Общая микробиология - вирусы, бактерии, грибки >>>> Как бактерии противостоят антибактериальной терапии
Как бактерии противостоят антибактериальной терапии.
Для человечества механизм противостояния различным вредоносным микроорганизмам из года в год становится все более сложным, поскольку темпы разработки методов борьбы с патогенами начинают отставать от возможностей патогенных микроорганизмов сопротивляться губительному действию со стороны различных биохимических соединений.
Разберем механизм действия на патогены лекарственных препаратов и способы сопротивления, имеющиеся у микроорганизмов на примере бактерий. Чтобы понять механизм действия антибактериальных препаратов, необходимо вспомнить строение клетки бактерии:
- Клеточная стенка бактерии придает ей форму и удерживает внутренние клеточные элементы.
- Цитоплазматическая мембрана бактериальной клетки прилипает с внутренней стороны к клеточной стенке, отделяя ее от цитоплазмы.
- Цитоплазма заполняет клетку изнутри и содержит смесь из разных органических элементов: рибосом и РНК, нуклеоида (в котором расположена ДНК) и других.
Все препараты антибактериальной терапии соответственно делятся на группы, различающиеся по механизму воздействия на определенные клеточные структуры – мишени (клеточные и цитоплазматические мембраны, процессы синтеза и метаболизма):
- На формирование клеточной стенки действуют разрушающе ингибиторы синтеза клеточной стенки (Пенициллины, Монобактамы, Цефалоспорины, Карбапенемы, Гликопептиды, Бацитрацин, Циклосерин), при этом теряется ее прочность.
- На защитные функции цитоплазматической мембраны действуют ингибиторы функций цитоплазматической мембраны (Полимиксины).
- Метаболизм фолиевой кислоты нарушают антиметаболиты (Сульфонамиды, Триметоприм).
- Тормозят синтез белков ингибиторы рибосом (Тетрациклины, Аминогликозиды, Макролиды, Хлорамфеникол, Линкомицин), причем на человеческие рибосомы они не действуют (другая структура).
- Нарушают синтез ДНК и РНК (формирование цепочек) ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот (Хинолоны, Рифампицин).
Бактерии имеют в своем распоряжении тоже значительный арсенал для сохранения своих колоний:
- Модифицируют мишени, то есть происходят мутации клеточных структур бактерий таким образом, что нарушаются механизмы взаимодействия химических соединений с мишенями вплоть до полной утраты этих контактов. Например, бактерии E.Coli или синегнойная палочка, перестраивая клеточную мембрану из модифицированных белков (неспецифических белков), снижают тем самым чувствительность к антибактериальной терапии .
- Защищают мишени, то есть бактерии способны к синтезу специальных белков, связывающихся с мишенью, модифицирующей ее и аннулирующих действие противобактериальных препаратов, например, тетрациклинов и хинолонов.
- Инактивируют, то есть посредством ферментов модифицируют или разрушают антибиотики (например, присоединяют к их химическим конструкциям фосфаты или ацетилен, что нарушает связи с рибосомами бактерии). Это свойство бактерии получили от природы для защиты своего организма от вырабатываемых ими самими антибиотиков. Но что интересно – эти механизмы не могут инактивировать синтетические антибактериальные препараты, а только природные антибиотики (например, Пенициллины или антибиотики, получаемые из бактерии Streptomyces).
- Имеют специальные транспортирующие системы в клеточной мембране для выведения антибактериальных препаратов из клетки, при этом одновременно формируют приобретенную резистентность.
- Снижают проницаемость бактериальной оболочки (такой способ характерен для грамотрицательных бактерий) за счет нарушения проходимости пориновых каналов, через которые поступают в клетку бактерии антибактериальные вещества.
Все перечисленные механизмы защиты бактерии от антибактериальных препаратов можно отнести к механизмам резистентности. Существует ряд способов, с помощью которых бактерии приобретают механизмы резистентность в процессе своей жизнедеятельности. Раньше наука считала, что в процессе эволюционного усовершенствования бактериальное потомство приобретало генные конструкции, в которых закреплялась резистентность как фактор, улучшающий конструкцию бактерии как вид, то есть полезное свойство организма, передающееся из поколения в поколение. Но теперь исследования в этой области подтверждают теорию о том, что бактерии могут передавать свойство резистентности не только поколениям, но и делиться им между собой. Такой способ передачи устойчивости к антибактериальным веществам от одной бактерии к другой называется горизонтальным, в отличие от передачи выработанной резистентности путем размножения (вертикальный). Горизонтальный перенос с помощью генетических элементов – эта феноменальная способность, которая открыта исключительно у бактерий, у клеток растений и животных она не найдена.
Предполагают, что некоторые защитные механизмы от антибактериальных препаратов бактерии получили именно с помощью горизонтального переноса: гены кодирующих работу транспортировочных систем по выведению химически вредных для бактерии соединений; белки, кодирующие работу ферментов по изменению формулы антибактериальных веществ; белки, защищающие рибосомы. Например, так возникла устойчивость к антибактериальной терапии у энтеробактерий (E.Coli, эшерихий, сальмонелл).
Бактерии в своей структуре имеют внехромосомные подвижные генетические элементы: транспозоны и плазмиды.
Плазмиды, участвующие в переносах свойств резистентности (а точнее R-плазмиды или R-факторы) – кольцевидные молекулы ДНК бактерии, которые существуют независимо от геномных хромосом бактерии и автономно воспроизводятся. Они передаются от бактерии-носителя к другой бактерии при их контакте путем конъюгации (однонаправленного переноса генетического материала).
Транспозоны – фрагменты ДНК бактерии, способные к самостоятельному передвижению. Эти мобильные части ДНК отвечают за перенос резистентности между плазмидами, хромосомами и фагами.
Интересен способ переноса резистентности с помощью фагов (или трансдукция), которые при размножении в бактериальной клетке, встраиваются в ее геном, захватывают часть генетических элементов, генерирующих резистентность, и переносят их. При этом бактериофаг не размножается, а находится в состоянии профага. Замечено распространение резистентности к антибактериальной терапии путем фаговой трансдукции среди грамположительных бактерий (стрептококков, стафилококков) и грамотрицательной бактерии E.Coli.
Способности к устойчивости (резистентности) бактерии приобрели в процессе эволюционной борьбы с другими микро- и макроорганизмами за существование и, похоже, не собираются уступать человеку право на жизнь в их общей среде обитания.
Почитать
Почитать
