Эндоэкологические аспекты устойчивости к антибиотикам: обзор литературы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проблема нерационального использования антибактериальных препаратов и растущей стремительными темпами антибиоти-корезистентности является глобальной эндоэкологической катастрофой и медико-социальной угрозой современному обществу. По прогнозам Всемирной организации здравоохранения и Центра по контролю и профилактике заболеваний, смертность от инфекционных болезней к 2050 году составит около 10 млн человек в год и выйдет на одно из первых мест наравне с онкологическими и сердечно-сосудистыми заболеваниями. С другой стороны, развитие антибиотикорезистентности является частью эволюции бактерий, их адаптации к новым изменяющимся условиям обитания. С момента открытия А. Флемингом пенициллина в 1928 году ни один антимикробный препарат не избежал появления бактериальной резистентности. С момента открытия нового антибиотика до появления первых резистентных к нему штаммов микроорганизмов проходит 1-2 года, что говорит о высокой изменчивости и пластичности генетического аппарата бактерий. В настоящем литературном обзоре раскрываются основные эволюционные и эндоэкологические аспекты возникновения бактериальной устойчивости, необходимые для поиска рационального подхода и решения проблемы антибиотикорезистентности. Описаны механизмы действия как летальных, так и субингибирующих концентраций антибактериальных препаратов на бактериальную популяцию, аспекты селекции бактерий с повышенным числом мутаций, а также способы повышения числа мутаций микроорганизмов за счет прямого мутагенного эффекта антибиотиков, включая оксидативное повреждение, дисбаланс нуклеотидного пула и общие реакции на стресс. Однако важнейшим механизмом эволюции и адаптации бактерий, включая ускользание от иммунного ответа, а также распределение генов, повышающих вирулентность и устойчивость к антибиотикам, является получение чужеродных последовательностей ДНК из других организмов посредством горизонтального переноса генов. Таким образом, знание механизмов резистентности может помочь предотвратить нерациональное использование антибиотиков и стать важнейшим этапом в понимании экологии и эволюции бактерий и их симбиотических взаимоотношений с макроорганизмом.

Об авторах

Наталия Валерьевна Давидович

ФГБОУ ВО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

кандидат медицинских наук, доцент кафедры клинической биохимии, микробиологии и лабораторной диагностики

Наталия Владиславовна Соловьева

ФГБОУ ВО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Елена Николаевна Башилова

ФГБОУ ВО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Татьяна Александровна Бажукова

ФГБОУ ВО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Список литературы

  1. Ефименко Т. А. Терехова Л. П., Ефременкова О. В. Современное состояние проблемы антибиотикорезистент-ности патогенных бактерий // Антибиотики и химиотерапия. 2019. № 5. C. 5-6
  2. Землянко О. М., Рогоза Т. М., Журавлева Г. А. Механизмы множественной устойчивости бактерий к антибиотикам // Экологическая генетика. 2018. № 3. С. 4-17
  3. Намазова-Баранова Л. С., Баранов А. А. Антибио-тикорезистентность в современном мире // Педиатрическая фармакология. 2017. № 5. С. 341-354
  4. Устойчивость к противомикробным препаратам // Сайт Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). URL: https://www.who.int/m/news-room/fact-sheets/detail/ antimicrobial-resistance (дата обращения: 27.10.2019)
  5. Чеботарь И. В., Маянский А. Н., Кончакова Е. Д., Лазарева А. В., Чистякова В. П. Антибиотикорезистент-ность биоплёночных бактерий // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2012. № 1. С. 51-57
  6. Яковлев С. В., Проценко Д. Н., Шахова Т. В., Суворова М. П., Рамишвили В. Ш., Игнатенко О. В. и др. Антибиотикорезистентность в стационаре: контролируем ли мы ситуацию? // Антибиотики и химиотерапия. 2010. № 1-2. C. 50-58
  7. Beaber J. W, Hochhut B., Waldor M. K. SOS response promotes horizontal dissemination of antibiotic resistance genes. Nature. 2004, 427, pp.72-74.
  8. Baharoglu Z., Mazel D. Vibrio cholerae triggere SOS and mutagenesis in response to a wide range of antibiotics: a route towaris multiresistance. Antimicrob. Agents Chemother. 201 1, 55, pp. 2438-2441.
  9. Binnewies T. T., Motro Y., Hallin P. F. Ten yeare of bacterial genome sequencing: comparative-genomics-based discoveries. Fund. Integr. Genomics. 2006, 6, pp. 165-185.
  10. Blanco P., Corona F., Martinez J. L. Involvement of the RND efflux pump transporter SmeH in the acquisition of resistance to ceftazidime in Stenotrophomonas maltophilia. Scientific reports. 2019, 20; 9 (1), p. 4917.
  11. Blazquez J., Couce A., Rodriguez-Beltran J., Rodriguez-Rojas A. Antimicrobials as promotere of genetic variation. Curr. Opin. Microbiol. 2012, 15, pp. 561-569.
  12. Brinkac L., Voorhies A., Gomez A., Nelson K. E. The Threat of Antimicrobial Resistance on the Human Microbiome. Microb Ecol. 2017, 74 (4), pp. 1001-1008.
  13. Brooks B. D., Brooks A. E. Therapeutic strategies to combat antibiotic resistance. Adv Drug Deliv Rev. 2014, 78, pp. 14-27.
  14. Butler M. S., Blaskovich M. A., Cooper M. A. Antibiotics in the clinical pipeline at the end of 2015. J Antibiot. 2017, 70 (1), pp. 3-24
  15. Cabello F. C. Heavy use of prophylactic antibiotics in aquaculture: a growing problem for human and animal health and for the environment. Environ. Microbiol. 2006, 8, pp. 1 137-1 144.
  16. Cabello F. C., Godfrey H. P., Tomova A., Ivanova L., Dolz H., Millanao A., Buschmann A. H. Antimicrobial use in aquaculture re-examined: its relevance to antimicrobial resistance and to animal and human health. Environ. Microbiol. 2013, 15 (7), pp. 1917-42.
  17. Centere for Disease Control and Prevention. Antibiotic resistance threats in the United States, 2013. Available at: http://www.cdc.gov/ dmgresistance/threat-report-2013 (accessed: 27.10.2019).
  18. Chang H. H., Cohen T., Grad Y. H. Origin and proliferation of multiple-drug resistance in bacterial pathogens. Microbiol mol Biol rev. 2015, 79 (1), pp. 101-16
  19. Denel-Bobrowska M., Lukawska M., Bukowska B. Molecular mechanism of action of oxazolinoanthracyclines in cells derived from human solid tumor. Part 2. Toxicol In Vitro. 2018, 46, pp. 323-334.
  20. Desiderato A., Barbeitos M., Gilbert C., Da Lage J. L. Horizontal Transfer and Gene Loss Shaped the Evolution of Alpha-Amylases in Bilaterians. G3: Genes, Genomes, Genetics. 2019, 6, p. 1534.
  21. Dorr T., Lewis K., Vulic M. SOS response induces persistence to fluoroquinolones in Escherichia coli. PLoS Genet. 2009, 5, p. 760
  22. Gullberg E., Cao S., Berg O. G. Selection of resistant bacteria at very low antibiotic concentrations. PLoS Pathog. 2011, 7, p.158
  23. Hemando-Amado S., Sanz-Garcia F., Martinez J. L. Antibiotic Resistance Evolution Is Contingent on the Quornm-Sensing Response in Pseudomonas aernginosa. Molecular biology and evolution. 2019, 36 (10), pp. 2238-2251.
  24. Hocquet D., Llanes C., Thouverez M., Kulasekara H. D., Bertrand X. Evidence for induction of integron-based antibiotic resistance by the SOS response in a clinical setting. PLoS Pathog. 2012, 8, p. 778.
  25. Karkman A., Do T. T., Walsh F., Virta M. P. J. Antibiotic-Resistance Genes in Waste Water. Trends in microbiology. 2018, 26 (3), pp. 220-228
  26. Kohanski M. A., Depristo M. A., Collins J. J. Sublethal antibiotic treatment leads to multidrug resistance via radical-induced mutagenesis. Mol. Cell. 2010, 37, pp. 31 1-320.
  27. Konaklieva M. I. Molecular Targets of beta-Lactam-Based Antimicrobials: Beyond the Usual Suspects. Antibiotics (Basel). 2014, 3 (2), pp. 128-142.
  28. Livermore D. M. Bacterial resistance: origins, epidemiology, and impact. Clin. Infect. Dis. 2003, 36, pp. 11-23.
  29. Liu A., Fong A., Becket E. Selective advantage of resistant strains at trace levels of antibiotics: a simple and ultrasensitive color test for detection of antibiotics and genotoxic agents. Antimicrob. Agents Chemother. 2011, 55, pp. 1204-1210.
  30. Liu Y. Y., Wang Y., Walsh T. R., Yi L. X., Zhang R., Spencer J., et al. Emergence of plasmid-mediated colistin resistance mechanism MCR-1 in animals and human beings in China: a microbiological and molecular biological study. Lancet Infect Dis. 2016, 16 (2), pp. 161-168.
  31. Lupo A., Coyne S., Berendonk T. U. Origin and evolution of antibiotic resistance: the common mechanisms of emergence and spread in water bodies. Front microbiol. 2012, 3 (18), p. 3389.
  32. Mao E. F., Lane L., Lee J., Miller J. H. Proliferation of mutators in A cell population. J. Bacteriol. 1997, 179, pp. 417-422.
  33. Martinez J. L., Rojo F. Metabolic regulation of antibiotic resistance. FEMS Microbiol Rev. 201 1, 35, pp. 768-89.
  34. McEwen S. A., Collignon P. J. Antimicrobial Resistance: a One Health Perspective. Microbiol Spectr. 2018, 6 (2). doi: 10.1128/microbiolspec.ARBA-0009-2017. Review. PubMed PMID: 29600770.
  35. Miller C., Thomsen L. E., Gaggero C., Mosseri R., Ingmer H., Cohen S. N. SOS response induction by beta-lactams and bacterial defense against antibiotic lethality. Science. 2004, 305, pp. 1629-1631.
  36. Newman D. J., Cragg G. M. Natural Products as Sources of New Drugs from 1981 to 2014. J Nat Prod. 2016, 79, pp. 629-661.
  37. Ogawa W, Onishi M., Ni R., Tsuchiya T., Kuroda T. Functional study of the novel multidrug efflux pump KexD from Klebsiella pneumoniae. Gene. 2012, 498 (2), pp. 177-182.
  38. Perez-Capilla T., Baquero M. R., Gomez-Gomez J. M., Ionel A., Martin S., Blazquez J. SOS-independent induction of dinB transcription by beta-lactam-mediated inhibition of cell wall synthesis in Escherichia coli. J. Bacteriol. 2005, 187, pp. 1515-1518.
  39. Poole K. Efflux-mediated antimicrobial resistance. J. Antimicrob. Chemother. 2015, 56, pp. 20-51.
  40. Rodriguez-Rojas A., Oliver A., Blazquez J. Intrinsic and environmental mutagenesis drive diversification and persistence of Pseudomonas aeruginosa in chronic lung infection. J. Infect. Dis. 2012, 205, pp. 121-127.
  41. Santoro A., Cappello A. R., Madeo M. Interaction of fosfomycin with the glycerol 3-phosphate transporter of Escherichia coli. Biochim Biophys acta. 2011, 1810 (12), pp. 1323-1329.
  42. Septimus E. J. Antimicrobial Resistance: An Antimicrobial/Diagnostic Stewardship and Infection Prevention Approach. Med Clin North Am. 2018, 102 (5), pp. 819-829.
  43. Sommer M. O., Dantas G., Church G. M. Functional characterization of the antibiotic resistance reservoir in the human microflora. Science. 2009, 325 (5944), pp. 1128-31.
  44. Tassoni R., van der Aart, Ubbink M. Structural and functional characterization of the alanine racemase from Streptomyces coelicolor A3(2). Biochem Biophys res Commun. 2017, 483 (1), pp. 122-128.
  45. Velkov T., Roberts K. D., Nation R. L. Pharmacology of polymyxins: new insights into an ‘old’ class of antibiotics. Future microbiol. 2013, 8 (6), pp. 71 1-724.
  46. Wasfi R., Abd El-Rahman O. A., Zafer M. M., Ashour H. M. Probiotic Lactobacillus sp. inhibit growth, biofilm formation and gene expression of caries-inducing Streptococcus mutans. J Cell Mol Med. 2018, 22 (3), pp. 1972-1983

© Давидович Н.В., Соловьева Н.В., Башилова Е.Н., Бажукова Т.А., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах