Какая плазмида ответственна за лекарственную устойчивость

Обновлено: 30.06.2024

Staphylococcus aureus – условно-патогенный микроорганизм, способный вызывать различные угрожающие жизни инфекций из-за своей высокой вирулентности и способности адаптироваться к изменяющимся условиям среды, в частности, к антимикробным препаратам. Распространение метициллинрезистентных госпитальных (HA-MRSA) и высоковирулентных внебольничных (CA-MRSA) штаммов стафилококков обусловлено их устойчивостью к химиотерапевтическим средствам. Различные штаммы обладают разным спектром генов резистентности. В результате работы было определено, что 178 клинических штаммов Staphylococcus aureus резистентны к нескольким группам химиотерапевтических препаратов. Анализ молекулярно-генетических особенностей штаммов золотистого стафилококка, представленных в NCBI GenBank, показал, что штаммы имеют в своем геноме гены антибиотикорезистентности (mecA – ген кодирующий резистентность бета-лактамам и цефалоспоринам, ermA – ген, кодирующий резистентность к макролидам и линкозамидам, tetM – ген, кодирующий резистентность к тетрациклинам, gyrА и parC – гены резистентности к фоторхинолонам), обуславливающие устойчивость к данным группам препаратов.

Ключевые слова

Ключевые слова: Staphylococcus aureus, гены антибиотикорезистентности, штаммы, химиотерапевтические средства.

Статья

Целью данного исследования является изучение особенностей устойчивости к антимикробным препаратам штаммов S. aureus.

Материал и методы. В исследование было взято 178 штаммов S. aureus, выделенных в ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского МЗ РФ. Университетская клиническая больница №1 им. С.Р. Миротворцева в 2020 году.

Для проведения анализа резистентности S. aureus к антимикробным препаратам нами были выбраны следующие гены: mecA – ген кодирующий резистентность бета-лактамам и цефалоспоринам, ermA – ген, кодирующий резистентность к макролидам и линкозамидам, tetM – ген, кодирующий резистентность к тетрациклинам, gyrА и parC – гены резистентности к фоторхинолонам [3,4].

Нуклеотидные последовательности указанных генов были получены из NCBI GenBank. Для сравнения полученных нуклеотидных последовательностей генов использовался алгоритм поиска blast-n.

Результаты и обсуждение. В исследование были взяты следующие штаммы S. aureus, выделенные в ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского МЗ РФ. Университетская клиническая больница №1 им. С.Р. Миротворцева в 2020 году: экстренное хирургическое отделение (раны) - 5 штаммов, отделение анестезиологии и реанимации №1 (интубационная трубка) - 1 штамм, копрологическое отделение (раны) – 5 штаммов, детское хирургическое отделение – 157 штаммов (раны -147, выпот - 4, грудное молоко – 3, зев -2, глаза -1), детское урологическое отделение (моча) – 2 штамма, взрослое урологическое отделение (моча) – 8 штаммов.

С целью определения чувствительности штаммов к антибиотикам в работе использовались диски, пропитанные следующими химиотерапевтическими препаратами:

1) цефалоспорины: цефазолин, цефотикситин, цефтазидим, сульзонцеф, цефтриаксон, цефотаксим, цефоперазон, цефепим;

2) линкозамиды: линкомицин, клиндамицин;

3) макролиды: кларитромицин;

4) тетрациклины: доксициклин;

5) фторхинолоны: ципрофлоксацин, левофлоксацин, норфлоксацин;

6) аминогликозиды: амикацин, гентамицин;

7) бета-лактамы: амоксиклав, азтреонам, ампициллин;

8) карбапенемы: меропенем, имипенем;

9) производные нитрофурана: фурадонин;

10) сульфаниламиды: котримоксазол.

Таким образом, изученные клинические штаммы были резистентны к нескольким группам химиотерапевтических препаратов: цефалоспоринам (цефазолин, цефотиксим), линкозамидам (линкомицин) и макролидам (кларитромицин), тетрациклинам (доксициклин), фторхинолонам (ципрофлоксацин).

С целью дальнейшего понимания механизмов резистентности клинических штаммов к химиотерапевтическим препаратам, выявленной диско-диффузионным методом, на следующем этапе работы при анализе литературных данных были установлены гены, отвечающие за резистентность микроорганизмов к указанных группам химиотерапевтических препаратов. Резистентность к цефалоспоринам обусловлена геном mecA, макролидам и линкозамидам генами ermA,B,C и mef, тетрациклинам – геном tet(M), tet(K), фоторхинолонам – гены gyrА и gyrB, parC и parE, плазмида QnrB [3,4].

Для дальнейшего изучения генетических особенностей штаммов золотистого стафилококка был проведен молекулярно-генетический генов антибиотикорезистентности штаммов S. aureus, представленных в международной базе данных GenBank c использованием алгоритма blast-n.

В исследование были взяты нуклеотидные последовательности гена mecA, (определяющим резистентность к метициллину, бета-лактамам и цефалоспоринам) штаммов N315, Mu50 представленных в GenBank [5]. Штамм N315 был выделен в 1982 году из мокроты японского пациента. Этот штамм является прототипом MRSA (пре-MRSA), поскольку имел ген mecA, но был чувствителен к метициллину. Штамм Mu50 – клиническиq изолят, выделенный в 1997 году. Данный штамм имел устойчивость не только к бета-лактамам, но и умеренную устойчивость к ванкомину [5].

При дальнейшем исследовании с помощью алгоритма blast-n нами установлено, что идентичность гена mecA штаммов N315 и Mu50 является 100%. Идентичность mecA штаммов N315 и Mu50 с геном mecA других штаммов S. aureus и S. epidermidis, а также S. pseudintermedis составляла 99,95%. Штамм N315 имел ген mecA, идентичный данному гену других штаммов S. aureus, резистентных к метициллину, однако экспрессия этого гена у штамма N315 не была выражена фенотипически. Это позволяет сделать вывод, что наличие гена не всегда свидетельствует о возможном проявлении признака, а экспрессия генов обусловлена множественными факторами.

В 2000-х годах (Лондон) в отделении интенсивной терапии одной из клиник в течение нескольких лет в регистрировались случаи выделения высокотрансмиссивного метициллин-устойчивого штамма Staphylococcus aureus (MRSA) (обозначенного TW). Данный штамм был устойчив к пенициллину, метициллину, эритромицину, ципрофлоксацину, гентамицину, неомицину, триметоприму и тетрациклину, а также хлоргесидину [6]. В международной базе данных представлена полногеномная последовательность штамма Staphylococcus aureus subsp. aureus TW20 (GenBank: FN433596.1).

При сравнении идентичности гена mecA штамма золотистого стафилококка TW20 со штаммами N315, Mu50 выявлено, что они идентичны на 99,8%. Кроме того, при анализе нуклеотидной последовательности гена mecA штамма TW20 было установлено, что идентичная последовательность данного гена была у 17 штаммов золотистого стафилококка, представленных в GenBank и выделенных из различных источников. На 99,9% данная последовательность изучаемого гена встречалась у некоторых штаммов Staphylococcus hominis, Staphylococcus pseudintermedius, Mammaliicoccus sciuri, Staphylococcus epidermidis – условно-патогенных микроорганизмов, которые могут являться донорами разнообразных генов антибиотикорезистентности.

На следующем этапе работы в штамме золотистого стафилококка TW20 также были определены гены устойчивости к химиотерапевтическим препаратам: erm A, tetM, гены gyrА, parC.

Установлено, что в геноме штамма стафилококка TW20 также присутствовал ген ermA, ответственный за резистентность к макролидам и линкозамидам. При анализе было определено, что последовательность данного гена была на 100% идентична множеству штаммов золотистого стафилококка, в том числе N315, Mu50, а также штаммам Enterococcusfaecium, Staphylococcusepidermidis, Staphylococcuspseudintermedius.

Рисунок 1. Филогенетическое дерево, построенное с помощью Blast Tree View (BLAST pairwise alignments) на основе гена tetM штамма S. aureus TW20 (GenBank: FN433596.1)

У штамма TW20 также были обнаружены гены gyrА, parC играющие роль в устойчивости к фторхинолонам. Стоит отметить, что у штаммов N315, Mu50 также присутствовали данные гены. Идентичность гена gyrА у всех трех штаммов была 100%, тогда как идентичность гена parC у штаммов N315, Mu50 по сравнению с TW20 составляла 99,63% и 99,67% соответственно. Таким образом, проведенные нами исследования подтверждают множественную лекарственную устойчивость клинических штаммов S. aureus, которая обусловлена присутствием в их геноме генов антибиотикорезистентности. Данная проблема уходит своими корнями в сложные экологические и эволюционные отношения между самими микроорганизмами. Интерпретация механизмов широкого распространения в клинике антибиотикорезистентных штаммов бактерий как явления, вызванного исключительно применением антибиотиков, сильно упрощает понимание данной проблемы и обозначает возможные пути их решения [7].

Выводы.

1. Лекарственная устойчивость штаммов S. aureus обусловлена присутствием в их геноме множества генов устойчивости к антимикробным препаратам.

2. Штаммы условно-патогенных микроорганизмов содержат в своем геноме большое количество генов резистентности к химиотерапевтическим препаратам, играя основополагающую роль в горизонтальном переносе данных генов и развитии внутрибольничных инфекций.

R-плазмиды детерминируют резистентность бактерий к лекарственным веществам – главным образом антибио-тикам и сульфаниламидам. В широком плане к плазмидам резистентности относят плазмиды, кодирующие резистентность бактерий к бактериофагам, бактерио-цинам, сыворотке, ионизирующему излучению, тяжелым металлам и др. Наиболее полно изученыR-плазмиды грамотрицательных бактерий. Большинство из них конъюгативные, аR-плазмиды грамположительных – неконъюгативные.

Большинство генов устойчивости транспозонного происхождения. Их отличительная особенность в том, что они включаются в определенных местах. Такие последовательности именуются интегронами, а их носителями являются обычно транспозоны.

ДНК R-плазмид представлена в виде ковалентно закрытых кольцевых молекул, предположительно в суперспирализированной форме.

Молекулярная масса, копийность

и другие свойства некоторых R-плазмид.

Молек. масса

Резистентность бактерий, содержащихR-плазмиды, обычно зависит, от вида бактерий и типа антибиотиков. Например, клеткиE. coliв большинстве устойчивы к стрептомицину при его концентрации в среде 10 - 25 мкг/мл, тогда как шигеллы – при концентрации 10000 мкг/мл, сальмонеллы резистентны к тетрациклину при концентрации 10 мкг/мл, тогда как шигеллы – при концентрации 100 – 250 мкг/мл.

При смешанном культивировании бактерий различной видовой принадлежности возможен межродовой перенос некоторых плазмид. Например, S. typhimurium  V. cholerae, S. marcescens  Y. pestis, P. aeruginosa  E. coli.

В результате систематического мониторинга лекарственной резистентности кишечных бактерий разных видов, предпринятого в 60-х гг. в Японии, были получены результаты, свидетельствующие, что клетки

~58% штаммов, устойчивых к тетрациклину, канамицину, стрептомицину, сульфаниламидам, содержат плазмиды. Исследования последних лет свидетельствуют о том, что и конъюгативные и неконъюгативныеR-плазмиды, детерминирующие резистентность к антибиоти-кам и сульфаниламидам, присутствуют в бактериях многих видов, в разных зонах мира.

Лекарственная резистентность энтеропатогенных штаммов E. coli, выделенных в Англии в 1980-81 гг.

Лекарственные вещества

Концентрация мд/л

К-во резистентных штаммов (%)

Всего 232 штамма, из них 134 – с резистентностью, а 65 – с трансферрабельной резистентностью.

Исследование 24 энтеропатогенных штамма E. coli, выделенных от больных людей и домашних животных в 70-е гг. в СССР показало, что 16 из них являются резистентными к 1 или более антибиотиков, чаще всего к стрептомицину, тетрациклину, канамицину. В клетках 9 штаммов были конъюгативные плазмиды.

Возрастание частоты резистентности и встречаемости в резистентных штаммах R-плазмид происходит по мере использования антибиотиков и др.

Значительный рост резистентности, обусловленный плазмидами, отмечается у стрептококков, причем частота зависит от антибиотика. Например, большинство выделенных в Японии S. pyogenesрезистентны к 1 - 2 антибиотикам, более 50% штаммов резистентны одновременно к тетрациклину, эритромицину и хлорамфениколу. Резистентность к тетрациклину особенно часто встречается среди стрептококков этого вида, группB, D. Для многих штаммовS. pneumonieпоказана множественная лекарственная резистентность.

Возрастание частоты резистентности четко видно на стафилококках (S. aureus)– частых возбудителей внутригоспитальных инфекций.

После открытия пенициллина, период эффективной пенициллинотерапии был очень коротким, т.к. уже к 1946 г. госпитальные штаммы были на 50% резистентны к нему. В начале 60-х гг. были введены в практику метециллин и оксациллин, бывшие достаточно эффективными до конца 60-х гг.

Как выяснилось, плазмиды могут участвовать в формировании хромосомной резистентности в качестве векторов транспозируемых генетических элементов.

Частота, с которой появляются резистентные бактерии в среде очень высока. Поскольку лекарственные вещества и кормовые антибиотики используются в ветеринарии и растениеводстве, то распространение селекционированных резистентных организмов от одного к другому хозяину, а так же от животных к человеку имеет важное эпизоотическое и эпидемиологическое значение.

Читайте также: