Использование растительных средств, как один из перспективных способов воздействия на антибиотикорезистентность микроорганизмов

В статье рассматривается состояние проблемы антибиотикорезистентности, возможные механизмы развития устойчивости патогенных микроорганизмов, приводятся причины ее развития, перспективы использования растительных экстрактов, содержащих ингибиторы транспептидаз, для сдерживания резистентности.

В настоящее время проблем антибиотикорезистентности приобретает колоссальные масштабы. В развитых странах мира рост антибиотикорезистентности микроорганизмов рассматривают как угрозу национальной безопасности. Такая ситуация обусловлена, в первую очередь, более длительным течением инфекционных заболеваний, вызванных резистентными штаммами микроорганизмов, что чаще требует госпитализации и, соответственно, увеличиваются расходы на лечение больных. В таких случаях нередко оказываются малоэффективными антибактериальные препараты первой линии, что вынуждает врача прибегать к более дорогим, менее безопасным и не всегда доступным с экономической точки зрения антибиотикам второго и третьего ряда. Таким образом, рост частоты случаев инфекционной патологии, вызванной резистентными штаммами, сопровождается как ростом летальности больных, так и увеличением экономических затрат.

В новом докладе ВОЗ (2014г) «Устойчивость к противомикробным препаратам: глобальный доклад по эпиднадзору» [1] впервые рассматривается проблема устойчивости к противомикробным препаратам, включая антибиотики, на глобальном уровне. Эта серьёзная опасность уже не представляет собой лишь прогноз на будущее, поскольку она уже проявляется прямо сейчас в каждом регионе мира и может отрицательно сказаться на каждом, независимо от возраста, в каждой стране. По словам Помощника Генерального директора ВОЗ по безопасности здравоохранения доктора Кейджи Фукуда, в связи с отсутствием оперативных и согласованных действий многих заинтересованных сторон наш мир вступает в эпоху, когда антибиотики теряют эффективность, и обычные инфекции и небольшие травмы, которые можно было излечивать в течение многих десятилетий, сейчас могут снова убивать.

Если человечество сейчас не примет существенных мер для улучшения профилактики инфекций и не изменит методы изготовления, назначения и использования антибиотиков, наш мир будет всё больше и больше утрачивать достижения общественного здравоохранения в борьбе с инфекционными заболеваниями, и последствия этого бездействия будут опустошительны.

Исследования, проведенные нами еще в 2009 году в Алматинском регионе, показали, что резистентность к отдельным антибиотикам, например, пенициллинам, достигает 30-70% и более. Кроме того, нами были выявлены типичные ошибки, которые совершались со стороны больных во время лечения антибиотиками. Задержка с началом лечения, в основном, была обусловлена надеждой больного на саморазрешение инфекции без применения антибиотиков. Причинами отказа от приобретения антибиотиков были экономические факторы и опасения негативного воздействия антибиотиков на организм, а также существующие предрассудки в отношении медикаментозной терапии.

В ходе исследования были выявлены случаи изменения режима дозирования, чаще всего из-за несовпадения режима дозирования с режимом работы лиц, принимавших антибиотики. Имели место случаи пропуска приема дозы антибиотика, обусловленные опасением взаимодействия антибиотиков с алкоголем. Отмечался прием дополнительных доз антибиотиков, особенно в начале лечения, вследствие желания добиться скорейшего улучшения. Кроме того, пациенты в некоторых случаях досрочно прекращали антибиотикотерапию, объясняя это следующими причинами: развитие побочных эффектов, улучшение до завершения предписанного курса лечения, неоправданными ожиданиями. В числе немаловажных факторов, приводящих к досрочному прекращению антибиотиков, были названы органолептические свойства таблеток (вкус), их величина (затруднения при проглатывании) и др.

Проблема антибиотикорезистентности стоит перед исследователями практически с момента открытия антибиотиков. Прошло всего несколько лет со времени открытия и использования пенициллина, как ученые обнаружили пенициллин устойчивый штамм S.Aureus, распространенной бактерии, составляющей часть нормальной микрофлоры человека [2]. С того времени устойчивые штаммы возбудителей гонорреи, дизентерии и сальмонеллеза были выявлены во многих странах. С появления первого устойчивого штамма S.Aureus проблема устойчивости к антимикробным средствам выросла в большую угрозу общественному здравоохранению с глобальными экономическими, социальными и медицинскими последствиями, которые проходят через все экологические и этнические барьеры [3].

Проблема антибиотикорезистентности, как отмечалось выше, приобрела глобальные масштабы. Так, возбудитель туберкулеза, устойчивый ко многим лекарствам, уже не считается встречающимся только в одной стране или ассоциированным с ВИЧ, но уже обнаружен в странах восточной Европы, Африки и Азии, среди работников здравоохранения и в общей популяции. Растет количество устойчивых пневмококков и возбудителей малярии, что сопровождается миллионами смертей среди детского и взрослого населения. В большинстве стран юговосточной Азии около 98 % случаев гонорреи были мультирезистентными, тогда как в развитых странах около 60% госпитальных инфекций вызываются микробами, устойчивыми ко многим лекарствам. Такие возбудители, как ванкомицин-устойчивый энтерококк и метициллин-устойчивый S.Aureus, уже не являются госпитальными штаммами, а получили широкое распространение среди населения в целом [4]. Хотя многие антибиотики еще сохраняют свою активность, быстрое развитие устойчивости свидетельствует о том, что в ближайшем будущем они станут неэффективными. В случае туберкулеза это означает, что дешевые лекарства будут заменены на другие, стоящие в сто раз дороже.

В настоящее время пневмония остается одной из ведущих причин смертности в мире [3]. В 70% случаев возбудителем инфекции являются Streptococcus pneumoniae и Haemophilus influenza, которые проявляют устойчивость к антибиотикам первого ряда для лечения пневмонии. Раньше эти лекарства были эффективными и доступными, тогда как с появлением устойчивости лечение новыми препаратами стало слишком дорогим для большинства населения развивающихся стран [5].

Бактерии, вызывающие холеру и тифоидные заболевания, также являются устойчивыми. В 1990 г практически все изоляты, полученные от больных холерой проживающих в районе Нью-Дели, были чувствительными к таким недорогим лекарствам первого ряда, как фуразолидон, ампициллин, тетрациклин, ко-тримоксазол и кислоте налидиксовой. В 2000 г. большинство из этих препаратов оказались неэффективными и неспособными остановить распространение инфекции. Сальмонеллы и Шигеллы приспособились аккумулировать гены устойчивости, что привело к появлению штаммов, устойчивых к препаратом первого, второго, и даже третьего ряда. Без надлежащего лечения тифоидные заболевания – это серьезные и часто рецидивирующие инфекции, приводящие к смерти примерно 10% заболевших [6]. Ученые из США сообщили об исследовании антибиотикорезистентности 480 бактериальных изолятов из почвы к 21 наиболее часто применяемым природным и синтетическим антибиотикам. В среднем один вид бактерий был устойчив к 7,5 антибиотикам, тогда как некоторые показали устойчивость к 15 из них. Эта неожиданная находка свидетельствует о том, что резистентность к нескольким лекарствам скорее правило, нежели исключение для окружающих нас микроорганизмов [7].

Быстрое развитие резистентности может объясняться способностью бактерий обмениваться участками генов, т.е. устойчивость может передаваться от одних штаммов другим, и даже другим видам бактерий.

Как уже отмечалось выше, инновационные антибиотики достаточно редко появляются но фармацевтическом рынке. В недавнем исследовании ученые сообщили о попытке целенаправленного синтеза антибиотиков, предпринятой компанией GlaxoSmithKline's в течение 7 лет, начиная с 1995 г. они синтезировали порядка 360 новых соединений, из которых было отобрано 160 наиболее перспективных, из них только 26 соответствовали необходимым параметрам, в конечном итоге было получено 5 готовых соединений, но для производства препаратов не подошло ни одно из них. Следовательно, разработка новых соединений не оправдала своих надежд, и фармацевтическая компания перешла на улучшение свойств хорошо известных соединений [8].

Тем не менее, современная медицина уделяет особое внимание развитию антимикробных препаратов, в частности из растений. Это связано с тем, что традиционные антибиотики (продуктов микроорганизмов, и их синтезированных производных) стали неэффективными, а так же с тем, что новые вирусные заболевания остаются устойчивыми к этому виду лечения [9]. Другой фактор повышенного интереса к растительным антимикробным средствам - это наблюдающееся в последние 20 лет быстрое вымирание многих растений. Экологи, фитотерапевты и микробиологи считают, что множество потенциально полезных растительных экстрактов и фитопрепаратов могут быть безвозвратно потеряны [10]. И если фармацевтические компании производят в среднем 2 или 3 новых антибиотика в год, количество антибиотиков на стадии разработки и внедрения неуклонно снижается. Поэтому фармацевтические компании также заинтересованы в изучении новых антимикробных растительных препаратов.

Население большинства стран в последние годы также склонно избегать употребления традиционных лекарственных средств, в т.ч. и антибиотиков, отдавая предпочтение растительным средствам, как эффективным и безопасным.

Следует отметить, что механизмы устойчивости к антибиотикам изучены недостаточно хорошо. Тем не менее, предложено несколько путей развития резистентности. Одним из них является выработка ферментв - сортазы. Сортаза может быть универсальным защитным механизмом в грамм положительных бактериях. Грамм- положительные патогенные бактерии вырабатывают поверхностные протеины, которые играют важную роль в адгезии к отдельным тканям органов, в инвазии в клетки хозяина и в уклонении от иммунного ответа. Ассоциированные с вирулентностью протеины ковалентно связываются с клеточной стенкой посредством общего механизма сортировки, этот процесс катализируется семейством мембраноассоциированных транспептидаз, называемых сортазами [11].

Различные поверхностные протеины могут прикрепляются к клеточной стенке микробов с помощью транспептидазы сортазы. В случае S.Aureus, иммуноглобулины прикрепляются к поверхности микробов и маскируют их во время внедрения в ткани хозяина [12,13]. Отсутствие активности сортазы сопровождается неспособностью бактерий вызывать длительные инфекции. Таким образом, сортаза - это перспективная цель для идентификации ингибиторов и для эффективного лечения инфекций, вызванных грамм-положительными микробами. В этом направлении в последние годы ведется активный поиск путей воздействия на указанный фермент. Так, в одном исследовании ген сортазы, усиленный ПЦР из геномной ДНК S.Aureus АТСС 6538р был экспрессирован в E.Coli с последующим изучением ферментативных свойств сортазы. Кроме того, была исследована ингибирующая активность экстрактов некоторых лекарственных растений на чистую сортазу [9].

В другом исследовании было показано выраженное ингибирующее действие на сортазу метанолового экстракта из корневищ Coptis chinensis. Было описано выделение, структурная характеристика и биологическая активность действующего вещества [9].

Описано много других потенциальных ингибиторов сортазы, например, негидролизованного фосфинного пептидомиметического ингибитора фермента, полученного из участка субстрата LPXTG, экстракт Куркумы, бис-индольные алкалоиды губки Spongosoritessp, Aaptos aaptos, а также растительные флавоноиды из Rhus verniciflua [14,15].

Другим возможным механизмом развития устойчивости считается наличие выделяющего (выбрасывающего) насоса, который выводит антибактериальные вещества за пределы клетки. В частности, этот механизм был обнаружен у S.Aureus, Mycobacterium tuberculosis, Salmonella enterica, Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli. Эти насосы могут быть специфичны к одному виду веществ, либо действовать в отношении целых групп лекарственных средств [16,17]. Если у грамм- положительных бактерий эти структуры расположены на внутренней мембране, то у грамм- отрицательных они локализуюся на внешней мембране и имеют более сложное строение. Были получены растительные экстракты, ингибирующие этот насос, в частности, из Geranium, Claviceps purpurea, Chamaecyparis nootkatensis и др. [18-21].

Перспективным направлением в медицине и фармации является разработка растительных антимикробных препаратов для местного применения, которые должны заменить такие устаревшие средства, как мупироцин и фузидиевая кислота, к которым резистентность развивается почти сразу. Необходимо производить новые гели, мыла и скрабы, и использовать их для дезинфекции в стационарах. Например, Ретапамулин, полученный из грибков Pleurotus mutilus, уже рекомендован в США для лечения импетиго [22].

Учитывая наличие богатой флоры Казахстана, насчитывающей более 6000 лекарственных растений, наиболее перспективным направлением в решении проблемы антибиотикорезистентности может стать изыскание и разработка лекарственных средств из отечественного растительного сырья, содержащих ингибиторы транспептидаз (в частности, сортазы) и, тем самым, способствующих сдерживанию формирования устойчивости к антибиотикам. Это перспективное направление научных изысканий может стать прорывным как для отечественных исследователей, так и производителей лекарственных препаратов из местного растительного сырья.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Antimicrobial resistance: Global Report on surveillance 2014, WHO.
2. Cowan M.M. Plant Products as Antimicrobial Agent //Clin Microbiol Rev. - 1999. - 12. - P. 564-582.
3. WHO, World Health Report 2003 // World Health Organization. - Geneva. - Switzerland. - WHO Publications Office. - 2003. - P. 1-50.
4. Witte W, Cuny C, Strommenger B, Braulke C, Heuck D. Emergence of a new community acquired MRSA strain in Germany // Euro Surveill. - 2004. - 9. - P. 1-2.
5. Hsieh YC, Hsueh PR, Lu CY, Lee PI, Lee CY, Huang LM. Clinical manifestations and molecular epidemiology of necrotizing pneumonia and empyema caused by Streptococcus pneumoniae in children in Taiwan // Clin Infect Dis. - 2004. - 38. - P. 830835.
6. Anderson AD, Nelson JM, Rossiter S, Angulo FJ. Public health consequences of use of antimicrobial agents in food animals in the United States // Microb Drug Resist. - 2003. - 9. - P. 373-379.
7. Ben Shen, Sheo Singh. Antibiotic Resistance in Environmental Organisms // Chemistry & Biology. - 2007. - 14. - P. 11021103.
8. David Pompliano. Antibacterial Discovery: It's Not about the Target // Chemistry & Biology. - 2007. - 14. - P. 1103-1104.
9. Soo-Whan Kim, Il Moo Chang, Ki-bong Oh. Inhibition of the bacterial surface protein anchoring transpeptidase sortase by medicinal plants // Biosci. Biotechnol.Biochem. - 2002. - 66(12). - P. 2751-2754.
10. Cowan M.M. Plant products as antimicrobal agents // Clin. Microbiol. Rev. - 1999. - 12. - P. 564-582.
11. Mazmanian S.K., Liu G., Ton-That H. Staphylococcus aureus sortase, an enzyme that anchors surfase proteins to the cell walls // Science. - 1999. - 285. - P. 760-763.
12. Kirkwood M.L. Catalyzing camouflage //Trends Microbiol. - 2000. - 8. - P.13.
13. Uhlen M., Guss B., Nilsson B., Gots F. Expression of the gene encoding protein A in Staphylococcus aureus and coagulase negative Staphylococci //J. Bacteriol. - 1994. - 159. - P. 713-719.
14. Ryan G. Kruger, Salim Barkallah, Brenda A. Frankel and Dewey G. McCafferty. Inhibition of the Staphylococcus aureus sortase transpeptidase SrtA by phosphinic peptidomimetics // Bioorganic & Medicinal Chemistry. - 2004. - 12. - P. 3723– 3729.
15. Kyoung Hwa Jang, Soon-Chun Chung, Jongheon Shin, So-Hyoung Lee. Aaptamines as sortase A inhibitors from the tropical sponge Aaptos aaptos // Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. - 2007. - 17. - P. 5366–5369.
16. Kaatz GW, Seo SM, Ruble CA. Efflux-mediated fluoroquinolone resistance in Staphylococcus aureus //Antimicrob Agents Chemother. - 1993. - 37. - P. 1086–1094
17. Colangeli R., Helb D., Sridharan S., Sun J., Varma-Basil M., Hazbón M.H. et al. The Mycobacterium tuberculosis iniA gene is essential for activity of anefflux pump that confers drug tolerance to both isoniazid and ethambutol // Mol. Microbiol. - 2005. - 55. - P. 1829–1840.
18. Stermitz F.R., Cashman K.K., Halligan K.M., Morel C., Tegos G.P., Lewis K. Polyacylated neohesperidosides from Geranium caespitosum: bacterial multidrug resistance pump inhibitor s // Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2003. - 13. - P. 1915– 1918.
19. Smith E.C.J., Williamson E.M., Kaatz G.W., Gibbons S. Antibacterials and modulators from immature cones of Chamaecyparis lawsoniana // Phytochemistry. - 2007. - 68. - P. 210–217.
20. Lechner D., Gibbons S., Bucar F. Modulation of isoniazid susceptibility by flavonoids in Mycobacterium // Phytochem Lett. - 2008. - 11. - P. 756-760.
21. Rahman M.M., Garvey M., Piddock L.J.V., Gibbons S. Antibacterial terpenes from the oleo-resin of Commiphora molmol (Engl.) // Phytother Res. - 2008. - 7. - P. 453-456.
22. Jones R.N., Fritsche T.R., Sader H.S., Ross J.E. Activity of retapamulin (SB-275833), a novel pleuromutilin, against selected resistant Gram positive cocci // Antimicrob Agents Chemother. - 2006. - 50. - P. 2583–2586.