Методы определения чувствительности, устойчивости и толерантности микроорганизмов к антибиотикам и химиотерапевтическим препаратам

Антибиотики - это продуцируемые живыми организмами вещества, способные избирательно убивать микроорганизмы или подавлять их рост и размножение. В промышленных масштабах антибиотики получают путем биосинтеза микроорганизмами-продуцентами и полусинтетические, модифицируя химическим путем молекулы природных антибиотиков. Знание химического строения природных антибиотиков позволяет получать некоторые из них, например хлорамфеникол (левомицетии), путем химического синтеза. Антибактериальную активность антибиотиков выражают в единицах действия (ED). Для большинства антибиотиков 1 ED соответствует 1 мкг химически чистого препарата. Исключение составляют пенициллин (1 ЕD=0,6 мкг), нистатин (1 ЕD=0,333мкг), полимиксин В (1 ED=0,1 мкг), для которых сохранены единицы действия, установленные на эталонных тест-микробах до получения химически чистых препаратов этих антибиотиков.

Каждый антибиотик имеет определенный антимикробный спектр действия, соответствующий числу чувствительных к нему видов микроорганизмов. Условно различают антибиотики широкого и узкого спектра действия. Различия в диапазоне спектра определяются особенностями механизма действия антибиотиков. По типу подавляющего действия антибиотики распределяются на

· бактериостатические (подавляют рост и размножение микробов)

· бактерицидные (вызывают гибель микроорганизмов).

Только антибиотики бактерицидной группы убивают микроорганизмы в организме человека.

В современный период широкого и интенсивного применения антибиотиков резко возросла циркуляция микроорганизмов с приобретенной антибиотикорезистентностью. Формирование приобретенной антибиотикоустойчивости происходит путем селекции антибиотиками спонтанных антибиотикоустойчивых мутантов бактерий, а также путем распространения R-плазмид среди популяций микроорганизмов. В отличие от хромосомных генов антибиотикорезистентности, плазмидные гены контролируют преимущественно множественную устойчивость к антибиотикам, реализуемую путем синтеза ферментов, разрушающих антибиотики. Циркуляция антибиотикорезистентных микроорганизмов в современный период столь широка, что только точное определение чувствительности к антибиотикам каждого конкретного возбудителя инфекции может обеспечить правильный выбор препарата для химиотерапии.

Все многообразие механизмов устойчивости к АБП можно объединить в несколько групп.

1. Модификация чувствительной мишени. Структура любого компонента живой клетки подвержена изменчивости в результате естественных мутаций в кодирующих его генах, что является фундаментальной основой эволюционного процесса. Часть таких мутаций не оказывает влияния на функции (немые), другие приводят к утрате функциональной активности (летальные), но некоторые проявляются в снижении (или утрате) способности к связыванию с АБП при сохранении функциональной активности.

2. Инактивация АБП. Существуют две основные теории происхождения антибиотиков как биологически активных веществ. Согласно одной из них АБП изначально выполняли функцию эффекторных молекул в конкурентной борьбе микроорганизмов за питательный субстрат. По другой – на ранних этапах эволюции антибиотики выполняли регуляторные функции, которые затем были полностью или частично утрачены. Однако обе теории предполагают, что одновременно с появлением антибиотиков должны были появиться и механизмы их инактивации. Если микроорганизм продуцирует антибиотик для конкурентной борьбы, то должен быть механизм защиты продуцента от действия собственного антибиотика, после выполнения своей функции инактивироваться должна и каждая регуляторная молекула. С практической точки зрения важно то, что механизмы инактивации антибиотиков существовали задолго до начала их использования человеком в сугубо утилитарных целях. В отличие от антибиотиков (веществ природного происхождения) химиотерапевтические препараты микробной клеткой, как правило, не инактивируются.

3. Активное выведение АБП из микробной клетки (эффлюкс). Этот механизм в отношении тетрациклиновых антибиотиков был известен достаточно давно, однако в последнее время интенсивно накапливаются данные о роли этого механизма в устойчивости микроорганизмов к АБП других групп. У микроорганизмов обнаружены сложные транспортные системы белковой природы, осуществляющие выведение из внутренней среды микробной клетки целых классов химических веществ, первичная функция этих транспортных систем (как и их специфичность) полностью не ясна.

4. Нарушение проницаемости внешних структур микробной клетки. Практически все мишени действия антибиотиков локализованы либо в цитоплазматической мембране микробной клетки, либо в более глубоких цитоплазматических структурах. Для того, чтобы достичь чувствительной мишени, АБП должен преодолеть внешние структуры микробной клетки. Основным препятствием для АБП является липополисахаридный слой грамотрицательных микроорганизмов, пассивно диффундировать через который в силу своей гидрофильности молекулы большинства АБП не способны. Транспорт АБП внутрь микробной клетки осуществляется через пориновые каналы белковой природы, которые являются естественным путем для поступления питательных веществ внутрь микроорганизма и выведения продуктов метаболизма. Структура пориновых каналов подвержена естественной изменчивости, и в некоторых ситуациях они становятся менее проницаемыми для крупных молекул. Описанный механизм резистентности не специфичен и, как правило, затрагивает АБП различных классов.

5. Формирование метаболического "шунта" – обходного пути метаболизма.

Поскольку каждому из известных механизмов резистентности соответствует один или несколько генов, то для практики крайне важно знать их локализацию (на бактериальной хромосоме или на подвижных генетических элементах – плазмидах). В том случае, когда генетические детерминанты резистентности локализованы на плазмидах, возможно их быстрое внутривидовое и межвидовое распространение. Поскольку во многих случаях обмен генетической информацией между микроорганизмами происходит весьма интенсивно, бороться с таким распространением устойчивости крайне трудно, если вообще возможно. Для широкого распространения устойчивости достаточно даже незначительного селективного прессинга АБП. Если же детерминанты резистентности локализованы на хромосоме, то распространение резистентности происходит преимущественно по клональному типу, на фоне мощного селективного прессинга АБП. В отсутствие селективного прессинга резистентные клоны, как правило, бывают вытеснены чувствительными. При клональном типе распространения устойчивости значительно легче выявить источник резистентных штаммов, конкретные механизмы их передачи и, соответственно, спланировать и осуществить противоэпидемические мероприятия.