Есть ли будущее у антибактериальной терапии?

По мере приближения окончания века и тысячелетия в научной и околонаучной печати все чаще появляются апокалипсические высказывания о грядущем конце эры антибиотиков (в более широком смысле — антибактериальных препаратов вообще).Сидоренко С.В.
По мере приближения окончания века и тысячелетия в научной и околонаучной печати все чаще появляются апокалипсические высказывания о грядущем конце эры антибиотиков (в более широком смысле — антибактериальных препаратов вообще). Сомнению подвергается не столько сам принцип возможности лечения инфекционных болезней путем воздействия на их возбудителя, сколько возможность преодоления бактериальной резистентности. В качестве основного аргумента обычно ссылаются на возможность и даже неизбежность развития резистентности у микроорганизмов к любым антибактериальным препаратам. Действительно, широкое распространение в некоторых регионах ванкомицинорезистентных энтерококков, снижение чувствительности метициллинорезистентных стафилококков к ванкомицину, появление грамотрицательных микроорганизмов, устойчивых практически ко всем доступным антибиотикам, по существу, возвращает клинициста в доантибиотическую эру. Не способствует оптимизму и то, что возможность формирования устойчивости к новым препаратам часто выявляют еще до начала их клинического применения. Создается также впечатление, что возможности по разработке антибактериальных препаратов с новыми уникальными механизмами действия постепенно исчерпываются. Действительно, если подавляющее большинство классов антибактериальных препаратов (беталактамы, аминогликозиды, тетрациклины, макролиды, линкозамиды, гликопептиды и др.) было открыто и внедрено в клиническую практику в период с 40-х до начала 60-х годов, то в последующем этот процесс замедлился, и в последние 10-15 лет успехи в области разработки новых антибактериальных препаратов были связаны с модификацией уже известных структур. В такой ситуации вполне уместно задать вопрос: не исчерпан ли в микробной клетке запас потенциальных мишеней и, соответственно, есть ли перспективы создания принципиально новых препаратов? Для ответа на него целесообразно рассмотреть результаты ряда фундаментальных исследований в области генетики, биохимии и физиологии микроорганизмов.
В качестве важнейшего направления следует рассматривать определение первичных нуклеотидных последовательностей геномов основных клинически значимых микроорганизмов и выявление функции продуктов отдельных генов. Перспектива решения этой задачи выглядит вполне реальной уже в обозримом будущем. Полностью определена первичная нуклеотидная последовательность генома Escherichia coli, известна функция продуктов многих генов. Ориентировочные расчеты показывают, что расшифровка функции генов позволит выявить несколько сотен тысяч потенциальных мишеней для антибактериального (или в более широком смысле антиинфекционного) действия. Наиболее перспективными мишенями могут быть уникальные физиологические системы бактерий, не имеющие аналогов у эукариотических организмов. К таким, в первую очередь, следует отнести факторы вирулентности и механизмы регуляции их экспрессии. К настоящему времени в результате многочисленных исследований начинает формироваться единая картина регуляции экспрессии факторов вирулентности микроорганизмов. Принципиальным моментом в развитии представлений о регуляции и функционировании вирулентности явилось осознание того факта, что их экспрессия происходит только в адекватных условиях. В самом общем виде к факторам вирулентности следует относить все продукты генов, способствующие выживанию микроорганизма в организме хозяина (животного или растения). С точки зрения рационального использования микроорганизмом энергетических ресурсов вполне объяснимо, что экспрессия (синтез) факторов вирулентности происходит только при попадании во внутреннюю среду хозяина. В период пребывания микроорганизмов во внешней среде факторы вирулентности не экспрессируются. Вполне очевидно, что быстрая адаптация к меняющимся условиям обитания требует тонких механизмов регуляции. Такие механизмы должны включать следующие компоненты:
— распознавание условий окружающей среды (рецепция);
— передача сигнала от рецепторных структур к геному;
— синтез соответствующего фактора вирулентности (белка);
— экспорт синтезированного белка.
Если рецепция является достаточно специфичным процессом для каждого из возможных внешних стимулов, то передача информации к геному осуществляется с помощью универсального механизма — двухкомпонентной системы передачи сигнала.
Для микроорганизма сигналом того, что он попал во внутреннюю среду хозяина, может быть изменение температуры, снижение концентрации ионов кальция, непосредственный контакт с мембраной эпителиальной клетки (лиганд-рецепторное взаимодействие). Изучение строения бактериальных рецепторов и распознаваемых ими на поверхности клеток хозяина структур открывает возможность разработки противоинфекционных препаратов, специфически блокирующих адгезию — начальную стадию любого инфекционного процесса. Связывание бактериального рецептора с соответствующей структурой эпителия служит сигналом для начала ряда процессов как в клетке микроорганизма, так и в клетке хозяина. События, происходящие в клетке хозяина, выходят за рамки рассматриваемой темы.
С бактериальным рецептором непосредственным образом связана так называемая сенсорная киназа (с биохимической точки зрения — гистидин-протеинкиназа — ГПК). Конформационные изменения, происходящие в рецепторе после его связывания с внешним стимулом, служат сигналом для присоединения к сенсорной киназе в результате аутокаталитического процесса молекулы фосфорной кислоты (возникает активированная форма ГПК). Объектом воздействия активированной ГПК является белок-регулятор биологического ответа. Белок-регулятор состоит из регуляторного домена и ДНК-связывающего домена. Активированная ГПК осуществляет перенос молекулы фосфорной кислоты на регуляторный домен белка-регулятора, в результате чего активируется регуляторная функция ДНК-связывающего домена, начинается транскрипция гена и синтез соответствующего белка. Таким образом, двухкомпонентная система передачи сигнала предполагает последовательную активацию сенсорной киназы и белка-регулятора биологического ответа. Описанная система опосредует адекватный ответ микроорганизма на изменение условий среды обитания, ее функционирование является объектом более высоких уровней регуляции. Естественно, двухкомпонентная система передачи сигнала не является единственным механизмом адаптации микроорганизмов к условиям окружающей среды, однако она входит в состав крайне широкого круга систем вирулентности. Описано более 100 вариантов систем различной специфичности, участвующих в экспрессии самых разнообразных факторов (капсульных структур, ворсинок, токсинов; белков, ответственных за адгезию, инвазию, устойчивость к бактерицидным механизмам хозяина и др.) у грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов [1]. Возможность использования двухкомпонентной системы передачи сигналов в качестве мишени для действия антибактериальных (антиинфекционных) препаратов основана на значительной степени гомологии активных центров как сенсорных киназ различных микроорганизмов, так и белков-регуляторов. В то же время, поскольку у млекопитающих не выявлено каких-либо аналогов двухкомпонентной системы, вероятность неблагоприятных воздействий ее потенциальных ингибиторов на организм человека незначительна.
Анализируя стратегию взаимодействия патогенных микроорганизмов с клетками хозяина, необходимо объяснить, каким образом факторы вирулентности (в основном белковой природы) попадают из цитоплазмы бактерии в цитоплазму клетки хозяина. Прежде всего, этот вопрос касается грамотрицательных микроорганизмов, поскольку их внешняя мембрана является практически непреодолимым препятствием для пассивной диффузии.
Различают два варианта транспорта экзогенных веществ из цитоплазмы:
это — секреция и экспорт. Под секрецией понимают транспорт через внутреннюю и внешнюю мембраны, под экспортом — транспорт через цитоплазматическую мембрану в периплазматическое пространство. В настоящее время описаны 4 основных типа секреции протеинов из цитоплазмы микроорганизмов [2, 3]. Для II и IV типа характерно наличие двух отдельных этапов транспорта через внутреннюю и внешнюю мембраны. При этом механизм транспорта через цитоплазматическую мембрану одинаков для обоих типов и предполагает участие комплекса Sec-белков, локализованных во внутренней мембране. Транспорт через внешнюю мембрану у II типа секреции осуществляется без участия дополнительных белков, секретируемый белок формирует пору во внешней мембране благодаря аутокаталитическим процессам, при секреции по IV типу для осуществления этого этапа необходимы дополнительные белки. При транспорте протеинов по I типу секреция происходит в один этап, для ее осуществления необходимы три белка. Наибольший интерес представляет система секреции III типа, для ее функционирования необходимы 20 белков. Главной особенностью системы III типа является то, что белковые факторы вирулентности секретируются не в окружающую среду, а транслоцируются непосредственно в цитоплазму клеток хозяина, что позволяет рассматривать эту систему как фактор вирулентности. В пользу такой оценки свидетельствует и то, что экспрессия белков системы регулируется в зависимости от условий окружающей среды (контакта с эукариотическими клетками), хотя детали такой регуляции еще не ясны. Белки системы секреции III типа, выявленные у таксономически далеких микроорганизмов (например, у Pseudomonas aeruginosa и Salmonella typhimurium), характеризуются значительной гомологией, что позволяет с высокой долей вероятности предположить общность их происхождения и последующее горизонтальное распространение среди различных видов грамотрицательных бактерий. Здесь же необходимо отметить, что наличие у таксономически далеких микроорганизмов сходных генов вирулентности является скорее правилом, чем исключением. Гены вирулентности обычно образуют кластеры, получившие название островков патогенности, способные к горизонтальному распространению. В настоящее время нет достаточно убедительных данных, что экспрессия механизмов III типа секреции регулируется посредством двухкомпонентной системы передачи сигнала, однако связь между этими фундаментальными механизмами вирулентности вполне вероятна. Одним из универсальных регуляторов транскрипции является механизм чувства кворума (quorum sensing) [4]. Принцип действия механизма заключается в активации транскрипции специфических генов при достижении порогового уровня связывания белка-активатора транскрипции (LuxR) с низкомолекулярным аутоиндуктором (AI). Описанный механизм опосредует давно известный феномен большей скорости роста культур микроорганизмов при больших величинах посевной дозы. Есть данные об участии этого механизма в регуляции экспрессии детерминант вирулентности P.aeruginosa, следовательно, он также может быть источником мишеней для разработки новых препаратов. Перспективы разработки антибактериальных препаратов, направленных на подавление экспрессии факторов вирулентности, в настоящее время выглядят вполне реальными. Описаны экспериментальные соединения, подавляющие активность двухкомпонентной системы передачи сигнала [5], Sec-белков систем секреции II и IV типов [6]. Возможно, в отношении таких препаратов более правильно применять термин антиинфекционные, а не антибактериальные. Ингибиторы детерминант вирулентности, вероятно, будут проявлять лишь незначительную антибактериальную активность in vitro и, что весьма ценно, не будут подавлять пролиферацию микроорганизмов, лишенных детерминант вирулентности. Таким образом, открывается новый уровень специфичности воздействия на инфекционный процесс. При всей очевидности больших потенциальных возможностей у будущих препаратов новых классов, здоровый скептицизм требует признать, что окончательное решение проблемы этиотропной терапии инфекционных болезней вряд ли возможно. Крайне трудно предсказать все возможные препятствия при поиске, изучении специфической активности, токсичности и клинической эффективности принципиально нового класса соединений. Практически невозможно также предвидеть реакцию микроорганизмов на вмешательство в тонкий процесс регуляции жизненно важных функций.
АНТИБИОТИКИ И ХИМИОТЕРАПИЯ, 1999-N1, стр. 3-5.
ЛИТЕРАТУРА
1. Barrett J.F., Hoch J.A. Two-component signal transduction as a target for microbial anti-infective therapy. Antimicrob Agents Chemother 1998; 42: 29-36.
2. Hueck C.J. Type III secretion systems in bacterial pathogens of animals and plants. Microbiol Mol Biol Rev 1998; 62: 379-433.
3. Finlay B.B., Falkow S. Common themes in microbial pathogenicity revisited. Microbiol Mol Biol 1997; 6: 36-69.
4. Fugua C., Winans S.C., Greenberg E.P. Census and consensus in bacterial ecosystems the LuxR — LuxI family of quorum-sensing transcriptional regulators. Ann Rev Microbiol 1996; 10: 727.
5. Hillard J.J., Licata L., Goldschmidt R. et al. Multiple mechanisms of action for inhibitors of histidine protein kinase from bacterial two-сomponent system inhibitors. 38th Intersci Conf Antimicrob Agents Chemother. Sept 24-27, 1998, San Diego, California 1998; Abstr F-6.
6. Yuan H., Gallant P., Shen X., Tao J. Bacterial SecA as an antimicrobial target. Ibid; Abstr F-62.
Copyright © 2000-2005, РОО «Мир Науки и Культуры». ISSN 1684-9876

Комментариев пока нет.

Добавить комментарий


Беркегейм Михаил

About Беркегейм Михаил

Я родился 23 ноября 1945 года в Москве. Учился в школе 612. до 8 класса. Мама учитель химии. Папа инженер. Я очень увлекался химией и радиоэлектроникой. Из химии меня очень увлекала пиротехника. После взрыва нескольких помоек , я уже был на учете в детской комнате милиции. У меня была кличка Миша – химик. Из за этого после 8 класса дед отвел меня в 19 мед училище. Где меня не знали. Мой отчим был известный врач гинеколог. В 1968 году я поступил на вечерний факультет медицинского института. Мой отчим определил мою профессию. Но увлечение электроникой не прошло, и я получил вторую специальность по электронике. Когда я стал работать врачом гинекологом в медицинском центре «Брак и Семья» в 1980 году, я понял., что важнейшим моментом в лечении бесплодия является совмещение по времени секса и овуляции. Мне было известно, что овуляция может быть в любое время и несколько раз в месяц. И самое главное, что часто бывают все признаки овуляции. Но ее не происходит. Это называется псевдоовуляция. Меня посетила идея создать прибор надежно определяющий овуляцию. На это ушло около 20 лет. Две мои жены меня не поняли. Я мало времени уделял семье. Третья жена уже терпит 18 лет. В итоге прибор получился. Этот прибор помог вылечить бесплодие у очень многих женщин…
×
Записаться на приём или задать вопрос