитромицином, так и азитромицином. Термодинамический анализ вторичной структуры рРНК показал, что указанные замены нуклеотидов ведут к конформационным изменениям в месте связывания макролидов на рибосоме. Авторы этой работы также обращают внимание на то, что при одном опероне рРНК в клетке реальное значение точечных мутаций должно быть выше, чем при нескольких его копиях.

При вызываемых Mycoplasma pneumoniae инфекциях респираторного тракта, особенно у детей, эритромицин является препаратом выбора. Тем не менее при продолжительной терапии выявляются мутанты с резистентностью MLS-типа. Их рибосомы в соответствии с этим типом резистентности характеризовались низким сродством к эритромицину. Секвенирование домена V рибосомной (23 S) РНК, выделенной из двух эритромицинорезистентных мутантов, полученных in vitro, показало, что в случае одного мутанта в центральной петле домена V в позиции 2063 произошла замена А на Г; у другого мутанта аналогичная транзиция (А->Г) произошла впозиции 2064 [17]. Эта замена оснований - точечная мутация в двух консервативных местах центральной петли - аналогична мутациям, ведущим к макролидорезистентности на рибосомном уровне у других микроорганизмов. А-2063 у M.pneumoniae аналогичен А-2058 у E.coli. Интересно отметить, что мутация в позиции 2063 повышала резистентность по сравнению с исходным штаммом в 100000 раз (МПК соответственно 0,01 и > 1000 мкг/мл), мутация в позиции 2064 - в 12500 раз (МПК 125 мкг/мл). Однако, если мутация, реализованная в А-2063 более чем в А-2064, повышала резистентность к 14-членным макролидам, линкозамидам и стрептограминам, то мутация, ведущая к изменению в А-2064, вела к более высокому повышению резистентности к 16-членным макролидам (тилозин, спирамицин, мидекамицин). Авторы отмечают, что M.pneumoniae имеет единственный оперон рибосомной РНК в геноме, т.е. мутации доминантны и резистентность в результате таких мутаций будет выявляться чаще, чем у бактерий со многими оперонами рибосомной РНК. Есть и другие факторы, которые будут влиять на частоту появления мутантов с единственным опероном рибосомной РНК: например, неспособность бактериостатических макролидов быстро элиминировать чувствительные клетки из респираторного тракта.

Далее...


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