Mechanisms of the formation of Neisseria gonorrhoeae resistance to cephalosporins


Cite item

Full Text

Abstract

The authors provide a review of the present-day literature data on the issues of studying the mechanisms of the formation of Neisseria gonorrhoeae resistance to third-generation cephalosporins. Studies in this field are needed in connection with the occurrence of strains resistant to third-generation cephalosporins as well as low-sensitivity strains. The authors emphasize the importance of mutations in porB, penA, mtrR, penB and ponA genes in the development of Neisseria gonorrhoeae resistance to β-lactam antibiotics and describe the prospects of studying the mosaic structure of the penA gene encoding the РВР2 protein as well as spatial structure of this protein.

About the authors

O S KOZHUSHNAYA

ФГБУ «ГНЦДК» Минздрава России

младший научный сотрудник отдела лабораторной диагностики ИППП и кожных болезней

YE L VASILIYEVA

ФГБУ «ГНЦДК» Минздрава России

младший научный сотрудник отдела лабораторной диагностики ИППП и кожных болезней

N V FRIGO

ФГБУ «ГНЦДК» Минздрава России

Email: frigo@cnikvi.ru
д.м.н., заместитель директора по научно-образовательной работе

V S SOLOMKA

ФГБУ «ГНЦДК» Минздрава России

к.б.н., ведущий научный сотрудник научной части

References

  1. Watkins R.C., Hambrick E., Greene J. et al. Penicillinase producing Neisseria gonorrhoeae inia subset of nonemergent patients: I. A trend in the Washington, DC Area. J Natl Med Assoc 1991; 83: 8: 710—712.
  2. Deguchi T., Yasuda M., Saito I. et al. Quinolone-resistant Neisseria gonorrhoeae. J Infect Che-mother 1997; 3: 73—84.
  3. Fenton K.A., Ison C., Johnson A.P. et al. Ciprofloxacin resistance in Neisseria gonorrhoeae in England and Wales in 2002. Lancet 2003; 361: 1867—1869.
  4. Dan M. The use of fluoroquinolones in gonorrhoea: the increasing problem of resistance. Expert Opin Pharmacother 2004; 5: 829—854.
  5. Centers for Disease Control and Prevention. Sexually Transmitted Diseases Treatment Guidelines, 2010. Morbidity and Mortality Weekly Report (MMWR) 2010; 59 (RR-12): 1—114.
  6. Bignell C. 2009 European (IUSTI/WHO) guideline on the diagnosis and treatment of gonorrhoea in adults. International journal of STD & AIDS 2009; 20 (7): 453—7.
  7. Резистентность возбудителей ИППП к антибактериальным препаратам. Информационный бюллетень. М: ООО «ДЭКС-ПРЕСС», 2010.
  8. Ison C.A., Mouton J.W., Jones K. et al. Which cephalosporin for gonorrhoea? Sex Transm Infect 2004; 80: 386—388.
  9. Jakopanec I., Borgen K., Aavitsland P. The epidemiology of gonorrhoea in Norway, 1993— 2007: past victories, future challenges. BMC Infectious Diseases 2009; 9: 3. Литература
  10. Tomberg J., Unemo M., Davies C. Nicholas R.A. Molecular and structural analysis of mosaic variants of penicillin-binding protein 2 conferring decreased susceptibility to expanded-spectrum cephalosporins in Neisseria gonorrhoeae: role of epistatic mutations. Biochemistry 2010; 49 (37): 8062—8070.
  11. Ito M., Yasuda M., Yokoi S. et al. Remarkable increase in Central Japan in 2001-2002 of Neisseria gonorrhoeae isolates with decreased susceptibility to penicillin, tetracycline, oral cephalosporins, and fluoroquinolones. Anti-microb Agents Chemother 2004 Aug; 48: 8: 3185—3187.
  12. Lo J.Y., Ho K.M., Leung A.O. et al. Ceftibuten resistance and treatment failure of Neisseria gonorrhoeae infection. Antimicrob Agents Che-mother 2008; 52 (10): 3564—3567.
  13. Bala M., Ray K., Gupta S.M. et al. Changing trends of antimicrobial susceptibility patterns of Neisseria gonorrhoeae in India and the emergence of ceftriaxone less susceptible N. gonorrhoeae strains. J Antimicrob Chemother 2007; 60 (3): 582—586.
  14. Ochiai S., Sekiguchi S., Hayashi A. et al. Decreased affinity of mosaic-structure recombinant penicillin-binding protein 2 for oral cephalosporins in Neisseria gonorrhoeae. J Antimicrob Chemother 2007; 60 (1): 54—60.
  15. Schwebke J.R., Whittington W., Rice R.J. et al. Trends in susceptibility of Neisseria gonorrhoeae to ceftriaxone from 1985 through 1991. Antimicrob Agents Chemother. 1995; 39 (4): 917—920.
  16. GRASP Steering Group. The Gonococcal Resistance to Antimicrobials Surveillance Programme (GRASP) Year 2007 report. London: Health Protection Agency; 2008. Available from: http://www.hpa.org.uk/web/HPAwebFile/ HPAweb_C/1221117895841 [Last accessed 8 Dec 2008]
  17. Akasaka S, Muratani T, Yamada Y et al. Emergence of cephem- and aztreonam-high-resistant Neisseria gonorrhoeae that does not produce beta-lactamase. J Infect Chemother 2001; 7: 49—50.
  18. Muratani T., Akasaka S., Kobayashi T. et al. Outbreak of cefozopran (penicillin, oral cephems, and aztreonam)-resistant Neisseria gonorrhoeae in Japan. Antimicrob Agents Chemother 2001; 45: 3603—3606.
  19. Ohnishi, M., Saika T., Hoshina S. et al. Ceftriaxone-resistant Neisseria gonorrhoeae, Japan. Emerg Infect Dis 2011; 17: 148—149.
  20. Ison C.A., Bindayna K.M., Woodford N. et al. Penicillin and cephalosporin resistance in gonococci. Genitourin Med 1990; 66: 351—356.
  21. Сидоренко C.B., Тишков В.И. Молекулярные основы резистентности к антибиотикам. Успехи биологической химии 2004; 44: 263—306.
  22. Phillips I. Beta-lactamase-producing, penicillin-resistant gonococcus. Lancet 1976; 2: 656—657.
  23. Nordmann P., Mammeri H. Extended-spectrum cephalosporinases: structure, detection and epidemiology. Future Microbiol 2007; 2: 297—307.
  24. Barry P.M., Klausner J.D. The use of cephalosporins for gonorrhea: the impending problem of resistance. Expert Opin Pharmacother 2009; 10 (4): 555—577.
  25. Ameyama S., Onodera S., Takahata M. et al. Mosaic-like structure of penicillin-binding protein 2 gene (penA) in clinical isolates of Neisseria gonorrhoeae with reduced susceptibility to cefixime. Antimicrob Agents Chemother 2002; 46 (12): 3744—3749.
  26. Ropp P.A., M. Hu, M. Olesky et al. Mutations in ponA, the gene encoding penicillin-binding protein 1, and a novel locus, penC, are required for high-level chromosomally mediated penicillin resistance in Neisseria gonorrhoeae. Antimicrob Agents Chemother 2002; 46: 769—777.
  27. Brannigan J.A., Tirodimos I. A., Zhang Q. Y. et al. Insertion of an extra amino acid is the main cause of the low affinity of penicillin-binding protein 2 in penicillin-resistant strains of Neisseria gonorrhoeae. Mol Microbiol 1990; 4: 913—919.
  28. Zarantonelli L., G. Borthagaray, E.H. Lee, et al. Decreased azithromycin susceptibility of Neisseria gonorrhoeae due to mtrR mutations. Antimicrob Agents Chemother 1999; 43: 2468— 2472.
  29. Hagman K.E., Pan W., Spratt B.G. et al. Resistance of Neisseria gonorrhoeae to antimicrobial hydrophobic agents is modulated by the mtrRCDE efflux system. Microbiology 1995; 141: 611—622.
  30. Olesky M., M. Hobbs, R.A. Nicholas. Identification and analysis of amino acid mutations in porin IB that mediate intermediate-level resistance to penicillin and tetracycline in Neisseria gonorrhoeae. Antimicrob Agents Chemother 2002; 46: 2811—2820.
  31. Olesky M., Zhao S., Rosenberg R. L. et al. Porin-mediated antibiotic resistance in Neisseria gonorrhoeae: ion, solute, and antibiotic permeation through PIB proteins with penB mutations. J Bacteriol 2006; 188: 2300—2308.
  32. Zhao S., Tobiason D.M., Hu M. et al. The penC mutation conferring antibiotic resistance in Neisseria gonorrhoeae arises from a mutation in the PilQ secretin that interferes with multimer stability. Mol Microbiol 2005; 57: 1238—1251.
  33. Lindberg R., Fredlund H., Nicholas R. et al. Neisseria gonorrhoeae Isolates with reduced susceptibility to cefixime and ceftriaxone: association with genetic polymorphisms in penA, mtrR, porB1b, and ponA. Antimicrob Agents Chemother 2007; 51: (6): 2117—2122.
  34. Ito M., Deguchi T., Mizutani K. et al. Emergence and spread of Neisseria gonorrhoeae clinical isolates harboring mosaic-like structure of penicillin-binding protein 2 in Central Japan. Antimicrob Agents Chemother 2005; 49 (1): 137—143.
  35. Whiley D., Limnios E. A., Ray S. et al. Diversity of penA alterations and subtypes in Neisseria gonorrhoeae strains from Sydney, Australia, that are less susceptible to ceftriaxone. Antimicrob Agents Chemother 2007; 51: 9: 3111 —3116.
  36. Takahata S., Senju N., Osaki Y. et al. Amino acid substitutions in mosaic penicillin-binding protein 2 associated with reduced susceptibility to cefixime in clinical isolates of Neisseria gonorrhoeae. Antimicrob Agents Chemother 2006; 50 (11): 3638—3645.
  37. Osaka, K., Takakura, T., Narukawa, K. et al. Analysis of amino acid sequences of penicillin-binding protein 2 in clinical isolates of Neisseria gonorrhoeae with reduced susceptibility to cefixime and ceftriaxone. J Infect Chemother 2008; 14: 195—203.
  38. Lee S.G., Lee H., Jeong S.H. et al. Various penA mutations together with mtrR, porB and ponA mutations in Neisseria gonorrhoeae isolates with reduced susceptibility to cefixime or ceftriaxone. J Antimicrob Chemother 2010; 65, 669—675.
  39. Powell A.J., Tomberg J., Deacon A.M. et al. Crystal structures of penicillin-binding protein 2 from penicillin-susceptible and -resistant strains of Neisseria gonorrhoeae reveal an unexpectedly subtle mechanism for antibiotic resistance. J Biol Chem 2009; 284: (2): 1202—1212.
  40. Davies C., White S.W., Nicholas R.A. Crystal structure of a deacylation-defective mutant of penicillin-binding protein 5 at 2.3-A resolution. J Biol Chem 2001; 276, 616—623.
  41. Dowson C.G., Jephcott A.E., Gough K.R. et al. Penicillin-binding protein 2 genes of nonbeta-lactamase-producing, penicillin-resistant strains of Neisseria gonorrhoeae. Mol Microbiol 1989; 3: 35—41.
  42. Harel M., Kryger G., Rosenberry T. L. et al. Three-dimensional structures of Drosophila melanogaster acetylcholinesterase and of its complexes with two potent inhibitors. Protein Sci 2000; 9: 1063—1072.
  43. Muzammil S., Ross P., Freire E. A major role for a set of non-active site mutations in the development of HIV-1 protease drug resistance. Biochemistry 2003; 42, 631—638.
  44. Podust L.M., Poulos T.L., Waterman M.R. Crystal structure of cytochrome P450 14alpha -sterol demethylase (CYP51) from Mycobacterium tuberculosis in complex with azole inhibitors. Proc Natl Acad Sci U. S. A. 2001; 98: 3068—3073.
  45. Brannigan J.A., Tirodimos I.A., Zhang Q.Y. et al. Insertion of an extra amino acid is the main cause of the low affinity of penicillin-binding protein 2 in penicillin-resistant strains of Neisseria gonorrhoeae. Mol Microbiol 1990; 4: 913—919.
  46. Pernot L., Chesnel L., Le Gouellec A. et al. A PBP2x from a clinical isolate of Streptococcus pneumoniae exhibits an alternative mechanism for reduction of susceptibility to beta-lactam antibiotics. J Biol Chem 2004; 279, 16463—16470.
  47. Tapsall J. Multidrug-resistant Neisseria gonorrhoeae. CMAJ; 2009; 180 (3): 268—269.
  48. Tanaka M., Nakayama H., Huruya K. et al. Analysis of mutations within multiple genes associated with resistance in a clinical isolate of Neisseria gonorrhoeae with reduced ceftriaxone susceptibility that shows a multidrug-resistant phenotype. Int J Antimicrob Agents 2006; 27: 20—26.
  49. Wang S.A., Lee M.V., O’Connor N. et al. Multidrug-resistant Neisseria gonorrhoeae with decreased susceptibility to cefixime— Hawaii 2001. Clin Infect Dis 2003; 37 (6): 849—852.
  50. Ohnishi M., Golparian D., Shimuta K. et al. Is Neisseria gonorrhoeae Initiating a Future Era of Untreatable Gonorrhea.: Detailed Characterization of the First Strain with High-Level Resistance to Ceftriaxone. Antimicrob Agents Chemother; 55: 7: 3538—3545.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2012 KOZHUSHNAYA O.S., VASILIYEVA Y.L., FRIGO N.V., SOLOMKA V.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».