Эффлюкс механизм и гены резистентности к тетрациклину у бактерий

В 1945 году впервые был выделен антибиотик хлортетрациклин из культуральной жидкости лучистого гриба Streptomyces aureofaciens. В 1948 году препарат начали использовать в клинической практике, а в 1952 году химическим путём, посредством восстановительного дегалоидирования хлортетрациклина, был получен полусинтетический антибиотик тетрациклин [1].

Тетрациклины проникают в бактериальные клетки путем пассивной диффузии. Тетрациклин действует путем связывания с 30S рибосомальной субъединицей, приводя к ингибированию синтеза белка. Гены, определяющие устойчивость к тетрациклину у грамотрицательных бактерий, часто обнаруживаются на транспозоне Tn10, передаваемом между ними крупными конъюгативными плазмидами [2].

Спустя год после получения тетрациклина, в 1953 году были выделены бактерии резистентные к этому антибиотику [1].

Несмотря на большую клиническую устойчивость, тетрациклины по-прежнему остаются важными препаратами для лечения различных инфекций    человека,     вызванных    грамотрицательными    и грамположительными бактериями, наряду с атипичными патогенами, включая микоплазмы, нематоды и паразитических простейших [3].

Механизм и гены антибиотикорезистентности к тетрациклину

В настоящий момент известно 46 различных генов резистентности к тетрациклину [4]. Большинство генов tet кодируют один из двух механизмов резистентности к тетрациклинам: либо отток антибиотика, либо рибосомную защиту. Рибосомная защита включает синтез белка, подобный фактору элонгации G. Он взаимодействует с рибосомой, не препятствуя синтезу белка, но и не давая тетрациклину ингибировать этот синтез [2].

Эффлюкс насосы и рибосомные защитные белки являются наиболее распространёнными типами клинической резистентности к тетрациклину и обнаруживаются у большинства патогенных бактерий человека [5].

Эффлюкс насосы являются наиболее часто встречаемы среди грамотрицательных бактерий, а рибосомные защитные механизмы устойчивости более распространены у грамположительных бактерий [6].

Эффлюкс гены грамотрицательных бактерий часто ассоциируются с конъюгативными плазмидами (гены tetA–tetE, tetG и tetH ), в то время как у грамположительных бактерий эти гены часто обнаруживают на небольших мобилизуемых плазмидах с молекулярной массой 2,7 и 2,8 МДа или хромосоме (гены tetK и tetL ). У грамположительных микроорганизмов резистентность к тетрациклину обычно ассоциируется с плазмидами [2].

Эффлюкс насосы подразделяются на 5 суперсемейств:

• 1.    ABC (ATP binding cassette);

• 2.    SMR (the Small Multidrug Resistance);

• 3.    MFS (the Мajor Facilitator Superfamily);

• 4.    RND (Resistance Nodulation Division);

• 5.    MATE (the Multidrug And Toxic compound Extrusion).

Они различаются по аминокислотной последовательности, энергетическим ресурсам, затрачиваемым на экспорт антибиотика, и по субстратной специфичности [7].

К эффлюкс генам выводящим тетрациклины из бактериальных клеток относятся: otrB, otrC, tcr3, tetA, tetA(P), tetB, tetC, tetD, tetE, tetG, tetH, tetI, tetJ, tetK, tetL, tetV, tetY, tetZ, tet(30), tet(31), tet(33), tet(35), tet(38), tet(39), tet(40), tet(41), tet(42) [3, 5].

Большинство эффлюкс генов tet кодирует приблизительно 46 кДа эффлюкс белков, которые связанны с мембранной клетки [1].

Гены резистентности к тетрациклину, кодирующие эффлюкс насосы, принадлежат к суперсемейству MFS. Эффлюкс насосы разделяют на 28 классов, присутствующих в бактериях, они делятся на семь групп, которые основаны на гомологии последовательностей. Самая большая группа -первая, содержащая 12 трансмембранных спиралей. Она включает в себя следующие гены: tetA, tetB, tetC, tetD, tetE, tetG, tetH, tetZ, tetl и tet30 [3].

Все гены tet ответственные за эффлюкс, кодируют мембранноассоциированные белки, которые экспортируют тетрациклин из клетки. Выведение тетрациклина и клетки снижает внутриклеточную концентрацию препарата и, таким образом, защищает рибосомы (рис. 1)

Клеточная мембрана

Рис. 1. Эффлюкс механизм резистентности к тетрациклину [5].

tef(K) fef(Y) tef(L) fef(Z) ?еИ(Р) fef(31) tef(V) te«33)

tef(35)

fef(38)

/ef(39) fef(40)

fe/(41) tef(42) tor(3) otrtC)

В 2007 году ученые изучили встречаемость генов устойчивости к тетрациклину среди кишечной палочки, выделенной от пациентов, и обнаружили, что гены tetA и tetB имели наибольшую частоту встречаемости среди изученных детерминант [8].

В 2016 году Sahar Nouri Gharajalar и Vahideh Hamidi Sofiani провели исследования по изучению распространенности детерминант устойчивости к тетрациклину у кишечной палочки, выделенных из мочи пациентов. Из 50 протестированных изолятов кишечной палочки устойчивость к тетрациклину была выявлена у 62% штаммов. ПЦР-анализ показал, что 36% изолятов содержали ген tetB и 32% бактерий содержали ген tetA. Среди всех изолятов распространенность генов tetG, tetZ, tetC, tetE, tetH и tetD составила 16%, 14%, 12%, 12%, 11% и 8% соответственно [9].

Заключение

Бактериальная резистентность к тетрациклину вследствие приобретения новых генов и / или мутации существующих уже генов увеличилась в течение последних 30 лет. Окружающая среда, несомненно, является важным резервуаром для генов устойчивости. Приобретенные бактериями гены часто связаны с мобильными элементами, которые обеспечивают распространение этих генов в различных бактериальных популяциях и экосистемах.

Если общее использование тетрациклинов, и всех антибиотиков в целом, не изменится, то это может привести к снижению эффективности современных методов лечения.