Курс лекций по биотехнологии - часть 25

 

  Главная      Учебники - Разные     

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 



 

 

содержание   ..  23  24  25  26   ..

 

 

Курс лекций по биотехнологии - часть 25

 

 

 

193

преимущественно  с  мочой  или  с  желчью),  время  циркуляции  в  организме - 

должны  быть  близкими.  Ингибитор  не  сможет  выполнять  свою  защитную 

роль,  если  его  концентрация  в  местах  локализаций  антибиотика  окажется 

низкой  или,  если  он  будет  выводиться  из  организма  гораздо  быстрее,  чем 

антибиотик.  

Ферментативная  инактивация  аминогликозидов - наиболее  часто 

встречающийся  механизм  резистентности  к  этим  антибиотикам.  Ферменты, 

инактивирующие  аминогликозиды  имеют  существенные  отличия  от 

беталактамаз.  Во-первых,  они  не  являются  гидролазами,  то  есть  их 

активность  выявляется  не  просто  в  водной  среде,  а    требует  для  своего 

проявления  более  сложной  реакционной  смеси.  Во-вторых,  если  часть 

беталактамаз, 

(беталактамазы 

грамположительных 

микроорганизмов) 

относится  к  внеклеточным  ферментам,  что  облегчает  их  обнаружение,  то 

ферменты,  катализирующие  инактивацию  аминогликозидов,  практически 

всегда  имеют  только  внутриклеточную  локализацию.  Ферменты, 

инактивирующие 

аминогликозидные 

антибиотики, 

относятся 

по 

современной  номенклатуре  и  классификации  ферментов,  к    классу 

трансфераз.  Это  означает,  что  они  не  расщепляют  молекулу 

аминогликозидных антибиотиков, а переносят (transfer) на нее определенные 

фрагменты,  а  именно,  катализируют  замещение  гидроксильных  групп  у 

аминогликозидов  остатками  фосфорной  или  адениловой  кислоты,  а 

аминогруппы  аминогликозидов  замещают  остатками  уксусной  кислоты. 

Таким  образом,  инактивирующие  аминогликозиды  ферменты,  включают   

фосфотрансферазы,  аденилтрансферазы,  ацетилтрансферазы.  Важнейшее 

свойство  данных  ферментов  заключается  в  том,  что  каждый  фермент 

катализирует  замещение  только  одной  функциональной  группы  в  молекуле 

аминогликозидного антибиотика.  Однако, обычно этого бывает достаточно 

для потери антибиотиком своей активности.  

Донором  остатков  фосфорной  или  адениловой  кислоты,  переносимых  на 

 

194

аминогликозидиые 

антибиотики, 

является 

широко 

известное 

макроэргическое  соединение    -    аденозин-З-фосфорная  кислота  (АТФ).  Из 

этого следует, что в реакционной смеси должна присутствовать АТФ, а также 

то, что вне клетки  (в среде) ферменты не могут играть защитную роль, так 

как  для  проявления  их  активности  необходима  АТФ  в  высокой  кон-

центрации.  Для  проявления  активности  аминогликозид-ацетилтрансфераз 

необходимо  присутствие  в  реакционной  смеси  уксусной  кислоты, 

кофермента  А  и  АТФ  (или  вместо  двух  первых  компонентов - одного 

ацетилкофермента  А).  Воздействующие  на  аминоглинозиды  ферменты 

обычно  локализованы  в  цитоплазматической  мембране  бактерий, а в случае 

грамотрицательных  бактерий - в  периплазматическом  пространстве,  то  есть 

между клеточной стенкой и внешней мембраной. Такая локализация ведет к 

инактивации  аминогликозидов  во  время  их  проникновения  в  клетку  и 

защищает от них мишени (рибосомы). 

Гены  ферментов,  катализирующих  фосфорилирование,  ацетилирование  или 

аденилирование аминогликозидов, как   правило, локализованы у бактерий в 

R  плазмидах.  Локализация  таких  генов  в  бактериальных  хромосомах 

встречается  крайне  редко.  Таким  образом,  и  здесь  наблюдается  отличие  от 

беталактамаз,  гены    которых,  как  уже  отмечалось,  встречаются  как  в 

плазмидах, так и в бактериальных хромосомах. 

После  того,  как  были  установлены  механизмы  ферментативной 

инактивации  аминогликозидных  антибиотиков  резистентными  к  ним 

бактериями, начались попытки целенаправленной 

 

трансформации молекул 

аминогликозидов  с  целью  сделать  их  «нечувствительньми»  к 

инактивирующим  ферментам.  Так  в  молекуле  канамицина, NH

2

  группа  в 

первом  положении  в  аминоциклитольном  фрагменте  молекулы,  была 

замещена  остатком L-гамма-амино-альфа-оксимасляной  кислоты.  Это 

привело  к  общему  изменению  конформации  природной  молекулы,  при 

сохранении  у  нее  почти  всех  функциональных  групп.  Сохранилась 

 

195

антибактериальная  активность,  но  была,  в  то  же  время,  потеряна 

«чувствительность»  ко  всем  ферментам,  распространенным  среди 

резистентных  микроорганизмов,  инактивирующим  аминогликозиды. 

Полученное  производное,  названное  «амикацин»,  оказалось 

высокоэффективным 

против 

штаммов 

бактерий, 

имеющих 

фосфотрансферазы, 

ацетилтрансферазы 

и 

аденилтрансферазы, 

инактивирующие исходный канамицин.  

 

В настоящее время амикацин - наиболее эффективный полусинтетический 

аминогликозидный 

антибиотик, 

поскольку 

он 

подавляет 

рост  

микроорганизмов,  резистентных  к    природным  аминогликозидам,  за  счет 

ферментативной инактивации последних  как наиболее распространенного 

механизма резистентности.  

          Резистентность    микроорганизмов  к  антибиотикам  тетрациклиновой 

группы:  тетрациклину,  окситетрациклину,  хлортетрациклину  получила 

широкое  распространение  в  связи  с  их  многолетним  использованием  в 

медицине,  а  также  в  животноводстве  в

 

качестве  ростстимулирующих 

добавок к кормам сельско-хозяйственных животных.  В настоящее время в 

медицинское  практике  используется  в  основном  тетрациклин,  а  в 

животноводстве - все  три  указанных  выше  антибиотика.  Изучение 

механизмов  резистентности  бактерий  к  тетрациклинам  привело  к 

 

196

результатам,  резко  отличающимся  от  тех,  что  было  выявлены  в  случае 

беталактамов  и  аминогликозидов.  Так  ферментативной  инактивации 

тетрациклинов  резистентными  к  ним  микроорганизмами  обнаружено  не 

было.  В  редких  случаях  резистентность  была  связана  с  защитой  или 

«экранированием»  от  тетрациклинов  (ингибиторов  белкового  синтеза) 

рибосом.  У  резистентных  штаммов  был  найден  белок,  предотвращающий 

доступ тетрациклинов к местам их связывания на рибосоме. Наиболее часто 

встречающийся 

механизм 

тетрациклинорезистентности 

обусловлен 

изменениями,  происходящими  в  оболочке,  точнее  в  цитоплазматической 

мембране  бактериальной  клетки.  Известно,  что  в  клетках  резистентных 

штаммов тетрациклины не накапливаются. При этом в цитоплазматической 

мембране  присутствуют  несколько  новых  белков,  которые  отсутствуют  в 

мембране  тетрациклиночувствительных  штаммов.  Эти  новые  белки, 

появляющиеся 

в 

цитоплазматической 

мембране 

при 

тетрациклинорезистентности    являются  белками,  составляющими  систему 

активного  «выброса»  тетрациклинов,  проникающих  в  клетку.  Иными 

словами,  тетрациклины  проходят  через  оболочку  бактериальной  клетки,  в 

том числе и через цитоплазматическую мембрану, однако, они  не успевают 

прореагировать  с  рибосомами,  так  как  быстро  удаляются  или 

«выбрасываются» в среду.  

В настоящее время  в медицинскую практику внедрено несколько продуктов 

химической трансформации природных тетрациклинов. Наиболее важным из 

них является доксициклин (6-дезокси-5-окситетрациклин), который  гораздо 

дольше циркулирует в организме, чем природные тетрациклины.  

    Существует несколько механизмов резистентности к эритромицину:  

1.  Рибосомы  резистентных  клеток  не  «связывают»  эритромицин.  В 

результате,  антибиотик  теряет  способность  тормозить  белковый  синтез. 

Причиной  этого,  является  метилирование  рибосомной  РНК  в  большой 

су6ъединице 

бактериальной 

рибосомы. 

В 

резистентных 

клетках 

 

197

специфическая  метилаза  катализирует  введение  метильных  групп  в  строго 

определенный  остаток  аденина  в  молекуле  рибосомной  РНК.  В  результате, 

изменяется  конформация  всей  большой  рибосомной  субъединицы  и 

эритромицин  теряет  cпocобнocть  «связываться»  с  ней  и,  вообще,  с 

рибосомой.  

2.   Ферментативное расщепление макроциклического лактонного кольца, что 

ведет к потере активности эритромицина.  

3.  Фосфорилирование    или  гидроксилирование  по  ОН-группе  одного  из 

присутствующих в молекуле антибиотика caxаров.  

7.5.2.   Поиск новых природных беталактамов и целенаправленная 

трансформация беталактамной молекулы.  

Мишени  для  беталактамов  в  бактериальной  клетке,  как  отмечалось, 

множественны, 

то 

есть 

в 

клетке 

имеются 

разные 

виды 

пенициллинсвязывающих белков (PBPs). Преимущественное воздействие на 

тот или иной вид ведет к разному эффекту – литическому, бактерицидному 

без лизисабактериостатическому с

 

разной длительностью бактериостазиса и 

т.  п.  Все  это  имеет  значение  для  клиники,  определяя  выбор  препарата  для 

конкретного  больного,  режим  антибиотикотерапии:  частоту  введения, 

возможность использования комбинаций двух беталактамных антибиотиков 

и т.д. У некоторых встречающихся в клинике  резистентных к беталактамам 

штаммов  бактерий    резистентность  проявляется,  как  отмечалось,  на  уровне 

РВРs,  то  есть  мишени  уменьшают  сродство  к  «старым»    беталактамам. 

Поэтому, новые  природные и полусинтетические беталактамы  проверяются 

на  степень  сродства  к  РВРs  этих  штаммов.  Высокое  сродство  означает 

перспективность  новых  беталактамных  структур.  Далее,  при  оценке  новых 

беталактамных структур проверяется их устойчивость к действию различных 

беталактамаз - пенициллаз  и  цефалоспориназ  плазмидного  и  хромосомного 

происхождения,  выделенных  из  разных  бактерий.  С  этой  целью 

 

198

используются  большие  наборы  беталактамаз,  обладающих  разной 

субстратной 

специфичностью. Eсли 

большинство 

используемых 

беталактамаз    не  инактивирует  новую  беталактамную  структуру,  то    она 

признается  перспективной  для  клиники  и  заслуживает  дальнейшего 

углубленного изучения.  

   

Первые успехи в этом направлении были получены, когда xимиками были 

созданы  нечувствительные  к paспpoстpaненным  у  стафилококков 

пенициллиназам полусинтетические пенициллины, такие как – метициллин и 

оксациллин, а также, нечувствительный к ферменту из синегнойной палочки, 

карбенициллин.  Получить  эти

 

полусинтетические  пенициллины  удалось 

после 

того, 

как 

из 

бензилпенициллина 

была 

выделена 6-

аминопенициллановая кислота (6АПК),  

 

условно  названная  «ядром»  молекулы  пенициллина.  В  промышленных 

условиях    6  АПК    производят  путем  ферментативного    гидролиза  либо 

бензилпенициллина  (в  России),  либо  феноксиметилпенициллина  (за 

рубежом)  с  помощью  фермента  пенициллинацилазы,  который  осуществляет 

гидролиз  пенициллина  по  связи CO-NH (между  радикалом  и  ядром)  с 

получением 6 АПК. Путем ацилирования 6-аминопенициллановой кислоты и 

были  получены  указанные  антибиотики.  Далее  было  показано,  что  наличие 

метокси-группы  или  некоторых  других  заместителей  в  6α - положении  у 

пенициллинов  и,  соответственно,  в  7α - положении  у  цефалоспоринов 

приводит  к  тому,  что  многие  беталактамазы  теряют  способность 

гидролизовать 

беталактамное 

кольцо 

у 

таких 

природных 

или 

полусинтетических  беталактамных  антибиотиков,  например,  у  цефамицина 

С. 

 

 

199

 

 

 

        Эффективность  беталактамов  против  грамотрицательных  бактерий 

зависит  и  от  такого  фактора,  как  скорость  прохождения  через  пориновые 

каналы.  Преимущество  здесь  имеют  компактные  молекулы,  которые 

проникают и через катионоселективные, и через анионоселективные каналы. 

Получил,  например,  практическое  применение  антибиотик  такого  рода  как 

имипенем.  

 

К его ценным  свойствам относится также устойчивость к ряду беталактамаз. 

С другой стороны, немалой  ценностью обладают беталактамные  структуры, 

у  которых    вводимые  в  ядро  молекулы    заместители,  создают  в  ней 

катионный  центр.  Такие  беталактамы  высоко  активны  против  многих 

кишечных бактерий по причине катионоселективности пориновых каналов у 

бактерий,  обитающих  в  кишечном  тракте.  В  качестве  примера  можно 

привести  структуру  молекулы  применяемого  в  клинике  беталактама -  

цефтазидима.  

 

 

 

      

 

 

200

      

                       

 

 
  

       

Следует  отметить,  что  химические  модификации    все  чаще  затрагивают 

структуру  сконденсированного  с  беталактамом    пятичленного  или 

шестичленного  кольца.  Если  сера  в  пятичленном  (пенициллины)  или 

шестичленном  (цефалоспорины) кольце замещена на кислород или углерод, 

то соединения получили название «нетрадиционных» или «неклассических» 

беталактамов.  Например,  к  ним  относится  уже  упоминавшийся,  быстро 

проникающий 

через 

пориновые 

каналы, 

имипенем. 

Также 

к 

«нетрадиционным»  относят и такие  беталактамы, в которых беталактамное 

кольцо  не  сконденсировано  с  другим  кольцом  (пятичленным  или 

шестичленным).  Они  получили  название  «монобактамов»,  а  наибольшую 

известность приобрел азтреонам,  

 

как ценный для медицинской практики препарат.   

Значительный 

представляют 

также 

природные 

соединения 

с 

гаммалактамным,  то  есть    пятичленным  кольцом,  обладающие  высокой 

антибактериальной  активностью  и  широким  спектром  действия.  Их 

мишенями, как и у беталактамов, являются транспептидазы пептидогликана, 

то есть  различные РВРs. При контакте с мишенью гаммалактамное кольцо, 

подобно  беталактамному,  расщепляется  и  происходит  ацилирование  одного 

из  аминокислотных  остатков  в  активном  центре  транспептидаз. 

Беталактамазы  могут,  как  оказалось,  инактивировать    и  гаммалактамы. 

Однако,  большая  стабильность  пятичленного  гаммалактамного  кольца  по 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  23  24  25  26   ..