Резистентность

Природная резистентность. К основным группам антибиотиков, обладающих клинически значимой антипсевдомонадной активностью, относятся беталактамы, аминогликозиды и фторхинолоны.

Одним из важных факторов, определяющих спектр природной чувствительности (устойчивости) Pseudomonas aeruginosa к антибиотикам, является строение ее внешней мембраны. Основным компонентом внешней мембраны у Pseudomonas aeruginosa, как и у других грамотрицательных микроорганизмов, является липополисахаридный слой, практически непроницаемый для экзогенных гидрофильных веществ (монои дисахаридов, аминокислот, коротких пептидов), транспорт которых внутрь бактериальной клетки осуществляется через пориновые каналы. Пориновые каналы представляют собой воронкообразные белковые структуры (пориновые белки), встроенные в липополисахаридный слой.

Из клинически значимых антибиотиков гидрофильными свойствами обладают беталактамы, мишенью действия которых являются пенициллинсвязывающие белки (ПСБ), локализованные в цитоплазматической мембране. Следовательно, для проявления активности беталактамным антибиотикам необходимо, преодолев внешнюю мембрану, попасть в периплазматическое пространство.

Основным пориновым белком, ответственным за транспорт беталактамных антибиотиков через внешнюю мембрану, является OprF. Определенную роль играют также белки OprC, OprE, OprB. У Pseudomonas aeruginosa описан своеобразный пориновый белок - OprD (ранее именовавшийся D2), который используется только для транспорта карбапенемных антибиотиков. Естественными субстратами для OprD являются дипептиды, с которыми карбапенемы обладают определенным структурным сходством .

Различия в уровне антипсевдомонадной активности отдельных беталактамов в значительной степени объясняются различиями в их способности диффундировать через внешнюю мембрану Pseudomonas aeruginosa. Наибольшую природную активность проявляют карбапенемные антибиотики (меропенем несколько активнее имипенема), поскольку они обладают сравнительно небольшой молекулярной массой, кроме этого, их транспорт через внешнюю мембрану облегчает наличие в молекуле двух противоположных электрических зарядов. Далее в порядке убывания антипсевдомонадной активности следуют: цефалоспорины IV поколения цефпиром и цефепим, азтреонам, цефалоспорины III поколения цефтазидим, цефоперазон и цефпирамид, уреидопенициллины (прежде всего пиперациллин), тикарциллин и карбенициллин.

На уровень природной активности беталактамных антибиотиков в отношении Pseudomonas aeruginosa оказывает влияние также способность этого микроорганизма к синтезу индуцибельных хромосомных бета-лактамаз. Указанные ферменты относятся к классу С, они разрушают все беталактамы, кроме карбапенемов и некоторых цефалоспоринов IV поколения, их активность не подавляется такими ингибиторами как сульбактам, клавуланат, тазобактам. Синтез ферментов начинается после контакта с аминопенициллинами, цефалоспоринами I-II поколений, карбапенемами. Карбоксипенициллины, уреидопенициллины, цефалоспорины III поколения являются слабыми индукторами, но чувствительны к гидролизу этим ферментом.

Таким образом, уровень природной активности беталактама в отношении Pseudomonas aeruginosa зависит от баланса трех его свойств: способности проникать через внешнюю мембрану микроорганизма, способности индуцировать синтез хромосомных бета-лактамаз и устойчивости к гидролизу этими ферментами.

Гидрофобные (липофильные) и амфифильные антибиотики, такие как фторхинолоны, тетрациклины и хлорамфеникол, способны проникать через внешнюю мембрану грамотрицательных микроорганизмов (в том числе псевдомонад), минуя пориновые каналы. Липофильные антибиотики достаточно хорошо проникают и через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму, где локализуются мишени их действия (рибосомы и ферменты топоизомеразы). Однако, несмотря на хорошую способность проникать через внешнюю мембрану Pseudomonas aeruginosa, перечисленные антибиотики обладают лишь незначительной антипсевдомонадной активностью или вовсе лишены ее. Фактором, ограничивающим уровень их природной активности, является наличие у Pseudomonas aeruginosa (и других псевдомонад) механизма активного выведения липофильных антибиотиков из цитоплазмы - выброса . Система, осуществляющая выброс, состоит из трех белков. Белки МехА и МехВ связаны с цитоплазматической мембраной и осуществляют транспорт из цитоплазмы в периплазму, белок OprM локализован во внешней мембране и осуществляет выведение из периплазмы во внешнюю среду. Гены белков МехА, МехВ, OprM организованы в единый оперон, уровень их экспрессии регулируется геном mexR. Кроме описанной, у Pseudomonas aeruginosa существуют и другие системы выброса.

Из группы гидрофильных антибиотиков наибольшее клиническое значение имеют фторированные хинолоны, а среди них ципрофлоксацин, обладающий максимальной антипсевдомонадной активностью. Новые фторхинолоны, в частности клинафлоксацин, проявляют более высокую антипсевдомонадную активность.

На уровне природной активности аминогликозидных антибиотиков особенности строения внешней мембраны и системы выброса Pseudomonas aeruginosa сказываются лишь в незначительной степени. Транспорт этих препаратов через внешнюю мембрану осуществляется в результате феномена самоактивации. Аминогликозиды вытесняют дивалентные катионы из участков их связывания в липополисахаридном слое, что приводит к дестабилизации и повышению проницаемости последнего. Транспорт аминогликозидов через цитоплазматическую мембрану микроорганизмов является энергозависимым. Наибольшую природную активностью в отношении Pseudomonas aeruginosa проявляют тобрамицин, гентамицин, нетилмицин, сизомицин и амикацин. "Старые" аминогликозиды (стрептомицин, канамицин, неомицин) существенно уступают перечисленным антибиотикам.

Приобретенная антибиотикорезистентность Pseudomonas aeruginosa и ее механизмы. Беталактамы. Приобретенная резистентность к этой группе антибиотиков является весьма распространенным явлением среди Pseudomonas aeruginosa. Основным механизмом резистентности является дерепрессия продукции хромосомных бета-лактамаз класса С. Основой феномена являются мутации в генах, регулирующих продукцию указанных ферментов. Мутации, ведущие к дерепрессии синтеза хромосомных бета-лактамаз, возникают спонтанно, независимо от воздействия антибиотиков. Однако на фоне терапии, когда происходит элиминация чувствительных микроорганизмов, штаммыгиперпродуценты приобретают преимущества. Селекция может происходить на фоне лечения антипсевдомонадными пенициллинами, в том числе и защищенными, а также цефалоспоринами III поколения. На фоне лечения карбапенемными антибиотиками селекции не происходит, так как, обладая устойчивостью к гидролизу хромосомными бета-лактамазами, эти препараты подавляют и дерепрессированные мутанты. В меньшей степени подобным свойством обладают цефалоспорины IV поколения. Дерепрессированные штаммы Pseudomonas aeruginosa проявляют устойчивость ко всем беталактамным антибиотикам, кроме карбапенемов и, частично, цефалоспоринов IV поколения.

Однако некоторое повышение МПК отмечается и для этих антибиотиков.Кроме хромосомных бета-лактамаз, у Pseudomonas aeruginosa описаны многочисленные и разнообразные плазмидные бета-лактамазы, относящиеся к трем основным классам: А, D, и В. Ферменты различаются по своему субстратному профилю (способности разрушать те или иные беталактамы) и по чувствительности к ингибиторам. Для практики важны следующие моменты: бета-лактамазы класса А (ТЕМ, PER, SHV, PSE группы) угнетаются ингибиторами, класса D (OXA группа) - устойчивы к ингибиторам. И те, и другие не способны разрушать карбапенемные антибиотики. Устойчивость Pseudomonas aeruginosa к беталактамным антибиотикам, связанная с продукцией бета-лактамаз класса А (угнетаемых ингибиторами), встречается не часто, вследствие этого защищенные пенициллины (например, пиперациллин/тазобактам) имеют лишь незначительные преимущества в сравнении с незащищенными. Бета-лактамазы класса В (так называемые металлоэнзимы) у Pseudomonas aeruginosa встречаются редко, однако они обладают крайне неблагоприятным свойством - способностью гидролизовать карбапенемы.

Основным механизмом устойчивости Pseudomonas aeruginosa к карбапенемным антибиотикам является утрата в результате мутации поринового белка OprD (или снижение его экспрессии). Этот механизм в большей степени поражает имипенем, чем меропенем, так как транспорт последнего может осуществляться и через другие пориновые белки. Именно высокой специфичностью белка OprD объясняются наблюдаемые на практике случаи избирательной устойчивости к имипенему при сохранении чувствительности к меропенему, а иногда и к другим беталактамам.

На практике ситуация значительно осложняется тем, что штаммы Pseudomonas aeruginosa могут обладать одновременно несколькими механизмами резистентности к беталактамным антибиотикам. Например: дерепрессия хромосомных бета-лактамаз может сочетаться с продукцией плазмидных и со снижением проницаемости внешней мембраны. Интерпретация результатов оценки чувствительности, а главное - прогнозирование эффективности лечения инфекций, вызванных такими штаммами, связаны со значительными трудностями. Аминогликозиды. Устойчивость Pseudomonas aeruginosa к аминогликозидным антибиотикам опосредуется тремя механизмами, перечисленными в порядке возрастания частоты и клинической значимости: модификация участка связывания рибосом с антибиотиками, снижение транспорта внутрь бактериальной клетки (нарушение проницаемости внутренней или внешней мембраны), ферментативная инактивация антибиотиков. Инактивация аминогликозидных антибиотиков осуществляется путем модификации их молекулы тремя группами ферментов: ацетилтрансферазами (присоединяют остаток уксусной кислоты), фосфотрансферазами (присоединяют остаток фосфорной кислоты) и нуклеотидилтрансферазами (присоединяют остаток адениловой кислоты). Гены перечисленных ферментов локализованы на плазмидах. Каждый из аминогликозидмодифицирующих ферментов обладает характерным субстратным профилем. К сожалению, достаточно часто штаммы Pseudomonas aeruginosa могут продуцировать одновременно несколько ферментов. Вследствие этого, оценив чувствительность к некоторым из аминогликозидных антибиотиков, прогнозировать уровень чувствительности к другим не представляется возможным. Продукция аминогликозидмодифицирующих ферментов обычно приводит к высокому уровню устойчивости; незначительное снижение уровня чувствительности Pseudomonas aeruginosa, как правило, связано с нарушением транспорта аминогликозидов внутрь бактериальной клетки.

Фторированные хинолоны. Как уже было отмечено выше, фторированные хинолоны выводятся из цитоплазмы Pseudomonas aeruginosa в результате активности системы выброса MexA-MexB-OprM. Регуляция активности системы выброса осуществляется геном mexR, в результате мутаций в указанном гене уровень экспрессии белков системы выброса может значительно возрастать, что сопровождается повышением устойчивости Pseudomonas aeruginosa к фторированным хинолонам.

Не менее важным механизмом устойчивости к фторхинолонам является модификация мишеней действия этих препаратов. Мишенями действия хинолонов в бактериальной клетке являются два фермента, контролирующих пространственную организацию ДНК (ДНК-гираза и топоизомераза IV). У грамотрицательных микроорганизмов основной мишенью является ДНК-гираза, а у грамположительных - топоизомераза IV. Хинолоны ингибируют активность этих ферментов, связываясь с небольшим участком их молекул, называемым "хинолоновым карманом". При возникновении мутаций (аминокислотных замен) в области "хинолонового кармана", на его участке, обозначаемом как "область, детерминирующая устойчивость к хинолонам", сродство препаратов к ферментам снижается, величина МПК препарата в отношении микроорганизма возрастает, то есть проявляется резистентность. Единичные мутации сопровождаются незначительным повышением МПК; чем больше мутаций накапливается у штамма, тем выше его устойчивость. Так, высокий уровень резистентности Pseudomonas aeruginosa к ципрофлоксацину может быть результатом двух мутаций в генах фермента ДНК-гиразы и одной - в генах топоизомеразы IV. Возможно также формирование резистентности в результате селекции мутаций, обеспечивающих повышение активности систем выброса. Вполне реальной является также комбинация нескольких механизмов резистентности, например: модификация чувствительной мишени и усиление активного выброса.

Другие антибиотики. Из антибиотиков других групп определенное клиническое значение в лечении инфекций, вызываемых Pseudomonas aeruginosa, может иметь полимиксин В. Механизм его действия связан с нарушением целостности внешней мембраны микроорганизма (действие по типу поверхностно-активных веществ). Достоверных случаев устойчивости Pseudomonas aeruginosa к полимиксину В не описано. Показатель чувствительности к полимиксину В может быть использован для дифференцировки Pseudomonas aeruginosa от некоторых родственных микроорганизмов.

По данным наших исследований исключая цефтазидим, ко всем другим исследованным препаратам Pseudomonas aeruginosa выявила рост числа резистентных штаммов. Доля мультирезистентных форм составила 16,12 ± 1,02%. В многолетней динамике (1983-2009 гг.) доля резистентных к гентамицину штаммов выросла в 8,63 раза (рис.6).

Рисунок 6 Частота резистентных штаммов Pseudomonas aeruginosa к антибактериальным препаратам в лечебно-профилактических учреждениях города Кемерово (%)