8. Типы лекарственной устойчивости бактерий.
Резистентность = способность микроорганизма переносить большие концентрации препарата, чем остальные данного штамма (вида), или развиваться при таких конц., которые превышают достигаемые в макроорганизме при введении антибиотиков в терапевтических дозах.
-Врожденная = особенности строения структур, на которые направлено действие антибиотика. Пример: отсутствие мишени действия антибиотика или недоступность мишени вследствие низкой проницаемости или ферментативной инактивации.
Mycoplasma нечувствительны к пенициллину(не имеют клеточной стенки); большинство грам- невосприимчивы к пенициллину G( клеточная стенка защищена дополнительной мембраной).
Приобретенная:
-мутации с последующей селекцией резистентных. Наиболее быстро и часто у стафилококков, эшерихий, микоплазм, протея, синегнойной палочки.
-за счет трансформации и обр. мозаичных генов
-путем горизонтального переноса генов (ГПГ) — процесс, организм передает генетический материал другому, не являющемуся потомком. Плазмиды, транспозоны, IS-элементы, интегроны.
-перенос трансмиссивных плазмид
R-факторы – плазмиды резистентности грам-.
Конъюгирующие R-плазмиды из r-фактора (r-оперона), детерминирующего устойчивость к определенному антибиотику и фактора переноса RTF= межбактериальный перенос. Передаются посредством половых пилей
Неконъюгирующие только из r-оперона в клетке самостоятельно. Передача посредством коинтеграции с конъюгирующими плазмидами.
У грам+ (стафило- и стрептококки и т. д.) не передаются при конъюгации, а посредством трансдукции (с помощью бактериофага).
-перенос транспозонов с генами резистентности
Биохимические механизмы устойчивости:
· энзиматическая инактивация ферментами.; Например, бета-лактамаза у стафилококка. Синтез лактамаз у грам- перманентно вне зав. от наличия ЛС.
· модификация молекулы-мишени антибиотика= изменение PBP— связывающей мишени воздействия пенициллинов, мутации в генах, кодирующих рибосомальный белок RpsL, β-субъединицу ДНК-зависимой РНК-полимеразы и фермент ДНК-гиразу= устойчивость к стрептомицину, рифамицину и хинолонам. Изменение S12 в составе 30S-субчастицы, или белков L4 и L12 в 50S= ум. связывание аминогликозидов или макролидов.
Приобретение генов менее чувствительной молекулы-мишени от других видов. Устойчивость к пенициллину среди Streptococcus pneumoniae и Neisseria meningitidis=мозаичные гены DD-транспептидазы
· активное выведение (эффлюкс) =работа специализированного набора белков= трансмембранные протонные помпы,.
· снижение проницаемости внешней мембраны =за счет изменения химического состава у грам- бактерий. β-лактамы через порины, макролиды, полимиксины диффундируют сквозь билипидный слой. Появление неспецифических белков в наружной мембране Е. coli. Резистентность к полимиксину у синегнойной палочки. В гам- ЛС проникает хуже.
· формирование метаболического «шунта» (приобретение генов метаболического пути альтернативного тому, который ингибируется антибиотиком) = блокируемые антибиотиком реакции больше не критичны для жизнедеятельности. Напр., механизм действия сульфаниламидов = нар. синтеза тетрагидрофолиевой кислоты. Для сульфаниламид-резистентных не требуется пара-аминобензойная кислота как предшественник, начинают использовать предварительно сформированную фолиевую кислоту. ЛПС ингибируют проникновение через клеточную стенку гидрофобных (липофильных) антибактериальных агентов.
· имитация молекулы-мишени у Mycobacterium smegmatis и Mycobacterium bovis. Белок MfpA симулирует ДНК =мишень для фторхинолонов, защищает от взаимодействия антибиотика с ДНК-гиразным комплексом.
· сверхэкспрессия молекулы-мишени.
· модифицирование акт. части молекулы антибиотиков, добавляя ацетильную или фосфатную группу=снизить способность связываться с рибосомами бактерии.
Перспективы преодоления микробной резистентности.
Применение антибиотиков строго по показаниям.
· Ограничение применения с профилактической целью.
· Через 10-15 дней антибиотикотерапии смена препарата.
· Применение комбинации.
· Использование узкого спектра действия.
· Ограниченное применение антибиотиков в ветеринарии, растениеводстве и пищевой промышленности, не использование их как фактор роста.
· Изыскание новых антибиотиков.
· Использование соединений, подавляющих определенные механизмы резистентности в бактериальной клетке.
· Соблюдение принципов рациональной химиотерапии.
Побочные действия антибиотиков, группы:
· Аллергические реакции наиболее сильные = пенициллин и цефалоспорины. Не зависят от дозы, обычно возникают в рез. постепенной сенсибилизации при повторных применениях. Тяжелые токсико-аллергические реакции (анафилактический шок, ангионевротический отек гортани, синдром Лайела, синдром Стивенса-Джонса).
· Токсическое действие в связи с органотропным фармакодинамическим действием и при продолжительном лечении. Поражения вестибулярного аппарата (неомицин, канамицин, стрептомицин, флоримицин), печени (тетрациклины), почек (полимиксин, бацитрацин, неомицин, мономицин, канамицин, стрептомицин, амфотерицин В), сердца, восьмой пары нервов, периферических нервов, ЦНС (циклосерин, неомицин, полимиксин, гризеофульвин, пенициллин, стрептомицин). Токсическое воздействие на кровь, поражение органов кроветворения (левомицитин). Аминогликозиды = необратимое поражение слухового нерва (ототоксическое действие). Цефалоспорины III поколения нарушают синтез витамина К.
· Эндотоксические реакции = массовое разрушение грам- с выделением эндотоксина ЛПС и развитием эндотоксического шока (феномен Яриш-Герксгеймера).
· Дисбиозы =стойкие изменения качественного и/или количественного состава бактериальной микрофлоры. Беспрепятственно размножаться условно-патогенные и которые к антибиотику нечувствительны. Стафилококки, дрожжеподобные грибы Candida, клостридии, некоторые гнилостные (псевдомонады, протей). Например, у больного стафилококковой пневмонией может развиться цистит, вызванный E. coli. Генерализованный кандидоз (кандидосепсис); стафилококковый энтероколит; псевдомембранозный колит=C.difficile; вторичные пневмонии, вызываемые стафилококком и грамотрицательными палочками.
· Иммунодепрессивное–подавление форм иммунного ответа. Левомицетин подавляет антителообразование, тетрациклин – фагоцитоз, циклоспорин - Т-систему. Антибиотики = причина недостаточного антигенного воздействия микроорганизмов при скарлатине, брюшном тифе.
Этиологические факторы дисбактериоза:
- нерациональная антибиотикотерапия; химиотерапия, гормонотерапия, иммунодепрессанты, лучевая терапия, лечение НПВП;
- оперативные вмешательства, стресс;
- промышленные отходы, воздействия радиоактивных веществ, облучения;
- резкая смена климата;
- иммунодефицитные состояния;
- применение ряда наркологических, местных анестезирующих, рвотных, слабительных, отхаркивающих, желчегонных = изменяя моторику слизистых нарушают образование муцина;
- воздействие химических веществ;
- нерациональное питание;
- острые и хронические заболевания (сахарный диабет, злокачественные новообразования);
- заболевания ЖКТ инфекционной и неинфекционной природы, анатомо-физиологические нарушения в кишечнике.
Классификация дисбактериоза кишечника
По клиническим формам:
· Латентная или субклиническая - отсутствие клинических признаков, нарушения выявляются при исследовании микробного спектра кишечной микрофлоры.
· Локальная или местная –локального воспалительного процесса в кишечнике (клиническая картина колита или энтерита).
· Генерализованная или распространенная –в связи с нарушением функциональных барьеров и снижением резистентности макроорганизма:
А) с бактериемией;
Б) с генерализацией инфекции, с сепсисом.
По виду микроорганизмов: стафилококковый;протейный; клебсиеллезный;бактероидный;клостридиозный; кандидамикозный и др.; ассоциированный (протейно-энтерококковый и др.)
По степени компенсации:
· компенсированный – организм не реагирует патологическим процессом на нарушение нормального состава кишечной микрофлоры;
· субкомпенсированный - развитие локального воспалительного процесса в кишечнике;
· декомпенсированный – генерализация инфекционного процесса с очагами воспаления в различных органах с развитием интоксикации или сепсиса.
13. Пробиотики, пребиотики, синбиотики, симбиотики.
1) Пробиотики (эубиотики) – препараты, содержащие живые (лиофильно высушенные) микроорганизмы и вещества микробного происхождения, нормализуют состав и функции микрофлоры. Микроорганизмы:
· Лактобактерии (L. acidophilus, L. plantarum, L. casei, L. bulgaricus, L. lactis, L. reuteri, L. rhamnosus, L. fermentum, L. jonsonii, L. gassed);
· Бифидобактерии (B. bifidum, B. infantis, B. longum, B. breve, B. adolescents); Непатогенные разновидности Escherichia Coli;
· Непатогенные разновидности Bacillus (В. subtilis);
· Непатогенные разновидности Enterococcus (Enterococci faecium, Е. salivarius); Молочнокислый стрептококк (Str. thermophylus);
· Дрожжевые грибки Saccharomyces boulardii.
Пробиотики:
Монокомпонентные(монокультуры –один штамм бактерий):
- колибактерин – живая культура кишечной палочки штамма М-17, антагонистически активного против патогенных бактерий семейства Enterobacteriaceae;
- бифидумбактерин – живые Bifidobacterium bifidum в высушенном виде;
- лактобактерин – высушенная взвесь живых антагонистически активных штаммов лактобактерий;
- бактисубтил – препарат (в капсулах), содержащий высушенную культуру Bac. subtilis (штамм IР5832);
- фловинин БС – чистая культура бацилл штамма IР5832 с вегетативными спорами.
Поликомпонентные (симбиотики):
- бификол – препарат, содержащий высушенные живые антагонистически активные штаммы кишечной палочки и бифидобактерий.
- бифиформ – препарат, содержащий высушенные живые бифидобактерии и энтерококки;
- бифилакт, ацилакт, линекс.
- омнифлора, нормофлора – ассоциированные препараты, содержащие до 5 – 6 различных штаммов микроорганизмов.
- препараты, содержащие продукты метаболизма бактерий нормофлоры человека (метабиотики, постбиотики): гастрофарм, биофлор, хилак-форте (концентрат продуктов обмена веществ бактерий – симбионтов толстого кишечника, а также биосинтетическая молочная кислота, молочно-солевой буфер, лактоза, аминокислоты, жирные кислоты).
- препараты самоэлиминирующих антагонистов содержат бактерии, не свойственные нормальной микрофлоре человека, но обеспечивающие вытеснение патогенной микрофлоры, рост и развитие облигатной нормофлоры и выходящие из организма после курса лечения (бактисубтил, энтерол).
2) Пребиотики – вещ. немикробного происхождения (неперевариваемые ингредиенты пищи), стимулирующие рост или метаболическую активность нормальной микрофлоры. В молочных продуктах, луке, кукурузных хлопьях, крупах, хлебе, цикории, чесноке, фасоли, бананах. Препараты: лактулоза (Дюфалак, Лактусан), памба (пара-амино-метил-бензойная кислота), лизоцим, патотенат кальция, инулин, фруктозо-олигосахариды, лактитол. Кроме того, выпускаются пребиотики, комбинированные с энтеросорбентами (Лактофильтрум, Максилак и др.)
3) Синбиотики –комбинированные препараты и продукты питания, в состав входят пробиотические и пребиотические компоненты: нутролин В (лактобациллы + витамины), ацидофилюс, примадофилюс, мальтидофилюс, бебилайф, аципол, бифидумбактерин-форте.
Для нормализации микрофлоры используются живые бактерийные препараты для заквашивания молока и приготовления продуктов, обладающих пробиотическим действием ("наринэ" и др.). При некоторых формах кишечного дисбиоза используются также и бактериофаги: коли-протейный, стафилококковый, синегнойный бактериофаги.
Изменчивость и генетика микроорганизмов. Бактериофагия.
Формы изменчивости. Генотип. Наследственная изменчивость: мутации, рекомбинации.
Генотип в одной клетке. Совокупность всех генов = геном=гаплоидный набор из репликонов=генетических элементов, способных к самостоятельной репликации =хромосома и плазмиды.
Бактериальная хромосома = одной двухцепочечной ДНК.
Генотипические изменения=мутации и генетические рекомбинации.
Мутации - внезапные, скачкообразные изменение ДНК, проявляющееся наследственно закреплённой утратой или изменением признака.
По происхождению: индуцированные и спонтанные(ошибки репликации, неправильное формирование комплементарных пар оснований или структурные искажения ДНК).
Обратные (реверсии) возвращают к исходному генетическому состоянию.
Типы мутаций и причин
• Модификация оснований = химическое изменение в кодирующей последовательности= изменение кодона=бессмысленный кодон.
• Вставка \ делеция =фреймшифт-мутациям (со сдвигом рамки считывания)=изменение всех последующих кодонов.
• Деформации спирали ДНК (структурные искажения ДНК) в рез. индуцированной УФ-излучением димеризации = нар. симметрию ДНК и препятствует репликации.
•Супрессорные-это вторая мутация, которая смягчает или отменяет фенотипические эффекты уже существующей мутации
В зав. от сохранения смысловой функции обр. полипептида мутации:
•«Молчащие», вызывающие изменения ак последовательности белка.
• Миссенс-мутации ( «с изменением смысла») = появление иной ак.
• Нонсенс-мутации («антисмысловые», «бессмысленные» мутации) = обр.одного из трёх кодонов-терминаторов (УАГ, УАА, УГА) = синтез коротких нефункциональных белков, либо к полному прекращению синтеза.
Фенотипическая изменчивость и значение в диагностике.
Адаптация – приспособление к новым условиям, объясняется развитием измененных и гибелью неприспособленных.
Диссоциация - разделение однородной популяции на два или несколько типов в неблагоприятных условиях.
Примеры: S-колонии, R-колонии, M-колонии и D-колонии.
Модификация – изменение только фенотипические (внешние) признаки (форма, размеры, цвет колоний)=реакция на внешние раздражения, не связанные с нарушением физиологических процессов.
Гетероморфизм – под влиянием физических, химических и биологических агентов некоторые микроорганизмы принимают форму больших шаров, утолщенных нитей, колбовидных образований, ветвлений, напоминающих мицелии гриба.
Генетические рекомбинации.
Генетическая рекомбинация —взаимодействие между двумя ДНК, обладающими различными генотипами, приводит к образованию рекомбинантной ДНК.
В процессе рекомбинации бактерии : клетки-доноры передают генетический материал, и клетки-реципиенты. В реципиент проникает только часть хромосомы донора= формирование неполной мерозиготы, обр. только один рекомбинант, генотип представлен в основном генотипом реципиента, с включенным фрагментом хромосомы донора.
Гомологичная рекомбинация =кроссинговер=обмен между участками разных молекул ДНК с высокой степенью гомологии. Проходит через обр. промежуточной крестообр. структуры Холидея, в которой – комплементарное спаривание между одноцепочечными участками разных молекул ДНК. Потом разрезание структуры и завершение. Под контролем генов rec А, В, С, D.
Сайтспецифическая рекомбинация- сайты разрыва и воссоединения в двух рекомбинирующих молекулах ДНК в пределах довольно коротких специфических гомологичных нуклеотидных последовательностей, не зависит от функционирования генов rec А, В, С, D не требует протяжных участков гомологии, необходим специальный ферментативный аппарат.
Пример - встраивание плазмиды в хромосому между идентичными TS- элементами хромосомы и плазмиды, интеграция ДНК фага лямбда в хромосому Е. coli.
Незаконная или репликативная рекомбинация между негомологичными нуклеотидными последовательностями при участии Is-элементов и не зависит от функционирования генов rec А, В, С, D. Пример= транспозиция подвижных генетических элементов по репликону или между, сопровождается репликацией ДНК.
Рекомбинация осуществляется: конъюгацией (при контакте бактерий, одна несет конъюгативную плазмиду), трансдукцией (при помощи бактериофага), трансформацией (при помощи высокополимеризованной ДНК).
Конъюгация – процесс обмена генетическим материалом (хромосомым и плазмидным) при непосредственном контакте клеток донора и реципиента.
F+ и F- конїюгация=хромосомы переносятся редко, частота рекомбинации низкая.
Общая схема механизма :
1) Половые пили прикрепляются к рецепторам на пов.реципиентных F- клеток=взаимное узнавание.
2) Пили сокращаются, клетки донора и реципиента вступают в контакт, между возникает конъюгационный мостик, по которому ДНК переходит в реципиента.
3) F плазмида реплицируется в доноре по механизму катящегося кольца
Перенос генетического материала обеспечивается конъюгативными плазмидами, (F-плазмида). Содержат tra-опероны= синтез половых пилей и перенос самой плазмиды или мобилизацию переноса хромосомной ДНК.
Передача плазмиды или хромосомы
3) однонитевой разрыв в обл. оriT плазмиды=точка начала передачи.
4) Разорванная нить ДНК разматывается, однонитевая ДНК с 5′-конца переносится по мостику в реципиента. Одновременно на обеих нитях плазмидной и хромосомной ДНК достраиваются комплементарные нити.
5) Восстановление исходной кольцевой структуры F-плазмиды в клетке-реципиенте, рекомбинация с хромосомой реципиента.
Процесс переноса хромосомных генов при конъюгации при участии конъюгативных транспозонов=гены транспозиции+гены признаков+ tra-гены). Могут выщепляться из хромосомы, образовывать плазмидоподобные структуры, индуцировать перенос мелких плазмид в клетку и сами переходить.
Нfr конъюгация
F-фактор интегрирован в хромосому. При коньюгации передают хромосомные гены с очень высокой частотой. Механизм:
1)одна цепь интегрированного фактора разрезается в ориТ.
2)с ори инициируется передача генов и репликация по механизму катящегося кольца
3)одна цепь переносится через мостик, у донора достраивается вторая цепь
4)только часть интегрированнойплазмиды переносится со стартовым материалом=резидентная клетка остается без фактора.
Используется в:
1 Передача генетических маркеров из одних клеток в другие.
2 Для картирования хромосомы.
3 Изучение генетического аппарата.
Внехромосомные факторы наследственности (плазмиды, эписомы, вставочные последовательности, транспозоны)=не жизненно необходимы, не несут инфу о синтезе ключевых ферментов.
Плазмиды – кольцевые ковалентно замкнутые двуцепочечные ДНК. ДНК с молекулярной массой 106 -108 дальтон, 40 до 50 генов. Находятся автономно в цитоплазме=эписомы или частично в нуклеоиде.
Трансмиссивные (F- или R-, конъюгативные)=способны передаваться конъюгацией. У крупных плазмидов с tra-опероном(гені переноса, кодируют пили)
Неконъюгативные=нет генов передачи, могут передаваться с конъюгативными грам+ кокков и у грам- Haemophilus influenzae, Neisseria gonorrhoeae=небольшие размеры, многочислены.
Автономные(не связанные с хромосомой) - в цитоплазме и способны репродуцироваться;
Интегрированные(встроенные в хромосому) репродуцируются одновременно с бактериальной хромосомой. Интеграция при наличии гомологичных последовательностей ДНК, при которых возможна рекомбинация хромосомной и плазмидной ДНК.