Mechanisms of acquiring bacterial resistance

STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Генетические основы
лекарственной
устойчивости бактерий
Тренинг «Использование методики Xpert MTB/RIF», г.Душанбе, 29 июля – 2 августа 2013 г.
Презентация подготовлена в рамках проекта USAID «Посилення контролю за туберкульозом в Україні».
Взгляды автором, изложенные в презентации, не обязательно отображают точку зрения Агентства США по
международному развитию или Правительства Соединенных Штатов
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Генетика бактерий
• Генетика бактерий изучает структуру генетического
материала, процесс хранения, передачи и проявления
(экспрессии) генетической информации
• Объектом являются также мутантные организмы, у
которых отсутствует один или несколько
функциональных компонентов по сравнению с так
называемым «диким типом».
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Характеристика бактериальных геномов
• Бактериальный геном
представлен кольцевой
молекулой ДНК − бактериальной
хромосомой.
• Генетическая информация
содержится также во т.н.
внехромосомных фактораx
наследственности (плазмидах,
вставочных
последовательностями и
транспозонах – структурных
элементах, также содержащих
ДНК).
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Резистентные штаммы микроорганизмов возникают при изменении
генома бактериальной клетки в результате спонтанных мутаций, не
связанных с направленным действием на ДНК бактерии
антибактериальных препаратов, которые играют роль лишь
селективных агентов.
Устойчивость микобактерий туберкулеза чаще связана
мутациями в генах, кодирующих определенные белки микробной
клетки, являющиеся мишенями для антибиотиков. Изменение в
структуре мишени ведет к невосприимчивости к препарату
Приобретенная резистентность закрепляется и может
передаваться как последующим генерациям бактерий
(вертикальная передача), так и другим бактериям при
перенесении внехромосомных элементов (горизонтальнальная
передача).
В процессе селекции в результате воздействия
химиотерапевтических соединений чувствительные микроорганизмы
погибают, а резистентные сохраняются, размножаются и
распространяются в окружающей среде.
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Механизмы горизонтального распространения
лекарственной устойчивости
Трансформация – направленный
перенос и встраивание в генетический
аппарат клетки небольшого фрагмента
чужеродной ДНК
Трансдукция − перенос детерминант
устойчивости с помощью бактериофага,
играющего роль переносчика.
Конъюгация − перенос плазмид при
контакте между двумя клетками.
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Бактериофаги
• Бактериофаг представляет
собой вирус, который
размножается внутри
бактерии после введения их
генома в цитоплазму
• Во время репликации
бактериофаг может включать
в себя ген устойчивости и
распространять устойчивость
путем заражения других
бактерий
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Концепция развития лекарственной устойчивости
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Мутации, вызывающие устойчивость
Препарат (год
разработки)
Ген, мутации в
котором
приводят к
резистентности
Функция гена
(белок-мишень
препарата)
Механизм действия
(эффект при поражении
мишени)
Частота
мутаций, %
50-90
8-43
Изониазид
(1952)
kat G
inh A
каталаза
еноил-редуктаза
Угнетение синтеза
миколовой кислоты
Рифампицин
(1966)
rpoB
β-субъединица РНКполимеразы
Угнетение синтеза РНК
Пиразинамид
(1952)
pncA
никотинамидаза
Угнетение
энергетического обмена
95
72-97
Этамбутол
(1961)
embB
арабинозил-транфераза
Угнетение синтеза
арабиногалактана
47-65
Стрептомицин
(1944)
rpsL
rrs
gidB
риб.белок
риб.РНК
риб.метилтранфераза
Угнетение синтеза белка
52-59
8-21
?
76
Амикацин/канамицин
(1957)
rrs
рибосом.РНК
Угнетение синтеза белка
Капреомицин
(1960)
tlyA
2ˊ-О-метилтранфераза
Угнетение синтеза белка
Фторхинолоны (1963)
gyrA
gyrB
}ДНК-гираза
Угнетение репликации
ДНК
75-94
Этионамид
(1956)
ethA
inhA
Флавин-монооксигеназа
Еноил-редуктаза
Угнетение синтеза
миколовой кислоты
37
56
STRENGTHENING TUBERCULOSIS CONTROL IN UKRAINE PROJECT
Методы выявления резистентности
Фенотипический метод
определения
лекарственной
устойчивости
• Прямое или непрямое
определение роста
M. tuberculosis in vitro в
присутствии
антибактериального
агента
Генотипические методы
определения
лекарственной
устойчивости
• Обнаружение мутаций в
генах, связанных с
развитием
лекарственной
устойчивости