Мутации внехромосомных факторов резистентности

Эписомные элементы (плазмиды), обладающие способностью поддерживать собственное автономное состояние и независимость скорости репликации от регуляторных механизмов клетки-хозяина, также независимо могут мутировать, либо не влияя на поведение бактериальной клетки, либо в какой-то мере изменяя ее физиологические функции.

Обычно принято считать, что эписомные детерминанты контролируют невысокую резистентность; однако в действительности имеется немало наблюдений, противоречащих такому представлению. Наблюдался четко выраженный мутаторный эффект у штамма Salmonella typhi, выделенного от больного; штамм этот характеризовался наличием разных типов R-факторов: Sin, Тс, только Тс, или Тс, Sm. Культуры бактерий Salmonella typhi, Salmonella typhimurium и E. coli, инфицированные этими факторами, проявляли генетическую нестабильность и мутабельность детерминантов резистентности к высоким концентрациям антибиотиков. Высокая резистентность передавалась реципиентам при последующей конъюгации со скоростью, типичной для трансмиссивных элементов. Внехромосомная локализация детерминантов, контролирующих высокую резистентность, подтверждалась возможностью их элиминации. Генетический анализ мутаций у полирезистентных штаммов довольно сложен прежде всего потому, что в них могут сосуществовать независимые друг от друга комплексы детерминантов резистентности со своими автономными факторами передачи, и каждый такой комплекс может видоизменяться в результате разнообразных событий — мутаций, сегрегации или рекомбинаций. Фенотипическое выражение подобного рода изменений в состоянии генома бактериальной клетки часто взаимно маскируется и с трудом поддается дифференцированному тестированию.

Часто имеет место мутационное изменение генов, контролирующих репликацию самого фактора резистентности в естественных условиях. Такие мутации могут увеличить копийность плазмиды, что часто усиливает резистентность к большим концентрациям лекарственных и других веществ.

Иногда в мутациях затрагиваются регуляторные механизмы, контролирующие проявления конъюгативности бактерий. При этом может, например, сниматься репрессия донорской активности.

Роль бактериального генома у сальмонелл нередко проявляется в ограничении функций внехромосомных элементов, в том числе и факторов трансмиссивной устойчивости к лекарственным веществам. Известно, например, что сальмонеллы обладают низкой реципиентной активностью. R-факторы воспринимаются ими, как правило, с незначительной частотой, что связывается с ограничением, контролируемым клеткой-хозяином. Под влиянием мутагенов можно получить мутанты R-факторов, способные преодолевать это ограничение. Такие мутанты были получены путем воздействия нитрозогуанидина на Salmonella typhimurium c R-фактором дикого типа; способность R-мутантов преодолевать ограничения представляется функцией, независимой от реципиентных свойств бактерии-хозяина.

Мутации по устойчивости к хлорамфениколу наблюдали еще в 1969 г. у штамма Klebsiella c устойчивостью к пяти антибиотикам. При конъюгации маркеры резистентности передавались реципиентам из различных систематических групп грамотрицательных бактерий — эшерихий, шигелл, протеев и др., а также путем трансдукции с фагом Рlс из E. coli. Проявление мутационного эффекта только в отношении резистентности к одному антибиотику свидетельствует об индивидуальной генетической реакции отдельных детерминантов резистентности на воздействие мутагенов.

Это далеко не исчерпывающее описание возможных мутаций, котрых у плазмид может наблюдаться огромное множество.

Элиминация R-факторов.

Лекарственная устойчивость бактерий, детерминируемая трансмиссивными генетическими элементами, представляет серьезную угрозу ее неограниченного распространения, принимающего масштабы подлинной «пандемии» в микро мире, связанной с экологией человека и животных. Поэтому в настоящее время придается чрезвычайно важное значение исследованиям, направленным на изыскание путей предотвращения или по крайней мере существенного ограничения распространения лекарственной устойчивости у бактерий, составляющих микрофлору нестерильных полостей макроорганизма — человека, животных, птиц и даже возможных переносчиков бактериальных возбудителей инфекции.

Многими исследователями было замечено, что признаки устойчивости к лекарственным веществам у грамположительных и грамотрицательных бактерий, контролируемые внехромосомными детерминантами, нередко утрачиваются спонтанно или закономерно исчезают после обработки определенными соединениями, обладающими избирательной ДНК-тропностью. Этот феномен, обозначаемый термином «элиминация», связанный с утратой генетических детерминантов, в том числе плазмид и факторов резистентности, используется как одно из доказательств их внехромосомной локализации.

Изучение сущности и механизмов этого явления представляет большой не только теоретический, но и практический интерес, хотя до настоящего времени не удалось еще достигнуть такого эффекта элиминации, чтобы его можно было использовать в клинических целях. Задача поиска эффективных средств элиминации эписомных детерминантов резистентности осложняется, еще и тем обстоятельством, что большинство известных элиминирующих соединений является либо мутагенами, либо, кроме того, и канцерогенами, что налагает дополнительную ответственность на испытателей при оценке эффективных средств и практических рекомендаций. В качестве элиминирующих агентов наиболее широко используются при теоретических исследованиях акридиновые красители (акрихин, акридиновый оранжевый). При элиминации происходит необратимая утрата генетических элементов, локализованных вне хромосомы.

Механизмы, лежащие в основе элиминирующего действия акридиновых красителей, во многом остаются нерасшифрованными, однако методами генетического анализа четко показано, что при действии акридинов на бактерии, обладающие трансмиссивной резистентностью к антибиотикам, происходит полное подавление генетических и физиологических функций ее детерминантов. возможно, элиминация связана с блокированием репликации эписом либо нарушения участка ее инициирования, либо из-за нарушения прикрепления эписомных реплик к центрам бактериальных мембран, отвечающих за сегрегацию генетического материала в дочерних клетках.

Novick (1963) показал, что спонтанные пенициллиночувствительные варианты стафилококка с полной утратой пенициллиназной активности не мутируют ни спонтанно, ни после обработки мутагенами в направлении восстановления устойчивости к пенициллину. Эти же формы не дают и рекомбинантов дикого типа при скрещивании друг с другом, а также с мутантами, сохранившими низкий уровень образования этого фермента.

Факторы трансмиссивной резистентности к лекарственным веществам, как отмечено ранее, ведут себя подобно другим внехромосомным элементам, которые в автономном, состоянии могут быть подвержены эффективному действию элиминирующих агентов. Поэтому некоторые общие положения, выявленные на других системах, могут быть приняты и для резистентных бактерий.

Отсутствие эффекта полной элиминации определенных внехромосомных детерминантов может быть следствием того, что в одной клетке имеется несколько различных R-факторов с различными наборами генов резистентности.

Помимо акридиновых красителей, за последнее время выявлены другие соединения с высокой элиминирующей активностью. Одним из таких соединений оказался бромид этидиума. Показано, что это соединение в низких концентрациях (5 ё 10 * Ю6 М, рН 7,2) вызывало у энтеробактерий практически полную элиминацию факторов R4, R22, в то время как другие, хорошо передающиеся при конъюгации факторы (R15 и R8) не элиминировались вообще. Причина, лежащая в основе этого различия, пока остается невыясненной. У стафилококков с пенициллиназной активностью также удалось с довольно высокой эффективностью (8−100%) освобождать клетки от плазмид, причем устойчивость к сулеме и образование пенициллиназы утрачивались одновременно, но без потери устойчивости к эритромицину. Примечательно, что на пенициллиназных плазмидах Staphylococcus aureus может находиться детерминант, определяющий устойчивость к этому препарату. Другим высокоактивным препаратом оказался додецилсульфат натрия, который не только приводил к элиминации R-факторов, но и вообще был более токсичен по отношению к R+ - клеткам, чем к клеткам без R-факторов. Это служит еще одним примером лекарственной конверсии клеток. Аналогичным действием обладал 4-нитрохинолин-1-оксид.

С действием додецилсульфата натрия можно также сравнить действие пенициллина, который в суббактериостатических концентрациях вызывает устранение R-факторов из клеток Salmonella paratyphi ®.

В качестве элиминирующих агентов может выступать большое число соединений, в том числе и такие, которые являются естественными метаболитами (гуанин, глюкоза и некоторые детергенты освобождают клетки Staphylococcus aureus от плазмид с пенициллиназной активностью).

Большое число работ касается данных об элиминирующем действии повышенной температуры на культуры стафилококка с пенициллиназной активностью. Отмечается, что условия повышенной температуры вызывали не только появление негативных вариантов, но и селективно способствовали более быстрому росту последних.

Нужно учесть, что некоторые элиминирующие химические агенты в определенных концентрациях могут не только вызывать утрату устойчивости, но в силу своего мутагенного потенциала могут индуцировать ее в некоторых случаях. Учитывая, что все акридины являются в определенных условиях мутагенами, нельзя исключить подобный эффект, особенно при анализе свойств одномаркерных факторов резистентности, где фенотипическое выражение «элиминация» в действительности может отражать мутационное изменение, характеризующееся повреждением генов, контролирующих чувствительность к определенному веществу.

Лекарственная конверсия.

Детерминанты устойчивости вызывают в клетках бактерий изменения, затрагивающие самые разнообразные признаки и известные в литературе как проявление «лекарственной конверсии». Приводятся сведения о более высокой выживаемости бактериальных клеток, инфицированных некоторыми R-факторами, поле УФ-облучения. Лекарственная конверсия может затрагивать также фаготип сальмонелл как при эписомной, так и хромосомной локализации детерминантов устойчивости и влиять на эффективность развития большого числа фагов в клетках E. coli К12 как с fi+, так и с fi — R-факторами Б. А. Шендеров (1970), исследовавший активность некоторых оксидоредуктаз дизентерийных бактерий (Shigella flexneri и Shigella Sonne), воспринявших R-факторы в опытах in vitro от E. coli, отмечал у них повышение каталазной и пероксидазной активности. Само по себе присутствие плазмиды резистентности сообщает клеткам высокую чувствительность к названным препаратам. В то же время замечено, что, R-фактор, по-видимому, сообщает клеткам и более высокую мутабельность по резистентности к лекарственным веществам.

Сейчас все же приходится констатировать, что работ, отражающих существенный прогресс в изучении путей предотвращения или ограничения распространения множественной лекарственной устойчивости бактерий, еще очень мало.

Продление чувствительности к лекарствам.

Упорядочивание использования антибиотиков и строгий контроль.

Прекращение использования клинически ценных антибиотиков в качестве кормовых добавок.

Поиск ингибиторов на ингибиторы действия лекарств.

Поиск новых антибиотиков, резистентных к ферментам плазмид.

Плазмиды бактериоциногении.

Бактериоцины — вещества, летальные для клеток бактерий. Их названия определяются названиями микроорганизмов-продуцентов. Это термостабильные белки, массой от 10 000 до 90 000 дальтон.

Плазмиды колициногении (col) наиболее изучены. Они содержатся в 20% штаммов E. coli. Колицины подразделяют на группы: A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, S1, S2, S3, S4, S5, V. Группа E делится на E1, E2, E3 и т. д. E1 вносит непоправимые изменения в цитоплазматическую мембрану. E3 разрушительно воздействует на рРНК, E2 вызывает деградацию ДНК.

Плазмиды тоже делятся на 2 группы: I (col E1, col E2, col E3, …E4, …E5, …E6, …E7, …E8, .E9, col N, col K, col A) и II (col Ib, col B, col V).

Среди плазмид колициногении встречаются как конъюгативные, так и неконъюгативные. Некоторые способны мобилизовать хромосомные гены. Все плазмиды колициногении постоянно находятся в автономном состоянии.

Колицины действуют только на близкие по виду клетки, адсорбируясь на специальных рецепторах на их поверхности. Для того, чтобы убить чувствительную клетку достаточно нескольких молекул колицинов.

Бактериоцины продуцируются и другими клетками. Так Bacillus megaterium продуцируют три вида мегатериоцинов: A, B, C.

Плазмиды и патогенность бактерий.

Патогенность — комплексный полигенный (мультифакторный) признак бактерий, представляющий собой биохимические механизмы, посредством которых бактерия вызывает болезнь макроорганизма. В любом случае участие в патогенности принимают плазмиды.