Antibiotikas un mikroorganismu rezistence

Antibiotikas

Definīcija

Pretmikrobu līdzekļi var būt divu veidu izcelsmes:

• dabīgi produkti,
• mākslīgi iegūtas vielas.

Antibiotiskās vielas ir dabīgas izcelsmes vielas, tās ir mikroorganismu, augu, dzīvnieku vai cilvēku šūnu metabolisma produkti, kam piemīt izteikta inhibējoša iedarbība uz mikroorganismiem. Citiem vārdiem - tās ir vielas, ko izdala dzīvas šūnas un kam ir pretmikrobu efekts.

Selektīvās toksicitātes princips

Pret mikroorganismiem darbojas arī vir-kne ķīmisku t. s. pretmikrobu preparātu. Pirmo reizi šādas parādības esamību novēroja un aprakstīja Pauls Ērlihs XIX gadsimta beigās - viņš konstatēja dažu krāsvielu inhibējošo ietekmi uz mikroorganismiem un ieguva pirmo ķīmijpreparātu salvarsānu pret tripanosomiāzi un sifilisu. Tādējādi P. Ērlihs ir atzīts par ķīmijterapijas pamatlicēju. Viņš izvirzīja galveno noteikumu pretmikrobu terapijas līdzekļiem - selektīvās toksicitātes principu. Tas postulē, ka ārstnieciskajam preparātam jābūt ar maksimālu inhibējošu iedarbību uz mikroorganismiem, bet tas nedrīkst negatīvi ietekmēt saimnieka organisma šūnas.

Strādājot klīniskajā praksē, speciālists galveno uzmanību pievērš ārstnieciskā līdzekļa pretmikrobu aktivitātei un darbības spektram, nevis tā izcelsmei. Tieši tāpēc kļūdaini tiek lietots termins "antibiotikas". Dzīvē ļoti bieži ar to apzīmē jebkuru pretmikrobu līdzekli, arī ķīmijpreparātus.

Protams, novilkt striktu robežu starp dabīgajiem un ķīmiskajiem (mākslīgajiem) preparātiem ir ļoti grūti. Piemēram, mikroorganismu antibiotikas var iegūt no dabīgajiem producentiem biosintēzes ceļā (t. i., no kultivētiem mikroorganismiem), bet pēc to struktūras atšifrēšanas var sintezēt arī ķīmiski.

Pussintētiskās antibiotikas

Praksē plaši tiek pielietotas t. s. pussintētiskās antibiotikas. Tas nozīmē, ka dabīgajam analogam tiek mākslīgi pievienotas kādas jaunas ķīmiskas grupas, radikāļi.

Ņemot to vērā, ieteicams biežāk lietot terminu "antimikrobiskie" jeb "pretmikrobu" līdzekļi, nevis "antibiotikas".

Ir trīs galvenās antibiotisko vielu producentu grupas:

• mikroorganismi (sēnes, aktinomicētes, baktērijas),
• dzīvnieku, cilvēku šūnas,
• augu šūnas.

Medicīnas praksē vislielākā nozīme ir mikroorganismu ražotajām antibiotiskajām vielām. Par visbiežāk lietotajiem preparātiem jāuzskata:

• beta laktāmi-penicilīni, S;
• cefalosporīni, kas ir sēņu produkti, un to galvenā aktivitāte ir antimikrobiskais efekts. Aktinomicēšu producēto antibiotisko vielu darbības spektrs ir plašāks - tām raksturīga trīs veidu aktivitāte: antibakteriāls, pretsēņu un pretaudzēju efekts. Kā piemērus var minēt daudzus populārus ārstnieciskus preparātus:
• tetraciklīni,
• aminoglikozīdi,
• makrolīdi u. c. plaši lietoti pretmikrobu līdzekļi,
• nistatīns,
• flukanazols,
• amfotericīns u. c. pretsēņu līdzekļi,
• aktinomicīns D,
• mitomicīns u. c., kas tiek lietoti onkoloģiskajās klīnikās.

Lai gan baktērijas bija pirmā mikroorganismu grupa, no kuras izdalīja vielas ar antibakteriālu aktivitāti (tas notika jau XIX gadsimta vidū), popularitāti tās neiekaroja un arī šodien pielietojums ir stipri ierobežots. Tas izskaidrojams ar diviem faktoriem. Pirmkārt, preparātu aktivitāte nav augsta, otrkārt, bieži tās ir salīdzinoši toksiskas.

Par biežāk lietojamo no baktērijām iegūto antibiotisko vielu uzskata kolistīnu - Bacillus polymyxa produktu, ko lieto pret rezistentām Gram-negatīvām baktērijām.

No cilvēka un dzīvnieku organisma ir izdalīta arī virkne aktīvu vielu: lizocīms, eritrīns, ekmolīns u. c., bet plaša klīniska pielietojuma tiem nav, jo to pretmikrobu aktivitāte nav augsta.

Augu izdalītās gaistošās antibiotiskās vielas sauc par fitoncīdiem, un tās ir populāras kā tautas medicīnas līdzekļi, īpaši iecienīti ir ķiploki un sīpoli kā fitoncīdu avots. No augiem ir iegūti arī atsevišķi preparāti, piemēram, hlorofilipts no eikaliptiem - to iesaka deguna attīrīšanai no S. aureus - un daži citi.

Antimikrobisko līdzekļu darbības mehānismi

Antimikrobisko līdzekļu darbības pamatā ir kādu vitāli svarīgu mikroorganisma šūnas funkciju nomākšana. Ir zināmi vairāki antibiotisko vielu un citu antimikrobisko preparātu iedarbības mehānismi uz mikroorganismu šūnām. Tie ir šādi:

• šūnas sienas sintēzes inhibīcija;
• proteīnu sintēzes inhibīcija;
• nukleīnskābju sintēzes un funkciju inhibīcija;
• citoplazmatiskās membrānas alterācija;
• citi mehānismi, kā folskābes sintēzes nomākšana utt.

Tas nenozīmē, ka nevar iedarboties arī uz citām mikroorganismu struktūrām un funkcijām. Pašreizējā situācijā, kad daudzi mikroorganismi ir kļuvuši nejutīgi pret ilgstoši lietotajiem "klasiskajiem" pretmikrobu preparātiem, intensīvi notiek jaunu preparātu meklējumi. Viens no variantiem ir jaunu mērķu šūnā meklējumi.

Mikroorganismu rezistence

Mikroorganismu rezistence - konkrētas mikroorganismu sugas nejutīgums pret medikamentu - ir kļuvusi par vienu no mūsdienu medicīnas centrālajām problēmām. Termins "mikroorganismu rezistence pret antibakteriālajiem preparātiem" ir garš un grūti lietojams. Angļu valodā saka "antimicrobial resistance" (antimicrobials - pretmikrobu preparāti), tāpēc arī latviski ieviešas termins "antimikrobiskā rezistence". Tomēr šādu vārdkopu nedrīkstētu lietot, jo tā rada pretēju priekšstatu - par rezistenci pret mikroorganismiem. Pieļauju iespēju lietot terminu "antibiotikrezistence", kaut arī ar zināmām iebildēm.

Medicīnā izmanto ne tikai antibiotikas - tātad termins "antibiotikrezistence" var tikt lietots tikai nosacīti. Daļai mikroorganismu rezistence pret kādu zāļu vielu ir dabiska īpašība, jo antibakteriālie preparāti nav universāli, tie darbojas tikai pret noteiktām mikroorganismu grupām, ne visām. Šī ir tā saucamā primārā rezistence, dabīga parādība, kas speciālus komentārus un izpēti neprasa.

Nesalīdzināmi svarīgāka un teorētiski interesantāka ir sekundārā rezistence. Sekundārā rezistence ir iegūta, tā mikroorganismu pa saulē radās tikai pēc tam, kad cilvēki sāka lietot pretmikrobu preparātus. Šī parādība zināma jau sen. Jau pašos ķīmijterapijas sākumos novēroja, ka mikroorganismi, kas sākotnēji bija jutīgi pret preparātu, ar laiku šo jutīgumu zaudēja. Sākoties antibiotiku ērai XX gadsimta 40. gados, sākās arī intensīva mikroorganismu rezistences veidošanās pret tām. Līdz pat mūsu dienām mikroorganismu rezistence turpina veidoties un izplatīties ar pieaugošu intensitāti.

Rezistences veidošanās spēja dažādām mikroorganismu sugām ir dažāda. Viens no raksturīgajiem ātras rezistences veidošanās piemēriem ir stafilokoku rezistence pret penicilīniem. Par penicilīna atklājēju tiek uzskatīts angļu bakteriologs Flemings, bet kopš 1928. gada, kad viņš konstatēja penicilīna esamību, pagāja 12 gadu, līdz Florī un Čeins ieguva tīru preparātu un ieviesa to klīniskajā praksē. Tātad antibiotiku ēra sākās 1941. gadā.

Penicilīnam bija neticami panākumi. Tas lieliski darbojās pret virkni mikroorganismu, īpaši Gram-pozitīvajiem kokiem - stafilokokiem, streptokokiem u. c. Tomēr drīz vien parādījās informācija par to, ka stafilokoki var zaudēt savu sākotnējo jutību pret medikamentu.

Stafilokoku rezistences mehānisms

Jau 1944. gadā publicēti pirmie ziņojumi, ka izolēti rezistenti stafilokoku celmi, bet 1948. gadā to daudzums dažās slimnīcās jau sasniedza 65-85%. Ļoti ātri noskaidrojās stafilokoku rezistences mehānisms. Tika atklāts, ka mikroorganismi sāk izstrādāt penicilīnu graujošu fermentu b-laktamāzi (penicilināzi). Penicilīna struktūras pamatā ir ciklisks savienojums b-laktāma gredzens, ko ferments hidrolizē.

Rūpīga darba rezultātā zinātnieki 1960. gadā radīja jaunus penicilīnu grupas preparātus. Tie bija t. s. otrās paaudzes penicilīni, kas nav jutīgi pret b-laktamāzēm. Pie tiem pieder:

• meticilīns,
• nafcilīns,
• oksacilīns.

Diemžēl šoreiz mikroorganismu reakcija bija vēl ātrāka - jau tajā pašā gadā tika izdalīti pirmie meticilīnrezistentie stafilokoki. (Praksē vairāk lieto terminu "meticilīnrezistence", kaut arī to varētu saukt par "oksacilīnrezistenci", jo praktiskā laboratorijā rezistenci parasti nosaka ar oksacilīna diskiem.)

Meticilīnrezistentie stafilokoki - S. aureus (MRSA) un koagulāzes negatīvie stafilokoki, no kuriem vadošais ir S. epidermidis (MRSE), kļuvuši par nopietnu problēmu veselības aprūpes darbiniekiem. Īpaši nozīmīgi tie ir slimnīcās, jo pieder pie galvenajiem nozokomiālajiem patogēniem.

 Šiem stafilokokiem ir cits rezistences mehānisms - šūnā ir izmainīts penicilīnu saistošais proteīns (penicillin binding protein - PBP). Parasto PBP-2, pie kura piesaistās b-laktāmu antibiotikas, aizstāj mainīts proteīns, ko apzīmē ar PBP-2a. Tā veidošanos nosaka mec gēns jeb mec determinante. Turklāt MRS ļoti viegli iegūst polirezistenci - tā ir parādība, kad mikroorganisms kļūst nejutīgs pret vairākām medikamentu grupām. Uzskata, ka par polirezistentu dēvējams mikroorganisms, kas ir nejutīgs pret vismaz divām trim antibakteriālo preparātu grupām.

Rezistenci labi veido arī Gram-negatīvās nūjiņveida baktērijas - dzimtu Enterobacteriaceae un Pseudomonadaceae pārstāvji, arī tuberkulozes mikobaktērijas u. c.

Kā skaidrot mikroorganismu rezistences parādību?

Rezistenci var analizēt no diviem aspektiem: bioķīmiskā un ģenētiskā. Pārmaiņas mikrobu ģenētiskajā informācijā (tā ir cēloņparādība) rada jaunu bioķīmisku mehānismu šūnā, kas nodrošina rezistenci (seku parādība).

Rezistences bioķīmiskie aspekti

Rezistento mikroorganismu izpēte parādījusi, ka ir četri galvenie bioķīmiskie mehānismi, kas nodrošina baktēriju rezistenci pret antimikrobiskajiem preparātiem.

• Graujošu un modificējošu enzīmu izstrāde. Visvairāk pētītas ir mikroorganismu b-laktamāzes, kas sagrauj b-laktāma gredzenu penicilīnos, cefalosporīnos u.c. b-laktāmos. Graujošs efekts ir arī hloramfenikolacetiltransferāzei u. c. enzīmiem. Lai rastos rezistence, ne vienmēr medikaments jāsagrauj. Pietiek to mainīt, modificēt, lai tas nespētu darboties. Tādā veidā rezistenci nodrošina aminoglikozīdus acetilējošie, fosforilējošie, adenilējošie enzīmi, ko spēj producēt stafilokoki, streptokoki u. c. mikroorganismi.
• Mainās "mērķis" šūnā, proti, struktūra, receptors, pie kuras antibakteriālais preparāts piestiprinās. Piemēram, meticilīnrezistento stafilokoku darbības pamatā ir penicilīnu saistošā proteīna PBP maiņa mikroba šūnā, kuras dēļ antibiotika nevar sākt darboties.
• Baktērijas spēj mainīt citoplazmatiskās membrānas (CM) poru caurlaidību, neielaižot šūnā nevēlamas vielas no vides, t. sk. antibakteriālos preparātus. Poras var būt arī pavisam slēgtas. Šis ir funkcionāls, īslaicīgs mehānisms, bet jāatceras, ka daudzas Gram-negatīvās baktērijas to izmanto, tāpēc ir svarīgi ievērot terapijas kursa ilgumu, lai baktērijas aizietu bojā. CM ir mikrobu šūnas selektīvās caurlaidības regulētājs. Bez poru lieluma maiņas te darbojas arī speciāli proteīni, kas spēj selektīvi izvadīt kaitīgas molekulas, ja tās iekļuvušas šūnā. To sauc par efluksa jeb sūkņa mehānismu. Tādā veidā tiek izvadīti arī antibakteriālie preparāti.
• Mikroorganismi spēj mainīt savas bioķīmiskās reakcijas un izslēgt no aprites pret antibakteriālu preparātu jutīgu bioķīmisko ķēdi. Viens no mērķiem, pret ko vēršas medikamenti, piemēram, ķīmijpreparāti - trimetoprims, sulfonamīdi - ir folskābes sintēze. Sulfonamīdi inhibē fermentu dihidropteroātsintetāzi, kas darbojas folskābes sintēzes procesā. Lai izdzīvotu, baktērijas šo ķēdi aizvieto ar citu un citiem fermentiem, kas ir nejutīgi pret preparātiem.

Rezistences ģenētiskie aspekti

Ģenētiskā aspektā rezistence var būt saistīta vai nu ar izmaiņām mikroorganisma genomā, vai arī rezistences gēni tiek iegūti no ārienes ar mobilo ģenētisko elementu palīdzību. Tātad mikroorganismu rezistenci klasificē vai nu kā hromosomālu, vai ekstrahromosomālu.

Hromosomālā rezistence rodas mutāciju ceļā. Jebkurā vidē ir dabiski mutagēni faktori. Spontāno mutāciju vidējais biežums mikroorganismu pasaulē ir viena mutācija uz 107-1012 dalīšanos. Ja mutācija skar lokusu, kas atbild par jutību pret doto medikamentu, spontāni var izveidoties rezistenta baktērija. Tā ir nejaušība! Turpmāk šīs rezistentās baktērijas var selekcionēties, ja nonāk apstākļos, kur darbojas antibiotikas, kas sekmē jutīgās floras bojāeju. Mutāciju ceļā var rasties jebkurš no iepriekš minētajiem četriem bioķīmiskajiem rezistences mehānismiem. Mutāciju rezistence nav vadošais mehānisms mikroorganismu rezistences veidošanā. Vairākumā gadījumu mutantam ir vēl kādas mainītas īpašības, kas mazina tā izdzīvošanas spē ju, un tāpēc tas aiziet bojā.

Tieši šā iemesla dēļ vadošā ir ekstrahromosomālā rezistence. Šo rezistenci nosaka eksogēnisks ģenētisks materiāls, ko baktērija inkorporē savā struktūrā. Kā jau minēts, mutācijas baktēriju pasaulē nenotiek regulāri un bieži, tāpēc rezistenci nenodrošina, bet mikroorganismi bieži ir ieinteresēti iegūt rezistenci.

Antibiotiskās vielas ir dabīgi produkti, un pašiem producentiem ir rezistence pret tām, tātad tie satur rezistences (R) gēnus, kas arī uzlūkojami par dabiskiem. Bet rezistence ir nepieciešama arī citiem mikroorganismiem, kas apdzīvo to pašu ekoloģisko nišu. Tāpēc ir dabīgi izveidojies gēnu apmaiņas mehānisms, ar kura palīdzību baktērijas spēj iegūt rezistences (R) gēnus un kļūt nejutīgas pret attiecīgo antibiotiku. Daži no R gēniem ir atrodami tikai baktērijas hromosomā, kamēr citi lokalizējas mobilajos ģenētiskajos elementos - transpozonos un plazmīdās.

Ģenētiskas rekombinācijas

Gēnu apmaiņa starp baktērijām notiek t. s. ģenētisko rekombināciju ceļā. Ir zināmi trīs ģenētisko rekombināciju mehānismi.

• Transformācija - svešas DNS fragmenta iekļaušana baktērijas struktūrā, ar to aizstājot esošo homoloģisko gēnu.
• Transdukcija - svešas DNS pārnešana no vienas baktērijas uz otru ar bakteriofāga palīdzību.
• Konjugācija - uzlūkojama par galveno rezistences pārvades mehānismu baktēriju starpā. To var saukt arī par baktēriju krustošanos, kad pēc tieša divu baktēriju kontakta recipientbaktērija saņem ģenētisko materiālu no donora. Šis mehānisms raksturīgs Gram-negatīvajām baktērijām.

Ģenētisko izmaiņu mehānismi ir daudzveidīgi un sarežģīti, un to skaidrojums prasa atsevišķu publikāciju.

Mikroorganismu rezistences intensīvā veidošanās un rezistento formu straujā izplatība ir radījusi gan daudzas teorētiskas problēmas, kas pašlaik tiek aktīvi pētītas, gan arī izvirzījusi praktiskus uzdevumus jaunu pretmikrobu preparātu ieguvē.