Глобальная проблема антимикробной резистентности

Д-р F.C. Tenover, врач-микробиолог, Голландия.

Ключевые слова: антибиотики, генетическая трансдукция, инфекционные заболевания, мутация, резистентность к лекарствам

Краткое содержание

Развитие резистентности к антимикробным препаратам у многих бактериальных патогенов делает традиционную терапию неэффективной, а это, в свою очередь, приводит к тому, что лечение инфекций становится более сложным и зачастую более дорогим. В развитии и распространении резистентности играют роль три фактора: мутации в обычных генах, приводящие к расширению спектра резистентности, передача резистентности генов от одних микроорганизмов к другим и усиление селективного давления условий среды в больницах и за их пределами, что приводит к активизации процесса развития резистентных организмов. Некоторые новые механизмы резистентности с трудом поддаются обнаружению лабораторными методами. Таким образом, резистентные микроорганизмы могут оставаться необнаруженными до тех пор, пока не распространятся в больнице весьма широко. Проблема для фармацевтов, микробиологов и терапевтов состоит не только в том, чтобы сдерживать распространение уже существующих резистентных организмов, но и в том, чтобы предотвращать появление новых, а это требует рационального, осторожного использования антимикробных препаратов.

Введение

Более 50 лет назад Е. Abraham и Е. Chain [ 1 ] сообщили о наличии пенициллазы у Bacterium coli, микроорганизма, известного в настоящее время как Escherichia coli, a W. Kirby [2] - о присутствии фермента подобного типа у Staphylococcus aureus. Эти два сообщения положили начало изучению множества вариантов проявления резистентности микроорганизмов к антимикробным препаратам. В 70-х годах появилось много публикаций о мультирезистентных микроорганизмах, как грамположительных, так и грамотрицательных [З]. Но только в последние годы появилась группа микроорганизмов, резистентных ко всем известным антимикробным препаратам [4, 5]. Сейчас мы встречаемся с инфекциями, вызванными некоторыми штаммами энтерококков, акинетобактерией и Pseudomonas aeruginosa, которые не поддаются лечению. Как возникла такая ситуация?

Факторы, обусловливающие развитие и распространение резистентности

Можно выделить три фактора, участвующих в развитии и распространении резистентности к антимикробным препаратам. Во-первых, едва различимые мутации в обычных резистентных генах расширяют спектр активности кодируемых ими белков. Во-вторых, происходит обмен генетического материала между микроорганизмами, в результате чего обычные гены перемещаются из своего источника в новые клетки. Наконец, усилившееся селективное давление в больницах и за их пределами активизирует образование новых резистентных организмов.

Мутации в обычных генах

ТЕМ b-лактамаза (получившая свое название по инициалам первого пациента, у которого была документирована инфекция ампициллинрезистентным штаммом Е. coli) опосредует резистентность к ампициллину и цефалоспоринам первого поколения более чем у 70% ампициллинрезистентных Е. coli и менее часто встречается у других представителей Enterobacteriaceae [6].
Этот энзим в норме не способен опосредовать резистентность к цефалоспоринам широкого спектра действия, таким как цефтазидим (цефадим, фортум, тазицеф), цефотаксим (клафоран, клафотаксим) и цефтриаксон (лендацин, офрамакс, роцепин), или монобактамам, таким как азтреонам (азактам) [7].
Однако замена одной, двух или трех аминокислот в белковой последовательности ТЕМ b-лактамазы в активных участках или около них изменяет структуру энзима таким образом, что другие антимикробные препараты могут теперь быть захвачены активными участками и подвергнуты гидролизу [7 - 9]. Сходная ситуация возникает при изменениях в SHV-1 [3-лактамазе (так называемый сульфгидрильный вариант |3лактамазы), имеющейся у Klebsiella pneumoniae: едва уловимые изменения в последовательности аминокислот также могут приводить к расширению спектра резистентности, опосредуемой энзимом, через усиление гидролиза цефалоспорина [8]. К. pneumoniae, несущие (b-лактамазу расширенного спектра действия, вызывают как эндемические, так и эпидемические заболевания [10, 11].

Обмен генетического материала

Хотя способность микроорганизмов обмениваться ДНК посредством трансформации, трансдукции и конъюгации известна уже в течение нескольких десятилетий, масштабы этого процесса мы начинаем осознавать только сейчас [12]. Установлено, что обмен происходит даже между грамположительными и грамотрицательными микроорганизмами [13, 14]. Особый интерес представляет механизм обмена между стафилококками и энтерококками. Уже известно, что гены, кодирующие продукцию (b-лактамазы [15] и обусловливающие резистентность к гентамицину (гарамицин) [16], перешли от стафилококков в энтерококки.
Очень важно, будет ли происходить передача генов, обусловливающих резистентность к ванкомицину (ванкоцин) (van-генов по генетической номенклатуре), от энтерококков стафилококкам, в особенности S. aureus, in vivo, как это уже было показано in vitro [17]. Это привело бы к образованю нескольких метициллинрезистентных штаммов S. aureus, уничтожение которых было бы практически невозможным. Большую тревогу вызывает также изоляция штаммов Shigella dysenteriae [18] и Vibrio cholerae [19], резистентных ко всем антимикробным препаратам первой линии, и в случае S. dysenterae - ко всем антибиотикам, кроме ципрофлоксацина. Такие штаммы все чаще выявляются в африканских странах, особенно в Бурунди. Поскольку оба микроорганизма могут вызывать широкомасштабные вспышки заболеваний, резистентность становится явной угрозой для общественного здоровья.

Селективное давление

Мутации, повышающие резистентность микроорганизма к антимикробным препаратам, свойственны бактериям. Эти мутации могут представлять собой изменения проницаемости мембраны или альтерацию участков-мишеней для антибиотиков [4, 5]. Выживет и размножится ли штамм, подвергшийся мутации, в значительной степени зависит от селективного давления, действующего на него. Это справедливо и в отношении организмов, получивших новую ДНК в процессе генетического обмена. При использовании больших количеств антимикробных препаратов или если для уничтожения инфекции, например Mycobacterium tuberculosis [20], назначают неадекватные дозы лекарств,

штаммы, приобретшие мутации или экстрахромосомальную ДНК, обусловливающие резистентность, будут размножаться. Больницы принято считать своего рода "питомниками" и основными резервуарами резистентных микроорганизмов [21]; однако в последнее десятилетие ситуация начала меняться.
Применение антимикробных препаратов в кормах для животных [22], в рыбном хозяйстве и в дневных центрах по оказанию помощи привело к появлению новых источников резистентных микроорганизмов. Мы начинаем лучше понимать взаимоотношения между микроорганизмами, вызывающими заболевания животных и человека [22]. Так, когда квинолоны начали использовать в ветеринарии, штаммы Campylobacter jejuni, резистентные к квинолонам, появились не только у животных, но и у человека [24]. Сходные проблемы с повышением резистентности к флуороквинолонам возникли в Испании [25] и Финляндии [26]. Таким образом, призыв к осторожному использованию антимикробных препаратов распространяется не только на здравоохранение, но и на ветеринарию, сельскохозяйственное производство и животноводство.

Развитие резистентности у пневмококков: комбинация факторов Одним из лучших примеров того, как могут возни кать резистентные микроорганизмы, является то, что произошло со Streptococcus pneumoniae [27]. Только в США этот микроорганизм вызывает более 6 млн случаев среднего отита, 0,5 млн случаев пневмонии и 6000 случаев менингита ежегодно [23]. В недавних исследованиях, проведенных Центром по контролю и предупреждению заболеваний, 61% пневмококков, выделенных от детей из однодневного центра медицинской помощи в Кентукки и 29% - в Тенесси, были резистентными к пенициллину [28]. Успех мультирезистентного штамма серотипа 23F, который стал известен под названием испанского клона [29, 30], понастоящему тревожит. Этот клон вначале проявлял высокую резистентность к пенициллину, тетрациклину, хлорамфениколу (берлицитин) и триметопримсульфаметоксазолу (бактрим, бисептол), в настоящее время резистентен также к эритромицину [31] и цефотаксиму [32]. Резистентность пневмококков к цефалоспоринам широкого спектра действия, таким как цефотаксим и цефтриаксон, становится важнейшей проблемой для педиатров [33]. К сожалению, мы не располагаем результатами исследований, которые позволили бы определить масштаб или значение этой проблемы во всем мире. Однако высокий уровень резистентности к пенициллину во многих регионах мира [27] позволяет предполагать, что это, вероятно, станет значительной проблемой в будущем.

Обнаружение резистентности лабораторными методами

Данные, накапливающиеся в последнее время, свидетельствует о том, что многие новые механизмы резистентности трудно выявить в клинической лаборатории. Низкий уровень резистентности к ванкомицину, например опосредованный vanB, часто трудно обнаружить, особенно при использовании автоматизированных методов [34]. Также вызывает трудности выявление расширенного спектра активности b-лактамазы в К. pneumoniae [35]. Клинические лаборатории обязательно должны учитывать возникающие проблемы, связанные с антимикробной резистентностью, и располагать адекватными методами тестирования, позволяющими обнаруживать новые механизмы резистентности.

Успех и поражение антибиотиков

Число новых антибактериальных препаратов,

разрабатываемых или проходящих клинические испытания, в США невелико [36]. Поэтому мы не можем ожидать, что они займут место тех средств, от которых пришлось отказаться по причине резистентности. Напротив, мы должны сделать максимально эффективным использование тех препаратов, которыми мы располагаем. История флуороквинолов представляет собой наглядный пример неправильного использования. В 80-х годах считалось, что новые антимикробные препараты флуороквинолоны помогут решить многие проблемы, связанные с лечением инфекционных заболеваний [37]. Тем не менее быстро обнаружилась потеря эффективности против S.aureus [38]. Имело место неправомерное назначение ципрофлоксацина (ципробай, ципринол, ципран) при ряде заболеваний, среди которых были и неинфекционные [39]. Флуороквинолоны остаются единственными препаратами, эффективными против мультирезистентной Shigella, обнаруженной в Бурунди [18], хотя минимальные концентрации, необходимые для подавления микроорганизма, растут. Эти препараты сохраняют активность против большинства мультирезистентных штаммов Salmonella [40]. Как бы то ни было, использование флуороквинолонов в животноводстве, которое оказывает сильнейшее селективное давление в отношении резистентности, может привести к тому, что эти препараты станут неэффективными, как уже указывали Н. Endtz и соавт.
[24]. Осторожное использование в больницах антимикробных препаратов, включая ванкомицин, является крайне необходимым для сохранения эффективности этих и других лекарств. Мультирезистентность, наблюдаемая у бактерий, свидетельствует о том, что при отборе в направлении резистентности к одному препарату происходит отбор по резистентности ко многим лекарствам. Резистентность продолжает распространяться не только среди внутрибольничных патогенов, но и среди некоторых видов микроорганизмов, заражение которыми происходит при обычных социальных контактах. Контролировать использование антибиотиков в больницах трудно, но все же этого добиться легче, чем контроля в других общественных сферах. И то, и другое совершенно необходимо, если нам все же придется столкнуться с проблемой резистентности и преодолевать ее.

Литература:

1 Abraham Ep, Chain E. An enzyme from bacteria able to destroy penicillin. Nature 1940:146:837-9.

2 Kirby WMM. Extraction of a highly potent penicillin inactivator from penicillin resistant staphylococci. Science 1944:99:452-5.
3 Tenover FC. Novel and emerging mechanisms of antimicrobial resistance in nosocomial pathogens. Am J Med 1991;91(suppl B):76S-81S.
4 Neu HC. The crisis in antibiotic resistance. Science 1992;257:1064-73.
5 Murray BM. New aspects of antimicrobial resistance and the resulting therapeutic dillemas. J Infect Dis 1991;163:1185-94.
6 Roy С, Segura С, Tirado M, Reig R, Hermida M, Teruel D, et al. Frequency of plasmid-determined betalactamases in 680 consecutively isolated strains of Enterobacteriaceae. EurJ Clin Microbiol 1985;4:146 7.
7 Phillipon A, Labia R, Jacoby G. Extendedspectrum I-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 1989;33:1131-6.
8 Jacoby G, Medeiros AA. More extended spectrum beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 1991;35:1697-1704.
9 Sougakoff W, Goussard S, Gerbaud G, Courvalin P. Plasmidmediated resistance to third generation cephalosporins caused by point mutations in TEM-type penicillinase genes. Rev Infect Dis 1988;10:879-84.
10 Meyer KS, Urban C, Eagan JA, Berger BJ, Rahal JJ. Nosocomial outbreak ofKlebsiella infection resistant to late-generation cephalosporins. Ann Intern Med 1993;! 19:353-8.
11 Smith CE, Tilman s, Howell AW, Longfield RN, Jorgensen JH. Failure of ceftazimidine-amikacin therapy for bacteremia and meningitis due to Klebsiella pneumoniae producing an extended spectrum I-lactamase. Antimicrob Agents Chemother 1990;34:1290-3.
12 DeFlaun MF, Levy SB. Genes and their varied hosts. In: Levy SB, Miller RV, editors. Gene transfer in the environment. New York: McGraw Hill Publishing, 1991:1-32.
13 Arthur M, Andremont A, Courvalin P. Distribution of erythromycin esterase and rRNA methylase genes in members of the family Enterobacteriaeceae highly resistant to erythromycin. Antimicrob Agents Chemother 1987;31:404-9.
14 Trieu-Cuot P, Gerbaud G, Lambert T, Courvalin P. In vivo transfer of genetic information between Gramnegative and Gram-positive bacteria. EMBO J 1985;4:3583-7.
15 Murray BE, Mederski-Samoraj B, Foster SK, Brunton JL, Harford P. In vitro studies of plasmidmediated penicillinase from Streptococcus faecalis suggest a staphylococcal origin. J Clin Invest 1986;77:289-93.
16 Collatz E, Carlier C, Courvalin P. The chromosomal 3'5"-aminoglycoside phosphotransferase in Streptococcus pneumoniae is closely related to its plasmid-coded homologs in Streptococcus faecalis and Staphylococcus aureus. J bacteriol 1983; 156:1373-7.
17 Noble WC, Virani Z, Cree RGA. Co-transfer of vancomycin and other resistance genes from Enterococcus faecalis NCTC 12201 to Staphylococcus aureus. FEMS Microbiol Lett 1992; 93:195-8.
18 Ries AA, Wells JG, Olivola D, Ntakibirora M, Nyandwi S, Ntibakivayo M, et al. Epidemic Shigella dysenteriae type I in Burundi: pan-resistance and implications for prevention. J Infect Dis. In press.
19 Weber JT, Mintz ED, Canizares R, Semiglia A, Gomez I, Sempertegui R, et al. Epidemic cholera in Ecuador: multi-drug-resistance and transmission by water and seafood. Epidemiol Infect 1994;! 12:1-11.
20 Ediin BR, Tokars JI, Grieco MH, Crawford JT, Williams J, Sordillo EM, et al. An outbreak of multidrug resistant tuberculosis among hospitalized patients with acquired immunodeficiency syndrome. N EnglJMed 1992;326:1514-21.

Опубликовано с разрешения администрации Русского Медицинского Журнала.