Микроорганизмы используют различные механизмы защиты от антимикробных ЛС, причем некоторые бактерии обладают несколькими механизмами защиты. Появлению и распространению резистентности микроорганизмов к антимикробным препаратам способствуют многие факторы. Например, появление в генах микробов случайных мутаций, которые могут изменять спектр активности бактериальных ферментов, расщепляющих антибиотики. Возможен также обмен генетическим материалом между клетками, то есть перенос генов от устойчивых к менее устойчивым или чувствительным микроорганизмам. Кроме того, происходит селекция новых резистентных штаммов под действием избирательного давления антибиотиков, связанного с бесконтрольностью их применения в разных сферах. Резистентность микробов к антибактериальным препаратам (АБП) может быть либо природной, либо приобретенной. Природная устойчивость является характерной чертой данного вида бактерий и связана с генетическими особенностями вида. У микроорганизмов отсутствует мишень для действия антибиотика или мишень недоступна из-за первично низкой проницаемости или ферментативной инактивации. Приобретенная резистентность - это свойство отдельных штаммов бактерий сохранять жизнеспособность при тех концентрациях антибиотиков, которые подавляют основную часть микробной популяции. Как правило, вторичная резистентность бактерий возникает в процессе лечения антибактериальными препаратами, и происходит это либо за счет возникновения мутаций хромосомной ДНК, модифицирующих имеющиеся белки бактерий, либо за счет трансформации, благодаря которой образуются мозаичные гены, либо путем горизонтального переноса генов устойчивости между отдельными бактериальными клетками. Развитию устойчивости способствует широкое применение антибиотиков в животноводстве, птицеводстве, рыбоводстве.
Известно несколько механизмов формирования устойчивости микроорганизмов к антимикробным препаратам:
инактивация антибиотика;
модификация мишени действия;
активное выведение антибиотика из микробной клетки (эффлюкс);
нарушение проницаемости внешних структур микробной клетки;
формирование метаболического «шунта». Наиболее распространенным механизмом устойчивости микроорганизмов к р-лактамам является их ферментативная инактивация в результате гидролиза р-лактамного кольца ферментами β-лактамазами, среди которых выделяют плазмидные и хромосомные р-лактамазы, подразделяемые, в свою очередь, на классы (А, В, С и Д). Примером инактивации антибиотиков является инактивация р-лактамов ферментами β-лактамазами, которые посредством гидролиза разрушают β-лактамное кольцо этих препаратов (известны стафилококковые β-лактамазы, β-лактамазы широкого спектра грамотрицательных бактерий, некоторые из которых способны разрушать ЦС III-IV поколений). Инактивация антибиотиков может осуществляться не только посредством гидролиза, но и за счет выработки грамположительными и грамотрицательными микроорганизмами ферментов, модифицирующих молекулы антимикробных препаратов. Такой вид резистентности характерен для аминогликозидов.
Уменьшение проницаемости внешних структур микробной клетки приводит к снижению концентрации антибиотика в клетке и его доступа к мишени. Например, возникающие мутации у таких микроорганизмов, как E. coli и P. aeruginosa, могут приводить к изменению структуры ЛПС внешней мембраны бактерий, делая ее недостаточно проницаемой для проникновения аминогликозидов внутрь этих микроорганизмов. Это может обусловить значительное повышение их устойчивости к действию антибиотиков.
Модификация мишени действия. Структура любого компонента микробной клетки подвержена изменчивости в результате мутаций в кодирующих его генах. Часть таких мутаций не оказывает влияния на ее функции, другие приводят к утрате функциональной активности (летальные), но некоторые проявляются в снижении (или утрате) способности к связыванию с антимикробными препаратами при сохранении функциональной активности. Модификация мишени действия - изменения структуры молекулы-мишени, с которой связывается антибиотик. Этот процесс является ведущим механизмом устойчивости к хинолонам/ фторхинолонам. Мишенями для воздействия этих препаратов в микробной клетке являются бактериальные ферменты ДНК-гираза и топоизомераза IV, участвующие в процессе репликации бактерий. На фоне действия фторхинолонов в результате селекции в генах микроорганизма возникают мутации, вызывающие изменение структуры их топоизомеразы и ДНК- гиразы, приводящие к снижению сродства хинолонов к этим ферментам; таким образом формируются устойчивые штаммы микроорганизмов. Основной мишенью действия макролидов, кетолидов и линкозамидов является 50S субъединица бактериальной рибосомы. У большинства бактерий модификация мишени осуществляется за счет мутаций, приводящих к метилированию их определенных субъединиц, что ведет к развитию устойчивости к указанным антибиотикам. Резистентность к гликопептидам обусловлена также модификацией мишени действия (эти препараты блокируют завершающую стадию синтеза пептидогликана). Активное выведение антибиотика из микробной клетки (эффлюкс) способны осуществлять различные транспортные системы бактерий. Специализированные белки образуют так называемые трансмембранные помпы, способные транспортировать различные токсичные вещества, ксенобиотики, в том числе и антибиотики большинства известных на данный момент классов, за исключением глико-пептидов, из внутриклеточного пространства во внешнюю среду. Например, этот вид резистентности к макролидам и линкозамидам демонстрируют S. pneumoniae, S. pyogenes и многие другие грамположительные бактерии. Резистентность к тетрациклинам среди грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов также осуществляются с использованием механизма активного выведения.
Формирование метаболического шунта. Примером этого механизма резистентности может являться устойчивость к триметоприму в результате приобретения генов дигидрофолатредуктазы, нечувствительной (или малочувствительной) к ингибиции. Еще одним примером такого механизма может служить устойчивость к ванкомицину у энтерококков. Ванкомицин, в отличие от других антибиотиков, связывается не с ферментом, а с его субстратом. Механизм действия ванкоми-цина заключается в необратимом связывании с дипептидом, входящим в состав предшественника пептидогликана - основного компонента клеточной стенки микроорганизмов. В результате такого связывания нарушается последняя стадия синтеза пептидогликана. У устойчивых штаммов энтерококков обнаруживается модифицированный предшественник, синтезированный в результате генетических мутаций, индуцированных только после воздействия на клетку ванкомицина.
Ситуация с распространением в стране инфекций, устойчивых к большинству известных антибиотиков, создает не меньшую угрозу национальной безопасности.