Молекулярные механизмы противомикробной защитной стратегии бактериальной клетки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Актуальность. Решение проблемы антибиотикорезистентности (АБР) и продолжающегося распространения штаммов с множественной лекарственной устойчивостью является стратегической задачей практического здравоохранения. Важным инструментом совершенствования антимикробной фармакотерапии наряду с активным поиском новых эффективных лекарственных соединений может служить детальное изучение первопричины возникновения и влияния внеклеточной среды на молекулярные механизмы устойчивости бактерий к химиопрепаратам.

Цель. Проанализировать литературу, посвященную молекулярным механизмам противомикробной защитной стратегии бактериальной клетки от воздействия лекарственных средств и перспективным стратегиям борьбы с антибиотикоустойчивыми возбудителями.

Материалы и методы. Выполнен поиск и анализ научной литературы за последние 5 лет в базах PubMed, eLibrary, Europe PMC, WoS, CyberLeninka и др. Поисковые запросы включали следующие сочетания слов: для русскоязычных публикаций — проблема АБР, экологические факторы антибиотикочувствительности, механизмы резистентности, гены резистентности, мобильные генетические элементы; для англоязычных публикаций — antibiotic resistance evolution, antibiotic resistance genes, antibiotic resistance in biofilms, transmission of antibiotic resistance. Проанализировано 100 источников литературы, опубликованных за период 2018–2022 гг., из них в обзор вошло 44.

Анализ отечественных и зарубежных источников показал, что значительная роль в развитии АБР микро-организмов отведена ферментативной бета-лактамазной активности, специфическим защитным белкам микроорганизмов, а также способности патогенных штаммов к формированию биопленок. Кроме того, по результатам исследований основным источником генов резистентности предстает окружающая среда, где происходит перенос генов АБР между представителями разных таксонов бактерий. Перспективными направлениями в борьбе с антибиотикоустойчивыми возбудителями являются математическое моделирование, синтетическая биология, фаговая терапия.

Заключение. В современных исследованиях тенденция АБР среди микроорганизмов представляется серьезной эволюционной и экологической проблемой. Бесконтрольное и необоснованное использование на сегодняшний день антибактериальных препаратов в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве спровоцировало активизацию известных к настоящему моменту механизмов защитной стратегии бактериальной клетки, вызвав усиление адаптивной способности бактериальных патогенов и распространение штаммов с множественной лекарственной устойчивостью. Также в обзоре приводятся данные о разнообразных стратегиях, направленных на решение проблемы АБР.

Об авторах

Анна Викторовна Луценко

Астраханский государственный медицинский университет; Астраханский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ahrapova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8423-3351
SPIN-код: 3292-9049

к.б.н.

Россия, Астрахань; Астрахань

Анна Леонидовна Ясенявская

Астраханский государственный медицинский университет

Email: yasen_9@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2998-2864
SPIN-код: 5809-5856

д.м.н., доцент

Россия, Астрахань

Марина Александровна Самотруева

Астраханский государственный медицинский университет

Email: ms1506@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5336-4455
SPIN-код: 5918-1341

д.м.н., профессор

Россия, Астрахань

Список литературы

  1. Uddin T.M., Chakraborty A.J., Khusro A., et al. Antibiotic resistance in microbes: History, mechanisms, therapeutic strategies and future prospects // J. Infect. Public Health. 2021. Vol. 14, No. 12. P. 1750–1766. doi: 10.1016/j.jiph.2021.10.020
  2. Зубарева В.Д., Соколова О.В., Безбородова Н.А., и др. Молекулярные механизмы и генетические детерминанты устойчивости к антибактериальным препаратам у микроорганизмов // Сельскохозяйственная биология. 2022. Т. 57, № 2. С. 237–256. doi: 10.15389/agrobiology.2022.2.237rus
  3. Larsson D.G.J., Flach C.–F. Antibiotic resistance in the environment // Nat. Rev. Microbiol. 2022. Vol. 20, No. 5. P. 257–269. doi: 10.1038/s41579-021-00649-x
  4. Давидович Н.В., Соловьева Н.В., Башилова Е.Н., и др. Эндо-экологические аспекты устойчивости к антибиотикам: обзор литературы // Экология человека. 2020. Т. 27, № 5. С. 31–36. doi: 10.33396/1728-0869-2020-5-31-36
  5. Старикова А.А., Габитова Н.М., Цибизова А.А., и др. Изучение антимикробной активности новых производных хиназолин-4(3н)-она по отношению к Echerichia coli и Klebsiella pnevmoniae // Астраханский медицинский журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 60–71. doi: 10.48612/agmu/2022.17.1.60.71
  6. Taggar G., Attiq Rehman M., Boerlin P., et al. Molecular Epidemiology of Carbapenemases in Enterobacteriales from Humans, Animals, Food and the Environment // Antibiotics (Basel). 2020. Vol. 9, No. 10. P. 693. doi: 10.3390/antibiotics9100693
  7. Wilson D.N., Hauryliuk V., Atkinson G.C., et al. Target protection as a key antibiotic resistance mechanism // Nat. Rev. Microbiol. 2020. Vol. 18, No. 11. P. 637–648. doi: 10.1038/s41579-020-0386-z
  8. Шур К.В., Беккер О.Б., Зайчикова М.В., и др. Генетические аспекты лекарственной устойчивости и вирулентности Mycobacterium tuberculosis // Генетика. 2018. Т. 54, № 12. С. 1363–1375. doi: 10.1134/S0016675818120147
  9. Землянко О.М., Рогоза Т.М., Журавлева Г.А. Механизмы множественной устойчивости бактерий к антибиотикам // Экологическая генетика. 2018. T. 16, № 3. С. 4–17. doi: 10.17816/ecogen1634-17
  10. Фелькер И.Г., Гордеева И.Е., Ставицкая Н.В., и др. Перспективы и препятствия для клинического применения ингибиторов эффлюксных помп Mycobacterium tuberculosis // Биологические мембраны. Журнал мембранной и клеточной биологии. 2021. Т. 38, № 5. С. 317–339. doi: 10.31857/S0233475521050054
  11. Gun M.A., Bozdogan B., Coban A.Y. Tuberculosis and beta-lactam antibiotics // Future Microbiol. 2020. Vol. 15, No. 10. P. 937–944. doi: 10.2217/fmb-2019-0318
  12. Fratoni A.J., Nicolau D.P., Kuti J.L. A guide to therapeutic drug monitoring of β-lactam antibiotics // Pharmacotherapy. 2021. Vol. 41, No. 2. P. 220–233. doi: 10.1002/phar.2505
  13. Ibrahim M.E., Abbas M., Al-Shahrai A.M., et al. Phenotypic Characterization and Antibiotic Resistance Patterns of Extended-Spectrum β-Lactamase- and AmpC β-Lactamase-Producing Gram-Negative Bacteria in a Referral Hospital, Saudi Arabia // Can. J. Infect. Dis. Med. Microbiol. 2019. Vol. 2019. P. 6054694. doi: 10.1155/2019/6054694
  14. Philippon A., Jacquier H., Ruppé E., et al. Structure-based classification of class A beta-lactamases, an update // Curr. Res. Transl. Med. 2019. Vol. 67, No. 4. P. 115–122. doi: 10.1016/j.retram.2019.05.003
  15. Tulara N.K. Nitrofurantoin and Fosfomycin for Extended Spectrum Beta-lactamases Producing Escherichia coli and Klebsiella pneumonia // J. Glob. Infect. Dis. 2018. Vol. 10, No. 1. P. 19–21. doi: 10.4103/jgid.jgid_72_17
  16. Ero R., Yan X.–F., Gao Y.–G. Ribosome Protection Proteins — “New” Players in the Global Arms Race with Antibiotic-Resistant Pathogens // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol. 22, No. 10. Р. 5356. doi: 10.3390/ijms22105356
  17. Хрянин А.А. Биоплёнки микроорганизмов: современные представления // Антибиотики и Химиотерапия. 2020. Т. 65, № 5-6. С. 70–77. doi: 10.37489/0235-2990-2020-65-5-6-70-77
  18. Ciofu O., Moser C., Jensen P.Ø., et al. Tolerance and resistance of microbial biofilms // Nat. Rev. Microbiol. 2022. Vol. 20, No. 10. P. 621–635. doi: 10.1038/s41579-022-00682-4
  19. Muhammad M.H., Idris A.L., Fan X., et al. Beyond Risk: Bacterial Biofilms and Their Regulating Approaches // Front. Microbiol. 2020. Vol. 11. P. 928. doi: 10.3389/fmicb.2020.00928
  20. Zhou L., Zhang Y., Ge Y., et al. Regulatory Mechanisms and Promising Applications of Quorum Sensing-Inhibiting Agents in Control of Bacterial Biofilm Formation // Front. Microbiology. 2020. Vol. 11. P. 589640. doi: 10.3389/fmicb.2020.589640
  21. Uruén C., Chopo–Escuin G., Tommassen J., et al. Biofilms as Promoters of Bacterial Antibiotic Resistance and Tolerance // Antibiotics (Basel). 2020. Vol. 10, No. 1. P. 3. doi: 10.3390/antibiotics10010003
  22. Петухова И.Н., Дмитриева Н.В., Григорьевская З.В., и др. Инфекции, связанные с образованием биопленок // Злокачественные опухоли. 2019. T. 9, № 3s1. P. 26–31. doi: 10.18027/2224-5057-2019-9-3s1-26-31
  23. Orazi G., O’Toole G.A. “It Takes a Village”: Mechanisms Underlying Antimicrobial Recalcitrance of Polymicrobial Biofilms // J. Bacteriol. 2019. Vol. 202, No. 1. P. e00530-19. doi: 10.1128/jb.00530-19
  24. Karkman A., Pärnänen K., Larsson D.G.J. Fecal pollution can explain antibiotic resistance gene abundances in anthropogenically impacted environments // Nat. Commun. 2019. Vol. 10, No. 1. P. 80. doi: 10.1038/s41467-018-07992-3
  25. Бурцева С.А., Бырса М.Н., Чеботарь В.И. Разнообразие представителей класса Actinobacteria в водной толще озерной системы «La Izvor». В сб.: Instruire prin cercetare pentru o societate prosperă; Chişinău, 20–21 марта 2021. 8-е изд. Chişinău; 2021. Ч. 1. С. 165–172. Доступно по: https://ibn.idsi.md/en/vizualizare_articol/127529. Ссылка активна на 12.09.2023.
  26. Bengtsson–Palme J., Kristiansson E., Larsson D.G.J. Environmental factors influencing the development and spread of antibiotic resistance // FEMS Microbiol. Rev. 2018. Vol. 42, No. 1. P. fux053. doi: 10.1093/femsre/fux053
  27. Partridge S.R., Kwong S.M., Firth N., et al. Mobile genetic elements associated with antimicrobial resistance // Clin. Microbiol. Rev. 2018. Vol. 31, No. 4. P. e00088-17. doi: 10.1128/cmr.00088-17
  28. Андрюков Б.Г., Беседнова Н.Н., Запорожец Т.С. Мобильные генетические элементы прокариот и их роль в формировании резистентности к антибиотикам у патогенных бактерий // Антибиотики и Химиотерапия. 2022. Т. 67, № 1-2. С. 62–74. doi: 10.37489/0235-2990-2022-67-1-2-62-74
  29. Humphrey S., Fillol–Salom A., Quiles–Puchalt N., et al. Bacterial chromosomal mobility via lateral transduction exceeds that of classical mobile genetic elements // Nat. Commun. 2021. Vol. 12, No. 1. P. 6509. doi: 10.1038/s41467-021-26004-5
  30. Hall J.P.J., Harrison E., Baltrus D.A. Introduction: the secret lives of microbial mobile genetic elements // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 2022. Vol. 377, No. 1842. P. 20200460. doi: 10.1098/rstb.2020.0460
  31. Мустафин Р.Н. Роль мобильных генетических элементов в возникновении жизни // Успехи физиологических наук. 2019. Т. 50, № 3. С. 45–64. doi: 10.1134/S0301179819020085
  32. Akrami F., Rajabnia M., Pournajaf A. Resistance integrons; A mini review // Caspian J. Intern. Med. 2019. Vol. 10, No. 4. P. 370–376. doi: 10.22088/cjim.10.4.370
  33. Xu D., Lu W. Defensins: A Double-Edged Sword in Host Immunity // Front. Immunol. 2020. Vol. 11. P. 764. doi: 10.3389/fimmu.2020.00764
  34. Шемякин И.Г., Фирстова В.В., Фурсова Н.К., и др. Новые возможности в борьбе с патогенными микроорганизмами. Обзор // Биохимия. 2020. Т. 85, № 11. P. 1615–1632. doi: 10.31857/S0320972520110081
  35. Arepyeva M.A., Kolbin A.S., Sidorenko S.V., et al. A mathematical model for predicting the development of bacterial resistance based on the relationship between the level of antimicrobial resistance and the volume of antibiotic consumption // J. Glob. Antimicrob. Resist. 2017. Vol. 8. P. 148–156. doi: 10.1016/j.jgar.2016.11.010
  36. Pinzi L., Rastelli G. Molecular Docking: Shifting Paradigms in Drug Discovery // Int. J. Mol. Sci. 2019. Vol. 20, No. 18. P. 4331. doi: 10.3390/ijms20184331
  37. Jadhav P.A., Baravkar A. Recent advances in antimicrobial activity of pyrimidines: a review // Asian J. Pharm. Clin. Res. 2022. Vol. 15, No. 2. P. 4–10. doi: 10.22159/ajpcr.2022.v15i2.43686
  38. Самотруева М.А., Габитова Н.М., Генатуллина Г.Н., и др. Оценка антимикобактериальной активности вновь синтезированных производных пиримидина в отношении Mycobacterium tuberculosis // Антибиотики и Химиотерапия. 2022. Т. 67, № 3–4. С. 4–15. doi: 10.37489/0235-2990-2022-67-3-4-4-15
  39. Gordillo Altamirano F.L., Barr J.J. Phage Therapy in the Postantibiotic Era // Clin. Microbiol. Rev. 2019. Vol. 32, No. 2. P. e00066-18. doi: 10.1128/cmr.00066-18
  40. Khan A., Ostaku J., Aras E., et al. Combating Infectious Diseases with Synthetic Biology // ACS Synth. Biol. 2022. Vol. 11, No. 2. P. 528–537. doi: 10.1021/acssynbio.1c00576
  41. Мохов А.А. «Синтетический» геном и получаемые с его использованием продукты как новые объекты правоотношений // Вестник Университета имени О.Е. Кутафина (МГЮА). 2020. № 5. С. 51–59. doi: 10.17803/2311-5998.2020.69.5.051-059
  42. Синёва О.Н. Выделение актиномицетов редких родов — продуцентов антибиотиков из почв с применением сока Aloe arborescens // Антибиотики и Химиотерапия. 2022. Т. 66, № 9–10. С. 4–11. doi: 10.37489/0235-2990-2021-66-9-10-4-11
  43. Liu T., Wang J., Gong X., et al. Rosemary and Tea Tree Essential Oils Exert Antibiofilm Activities In Vitro Against Staphylococcus aureus and Escherichia coli // J. Food Prot. 2020. Vol. 83, No. 7. P. 1261–1267. doi: 10.4315/0362-028x.jfp-19-337
  44. Knezevic P., Aleksic V., Simin N., et al. Antimicrobial activity of Eucalyptus camaldulensis essential oils and their interactions with conventional antimicrobial agents against multi-drug resistant Acinetobacter baumannii // J. Ethnopharmacol. 2016. Vol. 178. P. 125–136. doi: 10.1016/j.jep.2015.12.008

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Основные механизмы антибактериальной устойчивости.

Скачать (60KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Стратегии борьбы с антибиотикоустойчивыми возбудителями.

Скачать (34KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2025


 


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».