Antibiotic Resistance: Threats and Search for an Escape

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Antibiotic and, more broadly, antimicrobial resistance is a naturally occurring biological phenomenon and a major public health problem. The first cases of mass emergence of drug-resistant strains of bacteria were observed in the mid-20th century; Since then, cases of resistance have been reported worldwide, and in the last two decades, multiple bacterial resistance has been increasingly reported. Factors contributing to the development of bacterial resistance include the overuse of antibacterial agents in humans or livestock and the release of antibacterial agents into the environment. Unfortunately, the development of new effective antibiotics is declining, which requires strengthening this work, as well as the search for alternative methods of treating infectious diseases.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. N. Kochetkov

Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: snk1952@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119991

References

  1. Antimicrobial Resistance Collaborators (2022) Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis. Lancet. 399(10325), 629–655.
  2. Jacoby G.A. (2017) History of drug-resistant microbes. In: Antimicrobial Drug Resistance. Berlin/Heidelberg, Germany: Springer, pp. 3–8.
  3. Perry J., Waglechner N., Wright G. (2016) The prehistory of antibiotic resistance. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 6, a025197.
  4. Barlow M., Hall B.G. (2002) Phylogenetic analysis shows that the OXA beta-lactamase genes have been on plasmids for millions of years. J. Mol. Evol. 55, 314–321.
  5. Sir Alexander Fleming – Nobel Lecture – NobelPrize.org.” n.d. Nobel Prize. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1945/fleming/lecture/
  6. Urban-Chmiel R., Marek A., Stepień-Pyśniak D., Wieczorek K., Dec M., Nowaczek A., Osek J. (2022) Antibiotic resistance in bacteria – a review. Antibiotics. 11, 1079. https://doi.org/10.3390/antibiotics11081079
  7. Munita J.M., Arias C.A. (2016) Mechanisms of antibiotic resistance. Microbiol. Spectr. 4, 1–37.
  8. Martinez J.L. (2011) Bottlenecks in the transferability of antibiotic resistance from natural ecosystems to human bacterial pathogens. Front. Microbiol. 2, 265.
  9. Jutkina J., Marathe N.P., Flach C.F., Larsson D.G.J. (2018) Antibiotics and common antibacterial biocides stimulate horizontal transfer of resistance at low concentrations. Sci. Total Environ. 616–617, 172–178.
  10. Zhang Y., Gu A.Z., He M., Li D., Chen J. (2017) Subinhibitory concentrations of disinfectants promote the horizontal transfer of multidrug resistance genes within and across genera. Environ. Sci. Technol. 51, 570–580.
  11. Kumar M., Sarma D.K., Shubham S., Kumawat M., Verma V., Nina P.B., Devraj J.P., Kumar S., Singh B., Tiwari R.R (2021) Futuristic non-antibiotic therapies to combat antibiotic resistance: a review. Front. Microbiol. 12, 609459. https://doi.org/:10.3389/fmicb.2021.609459
  12. Щекотихин А.Е., Олсуфьева Е.Н., Янковская В.С. (2022) Антибиотики и родственные соединения. Москва: Лаборатория знаний.
  13. Diacon A.H., Pym A., Grobusch M., Patientia R., Rustomjee R., Page-Shipp L., Pistorius C., Krause R., Bogoshi M., Churchyard G., Venter A., Allen J., Palomino J.C., De Marez T., van Heeswijk R.P., Lounis N., Meyvisch P., Verbeeck J., Parys W., de Beule K., Andries K., Mc Neeley D.F. (2009) The diarylquinoline TMC207 for multidrug-resistant tuberculosis. N. Engl. J. Med. 360(23), 2397–2405. https://doi. org/:10.1056/NEJMoa0808427
  14. Biukovic G., Basak S., Manimekalai M.S., Rishikesan S., Roessle M., Dick T., Rao S.P., Hunke C., Gruber G. (2013) Variations of subunit e of the Mycobacterium tuberculosis F1Fo ATP synthase and a novel model for mechanism of action of the tuberculosis drug TMC207. Antimicrob. Agents Chemother. 57, 168–176.
  15. Van Hoek A.H., Mevius D., Guerra B., Mullany P., Roberts A.P., Aarts H.J. (2011) Acquired antibiotic resistance genes: an overview. Front. Microbiol. 2, 203. https://doi. org/10.1016/j.totert.2023.100068
  16. Rather M.A., Gupta K., Mandal M. (2021) Microbial biofilm: formation, architecture, antibiotic resistance, and control strategies. Braz. J. Microbiol. 52, 1701–1718. https://doi.org/10.1007/s42770-021-00624-x
  17. Jamal M., Tasneem U., Hussain T., Andleeb S. (2015) Bacterial biofilm: its composition, formation and role in human infections. Res. Rev. J. Microbiol. Biotechnol 4, 1–153.
  18. Lohse M.B., Gulati M., Johnson A.D., Nobile C.J. (2018) Development and regulation of single-and multi-species Candida albicans biofilms. Nat. Rev. Microbiol. 16, 19‒31. https://doi. org/10.1038/nrmicro.2017.107
  19. Lewis K. (2010) Persister cells. Annu. Rev. Microbiol. 64, 357–372.
  20. Keren I., Kaldalu N., Spoering A., Wang Y., Lewis K. (2004) Persister cells and tolerance to antimicrobials. FEMS Microbiol. Lett. 230, 13–18.
  21. Balaban N.Q., Helaine S., Lewis K., Ackermann M., Aldridge B., Andersson D.I., Brynildsen M.P., Bumann D., Camilli A., Collins J.J., Dehio C., Fortune S., Ghigo J.M., Hardt W.D., Harms A., Heinemann M., Hung D.T., Jenal U., Levin B.R., Michiels J., Storz G., Tan M.W., Tenson T., Van Melderen L., Zinkernagel A. (2019) Definitions and guidelines for research on antibiotic persistence. Nat. Rev. Microbiol. 17, 441–448.
  22. Bigger J. (1944) Treatment of staphylococcal infections with penicillin by intermittent sterilization. Lancet. 244, 497–500.
  23. Yahav D., Shepshelovich D., Tau N. (2021) Cost analysis of new antibiotics to treat multidrug-resistant bacterial infections: mind the gap. Infect. Dis. Ther. 10, 621–630.
  24. Minandri F., Bonchi C., Frangipani E., Imperi F., Visca P. (2014) Promises and failures of gallium as an antibacterial agent. Future Microbiol. 9(3), 379–397.
  25. Lemire J.A., Harrison J.J., Turner R.J. (2013) Antimicrobial activity of metals: mechanisms, molecular targets, and applications. Nat. Rev. Microbiol. 11(6), 371–384.
  26. Hwang I.Y., Tan M.H., Koh E., Ho C.L., Poh C.L., Chang M.W. (2014) Reprogramming microbes to be pathogen-seeking killers. ACS Synth Biol. 3(4), 228–237.
  27. Zasloff M. (2002) Antimicrobial peptides of multicellular organisms. Nature. 415, 389–395. https://doi.org/10.1038/415389a
  28. Peters B.M., Shirtliff M.E., Jabra-Rizk M.A. (2010) Antimicrobial peptides: primeval molecules or future drugs? PLoS Pathog. 6, e1001067. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1001067
  29. Сафронова В.Н., Болосов И.А., Пантелеев П.В., Баландин С.В., Овчинникова Т.В. (2023) Терапевтический потенциал и перспективы применения антимикробных пептидов в эпоху глобального распространения антибиотикорезистентности. Биоорган. химия. 49(3), 243–258.
  30. Flamm R.K., Rhomberg P.R., Simpson K.M., Farrell D.J., Sader H.S., Jones R.N. (2015) In vitro spectrum of pexiganan activity when tested against pathogens from diabetic foot infections and with selected resistance mechanisms. Antimicrob Agents Chemother. 59(3), 1751–1754.
  31. Chawla M., Verma J., Gupta R., Das B. (2022) Antibiotic potentiators against multidrug-resistant bacteria: discovery, development, and clinical relevance. Front. Microbiol. 13, 887251. https://doi. org/10.3389/fmicb.2022.887251
  32. Reardon S. (2014) Phage therapy gets revitalized Nature. 510(7503), 15–16. https://doi. org/10.1038/510015a
  33. Летаров А.В. (2019) Современные концепции биологии бактериофагов. М.: ДеЛи.
  34. Ильина Т.С., Толордава Э.Р., Романова Ю.М. (2012) Взгляд на фаготерапию через 100 лет после открытия бактериофагов. Молекуляр. генетика, микробиол. и вирусол. 37(3), 103–112.
  35. Mustefa Ame M., Mume D. (2023) Review on the global public health issue of antibiotic resistance and potential solutions. Publ. H Open. Acc. 7(1), 000233.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Introduction of new antibiotics and emergence of resistant strains.

Download (182KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Antibiotic resistance and pathways of acquisition. Abr - antibiotic resistance.

Download (341KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Targets of antibiotic action (a) and the main mechanisms of resistance (b) to them.

Download (409KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».