Гонки с микробами: наши шансы
Александр Николаевич Суворов, доктор медицинских наук, заведующий лабораторией генетики патогенных микроорганизмов ГУ НИИ экспериментальной медицины СЗО РАМН (Санкт-Петербург). Занимается исследованием молекулярных механизмов патогенности бактерий, в частности факторов вирулентности стрептококков, а также изучением свойств про-биотиков и механизмов, обеспечивающих их действие. Лауреат премии Российской академии медицинских наук за цикл работ по генетике стрептококков (в соавторстве с А.ВДмитриевым, 1998).
А.Н.Суворов
Вина бактерий в возникновении инфекционных заболеваний человека доказана еще в XIX в. В 20-м столетии с ними научились успешно бороться с помощью антибиотиков, что значительно увеличило среднюю продолжительность жизни человека. Это породило иллюзию, весьма распространенную и в наши дни: с возбудителями инфекций легко справиться, достаточно лишь подобрать соответствующий антибиотик.
Однако столь простая и понятная схема начала давать сбои, когда было обнаружено, что у бактерий формируется устойчивость (резистентность) к антибиотикам. Этот феномен стал распространяться подобно лесному пожару, запустив гонку микроорганизмов с фармацевтическими компаниями. Складывается впечатление, что человек, однажды включившись в борьбу с бактериями, не выдерживает темпов их эволюции и проигрывает. К тому же антибиотики (даже самые современные) нередко вызывают в организме человека серьезные побочные эффекты: могут поражать печень, почки, нервную систему, а псевдомембранозный колит или антибиотико-ассоци-ированная диарея оказались естественным следствием терапии многими антибиотиками [1].
Открытие структуры ДНК и методические возможности ге-номики и протеомики измени© Суворов А.Н., 2011
ли представление о микробном населении (микробиоме) нашего организма, значение которого для здоровья нельзя недооценивать*. В свете новых знаний старые схемы и концепции, основанные на антропоцентрической черно-белой системе координат (плохой — хороший микроорганизм или паразит — хозяин), оказались несостоятельными**. В настоящее время инфекции, вызванные высокопатогенными*** бактериями (такими как возбудители чумы, сибирской язвы или холеры), не составляют и долей процента в общей заболеваемости человека. Сейчас особое место заняли условно патогенные бактерии, которые подчас входят в состав
* Подробнее см.: Суворов А.Н. Полезные микробы — кто они? // Природа. 2009. №7. С.21—30.
** Подробнее см.: Суворов А.Н. А воз и ны-
не там // Природа. 2010. №11. С.60—65.
нормальной микрофлоры организма человека, что существенно затрудняет диагностику и терапию инфекционных болезней.
Каковы же перспективы лечения и профилактики инфекционных заболеваний, и в частности тех, которые вызваны грам-положительными бактериями?
Антибиотики
Очевидно, что исключать антибиотики из лекарственного арсенала нельзя, однако следует помнить о последствиях, причем не только о побочных эффектах и нарушении микробиоценоза организма, вызванных приемом
*** Болезнетворные микроорганизмы разделены на особо опасные, патогенные и условно патогенные; патоген-ность отнесли к их видовым признакам, а степень ее выраженности назвали вирулентностью.
Микрофотография штамма золотистого стафилококка VISA (от англ. vancomycin intermediate resistant culture Staphylococcus aureus), устойчивого к ван-комицину (http://phil.cdc.gov).
антибиотиков, но и о формировании устойчивости к ним у бактерий.
Известно, что эффективность антимикробного препарата ограничивается малым числом мишеней на бактерии: антибиотики нацелены в основном на аппарат белкового синтеза на рибосоме и клеточную стенку. С этим связана и задержка появления новых антибиотиков: последние два из них были зарегистрированы в США и Западной Европе еще в 2005 г., остальные — суще-
ственно раньше (табл.1). И дело тут не только в недостаточном финансировании исследований, но и в нежелании фармацевтических компаний поддерживать разработку новых препаратов с неизвестными рыночными перспективами.
Специальный комитет общества инфекционистов США указал на нехватку антимикробных препаратов в условиях возникновения новых патогенов с множественной лекарственной устойчивостью [2]. Конгресс США
Таблица 1
Динамика создания новых антибиотиков с 1991 по 2009 г.
Годы Количество новых антибиотиков Названия антибиотиков
1991-1995 26 Темафлоксацин, ломефлоксацин, диритромицин и др.
1996-2000 11 Меропенем, левофлоксацин, гатифлоксацин и др.
2000-2003 3 Линезолид, цефдиторен, гемифлоксацин
2003-2005 2 Тигециклин, даптомицин
2006-2010 0
был вынужден принять постановление, облегчающее и ускоряющее прохождение новых препаратов, а также удлиняющее патентные права на новые антибиотики, особенно обладающие новизной и способствующие борьбе с биотерроризмом [1].
На смену старым антибиотикам семейства оксазолидинонов, блокирующих белковый синтез бактерий, уже разработаны новые - TR-700 и RWJ-416457, которые в 2—4 раза активнее своего предшественника (линезоли-да) в отношении полирезистентных бактерий (стафилококков, энтерококков, стрептококков, Haemophilus influenzae, Moraxella catarrhalis), а также внутриклеточных паразитов (Chlamy-dia pneumoniae, Legionella pneumophila).
Возможно, и широко известный препарат ванкомицин скоро будет заменен на более эффективные оритавицин, далба-вицин и телавицин. Они также препятствуют формированию клеточной стенки бактерий, но несколько иначе, чем это делает ванкомицин, а телавицин кроме того деполяризирует мембрану бактерий, взаимодействуя с ее липидными компонентами. Эти свойства позволят новым препаратам преодолеть устойчивость бактерий к ванкомицину.
Новые антибиотики (телитро-мицин и цетромицин), относящиеся к кетолидам, по механизму действия сходны с эритромици-нами, однако прочнее связываются с 23S рибосомной РНК, обеспечивая более продолжительный лекарственный эффект.
В 2005 г. появился новый препарат, предназначенный для лечения осложненных кожных и кишечных (абдоминальных) инфекций, — тигециклин, который в 20 раз эффективнее всем известного тетрациклина, однако обладает существенными побочными эффектами.
В некоторых странах уже допущены к примененению аналоги пенициллинов и цефалоспо-ринов — карбапенемы, которые действуют на синтез пептидо-
(Fab2 или scFv)
SiРНК
лиганд
=г
SiРНК
Различные способы доставки препаратов на основе антисмысловых РНК ^1'РНК) внутрь бактериальной клетки: а — РНК, связанная с адаптором, б — с протамином, в — в составе липосомы, г — в наночастицах. PEG — полиэтиленгликоль, (Fab2, or scFv) — фрагменты антител, лиганд — различные молекулы (обычно пептиды, белки или участки антител, увеличивающие стабильность SiРНК).
а
5
гликана клеточной стенки как грамположительных, так и грам-отрицательных бактерий.
Даже из столь поверхностного обзора ясно, что эффективность новых, но нацеленных на «старые» мишени антибиотиков продлится недолго, так как патогенные бактерии легко приспособятся и к ним. Не решит проблему и смена бактериальных мишеней (сейчас активно разрабатывают препараты, нарушающие деление бактериальной клетки, биосинтез жирных кислот, ингибирующие гиразу или синтез липополисахарида), поскольку результат окажется тем же. Неизбежно и другое: новые мощные препараты угнетают нормальную микрофлору пациентов, и устойчивость болезнетворных бактерий к антибиотикам будет распространяться еще быстрее. Да и большинство таких препаратов еще далеки от завершения. Очевидно, что использование старых схем и подходов к терапии инфекций обречено на провал еще до введения новых препаратов в практику.
Новые подходы
Для эффективной терапии инфекций более целесообразен поиск веществ, действующих только на вирулентные штаммы бактерий. Для этого нужны точные методы микробиологической диагностики, позволяющие быстро выявлять патогенные бактерии и подбирать адекватную терапию.
Интересное направление такой адресной терапии — создание препаратов на основе антисмысловых РНК (одноцепочечных РНК, комплементарных мРНК клетки). Суть метода в том, что спаривание (гибридизация) искусственно созданных антисмысловых фрагментов РНК с мРНК-мишенью препятствует синтезу белков [3]. Это дает возможность блокировать синтез конкретных белков (токсинов), присущих исключительно патогенным бак-
териям. Однако до введения данной технологии в клиническую практику необходимо разобраться в патогенетических механизмах инфекционного процесса. Хорошо известно, что при многих бактериальных инфекциях патогены могут с легкостью «включать или выключать» группы генов вирулентности в зависимости от конкретной физиологической ситуации [4]. Поэтому мишени антисмысловых препаратов должны тщательно отбираться с учетом бактериальной специфики.
Наиболее сложная технологическая задача — доставка антисмысловой РНК в бактериальные клетки. Не секрет, что мРНК вообще и любые синтетические препараты РНК в частности, относятся к короткоживущим биомолекулам, поскольку служат субстратами для многочисленных вне- и внутриклеточных ферментов РНКаз. В настоящее время предложены различные способы защиты РНК в составе конъюга-тов с пептидами, в липосомах, а
также в наночастицах [5]. Однако клиническое применение антисмысловых РНК потребует точной предварительной диагностики возбудителя инфекции, и вряд ли такие препараты появятся в клиниках в ближайшее время.
Ведется также поиск веществ, блокирующих сигналы «чувства кворума», которые уменьшают устойчивость к катионным белкам, нарушают двухкомпонент-ные сигнальные системы, систему бактериальной резистентности (эффлюкс) или важные для определенных бактерий ферментные системы. Выяснилось, что ингибиторы киназ (Akt), разработанные в свое время в качестве противоопухолевых препаратов, уничтожают внутриклеточных патогенов S.typhimurium и M.tuberculosis. Ожидается, что лекарства c таким механизмом действия смогут специфически угнетать развитие бактерий, обладающих канцерогенным действием, например H.pylori [6].
Разработка препаратов, подавляющих сигналы «чувства кво-
QS RAP
QS AIPs пептиды
клеточная стенка
1 переключение
¥ с продук
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.