Антибіотики використовуються в клінічній практиці більше 70 років. Завдяки їх застосуванню було врятовано мільйони людей. Незважаючи на це, і сьогодні в XXI столітті смертність від інфекційних захворювань залишається високою. Причиною цьому є розвиток стійкості (резистентності) до антибіотиків.

Резистентність до антибіотиків буває:

• Природня.
  Коли в мікроорганізмі відсутня мішень для дії антибіотика або вона недоступна.
  Приклади:
  – Β-лактамні антибіотики не діють на мікоплазми. Мішенню β-лактамів є ферменти локалізовані в стінках бактеріальних клітин, які відсутні у мікоплазм (у них немає клітинних стінок). Тому Mycoplasma spp. має природню стійкість до β-лактамів;
  – У більшості грамнегативних бактерій клітинна стінка непроникна для макролідів, тому вони мають природню стійкість до цього класу антибіотиків.
• Набута.
  Ця стійкість розвивається внаслідок мутацій мікроорганізмів або при передачі генів від резистентних бактерій до чутливих бактерій.

Мутації бактеріальних клітин призводять до спонтанної появи резистентних бактеріальних клітин. При застосуванні антибіотиків відбувається знищення чутливих бактеріальних клітин і розмноження стійких бактерій. Внаслідок цього може утворитися популяція, яка складається цілком з резистентних мікроорганізмів.

Основним джерелом генетичної інформації в бактеріальній клітині є хромосома, яка в більшості випадків утворена єдиною замкнутою циркуляторною молекулою ДНК. Гени, які в ній містяться забезпечують життєдіяльність бактерії практично в будь-яких обставин.

У той же час, в багатьох (можливо, що і у всіх) бактеріях є додаткові молекули ДНК, що отримали назву плазмід. За розміром вони менші хромосомної ДНК, не пов’язані з нею і зазвичай відтворюються окремо від неї. Гени, які переносяться плазмідами, найчастіше не є життєво необхідними для виживання бактерій в звичайних умовах, але можуть надавати клітинам-носіям переваги в боротьбі за існування в деяких особливих обставинах.

Корисні властивості, які передаються плазмідами, включають в себе:

• Фертильність: здатність до кон’югації і передачі генетичної інформації іншим бактеріям;
• Резистентність до антибіотиків: більшість випадків стійкості до антибіотиків, які зустрічаються в клінічних умовах, викликаються плазмідами;
• Здатність до вироблення бактеріоцинів – білків, що інгібують інші бактерії, які є екологічними конкурентами даного мікроорганізму;
• Вироблення токсинів;
• Імунітет до деяких бактеріофагів;
• Здатність використовувати незвичайні цукри та інші субстрати в якості продуктів харчування.

Плазміди розрізняються за своїми розмірами, складом і сумісності. Сумісні плазміди можуть співіснувати в одній і тій же бактерії-хазяїні, у той час як несумісні – ні.

Третім джерелом генетичної інформації в бактеріальній клітині є бактеріофаги (або просто – фаги). Бактеріофаги – це віруси, які заражають бактерії. Більшість фагів здатні атакувати порівняно невелике число штамів певних бактерій, тобто має вузьке і дуже специфічне коло потенційних жертв.

Розрізняють дві основні групи фагів:

• Вірулентні фаги, які неминуче знищують будь-яку інфіковану ними бактерію, в результаті з кожної лізованої клітини вивільняється ряд нових частинок фагів;
• Помірні (лізогенетичні) фаги, які можуть або лізувати, або лізогенізувати інфіковані бактеріальні клітини.
  При лізогенії геноми бактерій і помірного фага співіснують у вигляді єдиної хромосоми, в якій ДНК хромосоми бактерії  і передається у спадок дочірнім клітинам. Такий «сплячий» фаг отримав назву профага.
  Тим не менш, на цій стадії деякі гени профага можуть експресуватися і надавати нові властивості (зокрема, резистентність до антибіотиків) клітини-господаря. На певному етапі (під час одного з кожних кілька тисяч поділів бактерії) профаг вступає в літичний цикл з подальшим руйнуванням бактерії-господаря і вивільненням нових фагових частинок у навколишнє середовище.

Передача генів, що кодують резистентність, від резистентних бактерій до чутливих мікроорганізмів, є більш ефективним механізмом придбання резистентності.

Така передача здійснюється трьома шляхами:

• При трансформації вільна ДНК загиблої антибіотикорезистентної бактеріальної клітини захоплюється з навколишнього середовища антибіотікочутливою бактерією-реципієнтом;
• Трансдукція включає в себе випадкову інкорпорацію бактеріальної ДНК частинкою бактеріофага під час літичного циклу фага. При цьому ДНК може бути як хромосомною, так і плазмідною. У подальшому частинка фага переносить бактеріальну ДНК в наступну клітину, яка вона інфікує;
• Коньюгація припускає фізичний контакт між двома бактеріями.
  У той час, коли два мікроорганізма прикріплюються один до одного, відбувається одностороння передача ДНК від клітини-донора клітині реципієнту. Здатність до кон’югації залежить від відповідних плазмід або транспозонів в клітині-донорі.

Наявність перерахованих механізмів передачі генетичної інформації означає, що не тільки мутації і селекція визначають еволюцію бактерій. Наприклад, раніше чутлива до антибіотиків бактерія може при кон’югації придбати плазміду, що містить гени, що кодують резистентність до декількох різних антибіотиків. У результаті протягом короткого проміжку часу в даній екологічній ніші може сформуватися пул полірезистентних мікроорганізмів.

Основні механізми, за допомогою яких розвивається набута стійкість до антибіотиків:

• Руйнування або модифікація антибіотика;
• Змінення мішені для дії антибіотика;
• Зменшення проникності клітинної стінки для антибіотика;
• Активне виведення антибіотика з бактеріальної клітини;
• Створюеться новий метаболічний шлях, на який не впливає антибіотик.

Найбільш важливим з цих механізмів є руйнування антибіотика бактеріальними клітинами (мікроорганізми здатні виділяти ферменти, які руйнують антибіотик). Приклад цьому служить розвиток резистентності до β-лактамних антибіотиків, які широко застосовуються в клінічній практиці.

Бактеріальні ферменти, що руйнують β-лактамазні антибіотики, отримали назву β-лактамаз. У зв’язку зі здатністю гідролізу тих чи інших β-лактамних антибіотиків розрізняють пеніцилінази, цефолоспорінази, карбапенемази і т. д.

Якщо гени, що кодують вироблення β-лактамаз, знаходяться в хромосомах, то починають поширюватися резистентні клони бактерій.

Плазмідна локалізація генів, що кодують вироблення β-лактамаз, обумовлює швидке внутрішнє і міжвидове поширення резистентності.

Практично всі грамнегативні бактерії виробляють β-лактамази (гени локалізуються в хромосомах). Виробленні плазмідами β-лактамази широко поширені не тільки серед грамнегативних мікроорганізмів, але й у стафілококів.

Синтезовані бактеріями β-лактамази можуть бути чутливими і нечутливими до інгібіторів β-лактамаз. Інгібітори β-лактамаз це речовини, які зв’язуються з β-лактамазами і пригнічують їх активність.

Плазмідні β-лактамази грамнегативних бактерій чутливі до інгібіторів, а хромосомні, – як правило ні. Деякі хромосомні β-лактамази грамнегативних бактерій ефективно гідролізують практично всі β-лактамні антибіотики, включаючи карбапенеми.

Також бактеріальні клітини можуть виділяти ферменти, які модифікують антибіотик. У результаті цього антибіотик втрачає можливість зв’язуватися зі своїми мішенями в бактеріальній клітині і втрачає свою ефективність. Прикладом служить розвиток резистентності до аміноглікозидів у грамнегативних бактерій родини Enterobacteriacea, коли антибіотики інактивуються в результаті ацетилювання, аденілірування або фосфорилювання.

Резистентність може розвиватися, коли змінюється мішень для дії антибіотика. Прикладом цього виду стійкості може бути резистентність S.pneumoniae до пеніциліну.

Існує механізм резистентності, коли антибіотик активно видаляється (викачується) з клітини за допомогою насосів. Прикладом служить придбання стійкості до тетрацикліну. Тетрацикліни, потрапляючи всередину клітини, виганяються з неї назовні і не встигають зв’язатися зі своїми мішенями (рибосомами).

Класичним зразком резистентності, викликаних дією подібних насосів, є перехресна стійкість деяких штамів Pseudomonas auruginosa до β-лактамів, фторхинолонів, тетрациклінів і хлорамфеніколу.
Довгий час це приписувалось порушенням проникності бактерій для цих антимікробних препаратів. В даний час встановлено, що вона пов’язана з оператором MexAmexBopr M, що кодує систему вигнання зазначених антибіотиків з мікробної клітини. Якщо інактивувати цю систему, то синьогнійна паличка стає високочутлива до всіх перелічених препаратів.

Резистентність може розвиватися при порушенні проникності бактерій для антибіотиків. Наприклад β-лактамні антибіотики проникають в грам негативні бактерії через пори за допомогою дифузії. Зменшення числа або радіуса пор призводить до зниження чутливості бактерій до цих антибіотиків.

Також резистентність може виникнути, якщо у бактерій сформується новий метаболічний шлях, на який не впливає антибіотик. Наприклад, S. аureus здатний утворити додатковий білок, який повноцінно синтезує клітинну стінку стафілокока і викликає стійкість до антистафілококових пеніцилінів (оксациліну і метициліну ), і до всіх β-лактамних антибіотиків.

Описані механізми аж ніяк не вичерпують тему придбання та передачі антибіотикорезистентності. Вони дають лише деяке уявлення про здатність світу мікробів пристосовуватися до нових умов зовнішнього середовища і, насамперед, – до застосування антибіотиків.

Рекомендації щодо застосування антибактеріальної терапії для різних інфекцій спираються на результатах мікробіологічних досліджень. Такі дослідження дають можливість відслідковувати чутливість антибіотиків до ключових збудників захворювання, відстежувати динаміку зміни чутливості, вносити корективи в стандарти лікування.

На практиці розрізняють резистентність збудників позалікарняних і госпітальних інфекцій. При невеликому рівні резистентності ефективність антибактеріальної терапії не знижується. Однак лікування стає неефективним при перевищенні певного порогового рівня. Для позалікарняних пневмококів пороговий рівень приблизно 20-30% резистентних штамів.

Для госпітальних збудників, в результаті більш широкого застосування антибіотиків, формуються високорезистентні штами, які нерідко стійкі до антибіотиків декількох класів.

Вираженість і характер резистентності залежить від профілю відділення і традицій використання антибіотиків у конкретному відділенні лікарні. При цьому резистентність буде відрізнятися не тільки в різних стаціонарах, але й у різних відділеннях однієї і тієї ж лікарні.
Тому вироблення універсальних рекомендацій по терапії госпітальних інфекцій навряд чи можлива і повинна будуватися з урахуванням мікробіологічного моніторингу за ситуацією, що склалася в конкретному відділенні.

Поширенню резистентних бактерій в основному сприяє неадекватне застосування антибіотиків у медицині.

Неадекватне використання антибіотиків може бути пов’язане як:

• З дією лікаря. Призначення цих медикаментів при вірусних інфекціях і гіпертермічних станах неінфекційної природи, нераціональна антибіотикотерапія (по тривалості, дозуванні, кратності введення, вибору конкретного препарату і т. д.).
• З дією пацієнта (недотримання повного курсу антибіотикотерапії, самолікування залишками не застосованих ліків і т.д.).

Однак антибіотики використовують не тільки в медицині. Широке застосування вони знайшли в сільському господарстві та тваринництві, причому не тільки для лікування і профілактики інфекцій, але і в якості стимуляторів росту (тваринництво). В останньому випадку вони зазвичай призначаються в субтерапевтичних дозах. Безсумнівно, подібне застосування – пряма дорога до виникнення і розповсюдження резистентних бактерій.

Серйозну проблему представляє використання антибіотиків і в сільському господарстві при обробці антибіотиками великих площ зайнятих сільськогосподарськими рослинами із застосуванням авіації та інших технічних засобів. Подальше їх поширення відбувається як серед обслуговуючого персоналу, так і через харчовий ланцюг.

Складність і різноманіття механізмів стійкості бактерій до антибіотиків стимулювали розробку різних заходів щодо обмеження розповсюдження і подолання резистентності.

Перспективними підходами до подолання резистентності є:

• Захист відомих антибіотиків від руйнування ферментами бактерій або від видалення їх з бактеріальної клітини за допомогою мембранних насосів;
• Застосування інших антибіотиків обраної групи. Наприклад, рівень стійкості більшості збудників госпітальних інфекцій до гентаміцину в кілька разів вище, ніж до іншого аміноглікозида антибіотика – амікацину;
• Застосування комбінації антибіотиків;
• Проведення цільової і вузьконаправленої антибактеріальної терапії;
• Синтез нових сполук, що відносяться до відомих класів антибіотиків;
• Пошук принципово нових класів антибактеріальних препаратів.

Михайло Любко

 Література: Інфекції та антибіотики І. Г. Березняков. 2004 рік. Харків.