Персистенция вирусов и ее механизмы

Обновлено: 16.04.2024

Персистентные инфекции в легких. Латентная инфекция в легких.

В последнее десятилетие в центре внимания исследователей различного профиля находятся сложные формы воспаления, явно отступающие от общепринятых канонов острых защитных реакций и характеризуемые своеобразными дисбалансами иммуноглобулинов и цитокинов. Эти формы воспаления характерны, прежде всего, для вирусной персистенции. Персистенция (постоянство, упорство) - понятие достаточно широкое и неоднозначное, которое, по современным представлениям, включает в себя несколько подвариантов: персистентная, латентная, хроническая и медленная инфекции, а также бессимптомное вирусоносительство.

Персистентными называют инфекции, при которых вирус либо его антигены в течение продолжительного времени обнаруживаются в организме человека. Указанное пребывание сопровождается определенными специфическими иммунологическими сдвигами. Клинические проявления заболевания могут быть выраженными, слабыми либо маскироваться симптомами общего хронического заболевания (кашель, слабость, субфебрилитет, одышка и т.д.), что нередко наблюдается у больных с хронической обструктивной болезнью легких и бронхиолите с облитерацией при нерсистенции респираторно-синцитиального вируса.

Латентная инфекция - это практически пожизненная инфекция, при которой вирус (чаще герпес) находится в наиболее тесном взаимодействии с геномом клетки и пребывает преимущественно то в дефектной (ДНК-транскрипт), то в полной инфекционной форме, что соответствует ремиссии и обострению. Активация латентной инфекции происходит, как правило, под влиянии других инфекций (чаще грипп), переохлаждения, перегрева, солнечной радиации, психических травм и т.д.

Наиболее типичным примером хронической инфекции является инфекция, вызываемая аденовирусами. Для нее характерна частая смена клинических ремиссий и обострений, но относительно благоприятный прогноз при своевременном и правильном лечении.

Медленная инфекция - имеет неизбежно летальный исход, характеризуется многомесячным или даже многолетним инкубационным периодом с последующим медленным, но неуклонным развитием симптомов заболевания (вирусы СПИД и спонгиозных энцефалитов).

Классификация вирусной персистенции весьма условна. При наличии отличительных свойств многие ее формы имеют общие черты: при всех вариантах весьма распространено формирование дефектных форм вируса, их тесное взаимодействие с геномом клетки-хозяина, чередование фаз обострения и клинической ремиссии. Вероятны переходы одной разновидности персистенция в другую, например персистентной инфекции в латентную или хроническую.

Как показали исследования, проведенные в Государственном научном центре пульмонологии (МЗ РФ), персистенция достаточно широко распространена не только при хронической, но и острой бронхолегочной патологии. При тяжелых полисегментарных пневмониях и острых абсцессах нередко отмечается замедленная элиминация респираторных вирусов и их компонентов из организма больного, что подтверждается и более длительными сроками образования специфических противовирусных иммуноглобулинов класса М и G. Персистенция сопровождается низкими показателями клеточного иммунитета (прежде всего Т-активные клетки), натуральной киллерной активности, всех видов интерферона. Иммуносупрессия, обусловленная вирусами, способствует более выраженной активации бактериальной флоры как аэробного, так и анаэробного плана.

При затяжных и рецидивирующих бронхитах, особенно с явлениями бронхоспазма, вирусы и вирусные компоненты удается обнаружить до 1,5-2 месяцев от начала заболевания. Их элиминация прямо коррелирует с исчезновением признаков воспаления бронхов.

При хронической обструктивной болезни легких и бронхиолите с явлениями облитерации у детей респираторно-синцитиальный вирус чрезвычайно часто выявляется как в период обострения, так и относительной клинической ремиссии.

У больных с ЛОР-патологией: аденоидитами, хроническими тонзиллитами и отитами основным персистирующим агентом является аденовирус. При одновременном наличии аденоидитов и шейных лимфоденитов чаще всего наблюдается ассоциация хронических аденовирусных и микоплазменных инфекций.

Особенности воспалительных реакций организма при вирусной персистенции чрезвычайно разнообразны, весьма вариабельны и зависят от громадного количества факторов, определяемых как макро-, так и микроорганизмами.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Длительный период персистенции и выделения описан для целого ряда респираторных вирусов, включая SARS-CoV [1] и MERS-CoV [2]. Для SARS-CoV-2 также с самого начала пандемии описаны случаи персистенции вируса в дыхательных путях, что подтверждалось положительными результатами теста на РНК вируса методом амплификации нуклеиновых кислот [3, 4]. В одном из ранних исследований, проведенных Zhou F. et al. (2020), средняя продолжительность выделения вируса составила 20 дней у выживших пациентов, однако у умерших в стационаре больных вирус выделялся вплоть до летального исхода. Максимальный период выделения SARS-CoV-2 в этом исследовании составил 37 дней [5].

В более поздних исследованиях медиана продолжительности выделения вируса достигла 31 дня от начала заболевания, при минимальной продолжительности 18 дней и максимальной – 48 [6]. В работе Carmo А. et al. (2020) в группе из 94 пациентов с положительным ПЦР-тестом среднее число дней между первым и последним положительным тестом составило 32,55±9,6 [7]. Vibholm L.K. et al. (2021) показали, что РНК SARS-CoV-2 может обнаруживаться в мазках со слизистой рото- и носоглотки вплоть до 105 дней после клинического выздоровления. Одновременно у пациентов обнаруживался более высокий уровень активности специфических CD8 T-лимфоцитов, что позволяет предположить продолжающуюся стимуляцию иммунного ответа в условиях персистенции вируса [8].

Li N. et al. (2020) проанализировали данные 22 пациентов с лабораторно подтвержденной коронавирусной инфекцией COVID-19. У всех отмечалось клиническое выздоровление, положительная динамика по данным компьютерной томографии (КТ) органов грудной клетки, отсутствие необходимости в продолжении терапии. В то же время во всех случаях было выявлено длительное, в течение более чем 50 дней после выздоровления, обнаружение РНК SARS-CoV-2 в мазках из верхних дыхательных путей. Средний период выделения вируса составил 76, максимальный – 112 дней [9].

Опубликованы результаты исследований, в которых описаны случаи длительного, вплоть до 4 мес, обнаружения SARS-CoV-2 в материале из верхних дыхательных путей в количественном ПЦР-тесте [10]. В исследовании Salmon-Ceron D. et al. (2020) ПЦР-тест мазков из носоглотки на SARS-CoV-2 RT-PCR через 2 мес после начала заболевания был положительным у 11 из 43 пациентов и у 3 пациентов оставался положительным через 3 мес от начала заболевания [11].

Хотя SARS-CoV-2 преимущественно передается воздушно-капельным путем и клинически проявляется поражением органов дыхания, следует помнить о том, что ввиду широкого распространения рецепторов АПФ2 в организме новая коронавирусная инфекция COVID-19 является системной инфекцией. Вовлечение ЖКТ в патологический процесс определяет значимость передачи вируса через фекалии. В систематическом обзоре 55 исследований (1348 пациентов) получены данные об обнаружении вируса почти в половине образцов кала. Более того, положительный результат ПЦР-теста образцов кала (медиана 19 дней) определялся достоверно дольше, чем положительный ПЦР-тест респираторных образцов [12]. В другом метаанализе более чем в половине образцов фекалий вирус обнаруживался в течение периода до 70 дней от начала заболевания и в течение 33 дней после того, как он уже не определялся в респираторных образцах [13].

В исследованиях Park S.K. et al. (2020), Wu Y. et al. (2020) продемонстрировано, что SARS-CoV-2 может выделяться с фекалиями в течение периода до 4 мес независимо от наличия или отсутствия у пациента ЖКТ-симптомов [14, 15]. Выявлено присутствие РНК и белков SARS-CoV-2 в течение 4 мес после начала заболевания в тонком кишечнике 50% пациентов с COVID-19 при отсутствии каких-либо симптомов [16]. Инфекционность вируса, выделяемого с фекалиями, к настоящему времени до конца не определена, однако присутствие вируса в фекалиях пациентов с COVID-19 свидетельствует о значимости фекально-орального пути его передачи [17].

Таким образом, к настоящему времени в ряде исследований показана возможность длительной персистенции SARS-CoV-2 в организме человека, что может быть причиной ряда иммунных реакций, способствующих развитию лонг-ковида.

Факторы, способствующие персистенции вируса

Предположительно длительному выделению вируса могут способствовать несколько факторов. Одним из них ряд авторов считает тяжесть заболевания в остром периоде. Так, в одном из исследований было показано, что медиана продолжительности обнаружения вируса в образцах из дыхательных путей у больных с тяжелым течением острого периода COVID-19 (21 (14–30) день) была значимо дольше, чем у пациентов с легким течением болезни (14 (10–21) дней; p=0,04) [18]. Эти результаты коррелируют с данными о более длительном выделении вируса у пациентов, находившихся в отделении реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ), в сравнении с пациентами, госпитализированными в инфекционные отделения [19]. Кроме того, вирусная нагрузка у пациентов с тяжелым течением заболевания была значимо выше (.

На уровне макроорганизма основные формы вирусных поражений принципиально не отличаются от таковых, наблюдаемых при инфицировании вирусами отдельных клеток.

Продуктивная вирусная инфекция с образованием дочерних популяций и характерными клиническими проявлениями возможна лишь при наличии в заражённом организме чувствительных клеток, в которых осуществляется репродуктивный цикл возбудителя. Например, возбудитель полиомиелита может реплицировать только в клетках ЖКТ и ЦНС приматов и человека.

Абортивная инфекция развивается при проникновении возбудителя в нечувствительные клетки (например, при попадании вируса лейкоза коров в организм человека) либо в клетки, не способные обеспечить полный репродуктивный цикл (например, находящиеся в стадии клеточного цикла G0). Способность клеток к поддержанию вирусспецифических репродуктивных процессов также подавляет ИФН, противовирусный эффект которого направлен против самых различных вирусов.

Персистирующая вирусная инфекция возникает при таком взаимодействии между вирусом и заражённой клеткой, когда в последней продолжается выполнение собственных клеточных функций. Если заражённые клетки делятся, образуется инфицированный клон. Таким образом, увеличение числа заражённых клеток способствует увеличению общей популяции возбудителя в организме. Тем не менее персистирующие вирусные инфекции обычно нарушают функции клеток, что в конце концов приводит к клиническим проявлениям. У человека развитие персисти-рующих инфекций в определённой степени зависит от возраста. Например, внутриутробное заражение вирусом коревой краснухи или цитомегаловирусом (ЦМВ) приводит к ограниченному по времени персистированию возбудителя. Появление симптоматики связано с возможностью плода развивать иммунные реакции на инфекционный агент.

Латентная (скрытая) вирусная инфекция. В то время как персистирующие инфекции сопровождаются постоянным высвобождением дочерних вирусных популяций, при латентных поражениях они образуются спорадически. Репродуктивный цикл подобных возбудителей резко замедляется на поздних стадиях и активируется под влиянием различных факторов. Латентные инфекции характерны для большинства герпесвирусов, вызывающих рецидивирующие и обычно не прогрессирующие заболевания.

Дремлющая (криптогенная) вирусная инфекция — форма проявления вирусной инфекции при которой возбудитель в неактивном состоянии находится в отдельных очагах (например, в нервных ганглиях). Клинически инфекция проявляется лишь при резком ослаблении защитных сил организма. Например, вирус герпеса 3 типа, вызывающий при первичном заражении ветряную оспу, пожизненно сохраняется в организме. Рецидив заболевания в форме опоясывающего лишая возможен лишь при нарушениях иммунного статуса (наиболее часто в пожилом возрасте).

Медленные вирусная инфекции характеризуются длительным инкубационным периодом (месяцы и годы), в течение которого возбудитель размножается, вызывая всё более явные повреждения тканей. Первоначально возбудитель размножается в ограниченной группе клеток, но постепенно инфицирует всё большее их число. Заболевания заканчиваются развитием тяжёлых поражений и смертью больного. К медленным вирусным инфекциям относят подострый склерозирующий панэнцефалит, ВИЧ-инфекцию и др.

Высокий уровень смертности от инфекционных болезней в значительной степени опосредован повсеместным и бесконтрольным использованием антибиотиков, что привело к появлению лекарственно-резистентных штаммов бактерий. Быстрая эволюция резистентности бактерий к антимикробным препаратам является серьезным вызовом для современного здравоохранения, обусловливает необходимость создания новых антибиотических средств, а также активизации изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе формирования устойчивости микроорганизмов. Одним из таких механизмов является бактериальная персистенция, которая проявляется образованием в микробной культуре клеток-персисторов, являющихся фенотипическим вариантом изогенной популяции. Персистенция бактерий может возникать самопроизвольно, независимо от воздействия антимикробных средств или причин, связанных с окружающей средой (недостаток питательных веществ, окислительный стресс или гипоксия). Эта небольшая по численности генерация клеток способна сохранять жизнеспособность даже в присутствии антимикробных средств в концентрациях, многократно превышающих терапевтические. Наличие в организме персисторных клеток патогенных бактерий снижает эффективность антибиотического лечения не в связи с генотипической лекарственной устойчивостью микроорганизма, а вследствие наличия фенотипической резистентности клеток-персисторов. Различие принципиальное, поскольку персисторы нечувствительны ко всем антибиотикам и для их эрадикации необходима разработка принципиально новых антимикробных стратегий. Клетки-персисторы представляют собой фенотипические варианты материнской культуры бактерий, которые присутствуют во всех популяциях микроорганизмов, а после наступления благоприятных условий способны рекультивироваться и сформировать новую генерацию вегетативных бактерий. В обзоре рассмотрены современные концепции молекулярно-генетических механизмов персистенции бактерий с акцентом на их клиническом значении для возникновения персистирующих инфекций, а также обсуждаются инновационные технологии эрадикации устойчивых клеточных форм микроорганизмов.

Ключевые слова

Введение

Вскоре после открытия и триумфального применения для лечения бактериальных инфекций антибиотиков, ознаменовавших начало новой исторической эпохи в медицине, американский микробиолог Gladys L. Hobby (1942) впервые обратила внимание на загадочное явление — отсутствие полной стерилизации пенициллином культуры S. aureus [1]. Небольшая выжившая часть клеток продолжала оставаться жизнеспособной, а при наступлении благоприятных условий давала начало новой микробной популяции — такой же чувствительной к антибиотику.

Это наблюдение стало убедительным доказательством того, что новая популяция бактерий сохранила биологические свойства материнской культуры и не представляет собой генетически модифицированный пенициллин-резистентный штамм, а выжившие клетки являются его фенотипической разновидностью. Выявленная генерация клеток под влиянием антибиотикотерапии временно изменила свои биологические свойства, свела к минимуму метаболическую и репродуктивную активность для последующего возрождения погибшей популяции. Удивительная устойчивость этих клеток к антибиотикам не стала наследуемым признаком, а природа этого феномена имеет совершенно иные механизмы, чем природная резистентность бактерий к антимикробным препаратам, опосредуемая генетическими мутациями.

Рис. 1. Субпопуляция персисторных клеток бактерий является устойчивой к антибиотикам.

После гибели большей части вегетативных бактерий и окончания антибиотикотерапии клетки-персисторы восстанавливают популяцию материнской культуры клеток.

Fig. 1. A subpopulation of persistent bacteria cells is resistant to antibiotics.

After the death of most vegetative bacteria and the end of antibiotic therapy, persister cells restore the population of maternal cell culture.

На рубеже ХХ и XXI вв. появление устойчивых к антимикробным препаратам штаммов патогенных бактерий стало серьезной угрозой глобальному здравоохранению, и с трибуны ВОЗ заговорили о грядущем закате эры антибиотиков. В последние десятилетия на фоне роста инфекционной патологии заболевания все чаще стали принимать затяжной или хронический характер и ассоциироваться с условно-патогенными микроорганизмами и госпитальным заражением пациентов [6].

В сложившихся условиях поиск и создание новых антибиотиков становится все более сложным, все менее перспективным и экономически нерентабельным процессом. А для эффективной борьбы с резистентностью бактерий требуются разработка инновационных антимикробных стратегий, новые мишени и решения. Одним из перспективных подходов является изучение персистенции бактерий. Растущий научный интерес к этому биологическому феномену стал особенно заметен на фоне появления новых сведений о молекулярно-генетических механизмах, лежащих в основе их устойчивости [3, 5, 6].

В этом обзоре рассматриваются современные концепции молекулярно-генетических механизмов персистенции бактерий с акцентом на их клиническом значении для возникновения персистирующих инфекций, обсуждаются инновационные технологии эрадикации устойчивых клеточных форм микроорганизмов.

Персистенция бактерий

Одними из ключевых признаков жизнеспособности любой прокариотической клетки являются согласованное воспроизведение интрацеллюлярных структур и синтез макромолекул. Однако открытие в середине ХХ в. феномена персистенции бактериальных клеток и последующее его изучение позволили расширить представление об адаптационных стратегиях микроорганизмов и механизмах сохранения ими патогенного потенциала 10.

Впоследствии было показано, что большинство бактериальных культур, находясь в стационарной фазе роста и благоприятных условиях, имеет небольшую (1-3%) неделящуюся фенотипическую субпопуляцию персисторов, биологической функцией которых является сохранение популяции в случае внезапно наступивших изменений условий среды обитания [5, 6, 11].

Помимо постоянного присутствия этой клеточной субпопуляции в любой культуре прокариот, увеличение их численности происходит в ответ на возникающую угрозу любых неблагоприятных факторов среды обитания. Кроме уже обсуждавшегося влияния антимикробных средств, это могут быть дефицит (отсутствие) питательных веществ, оксидативный стресс, гипоксия, изменение температуры [6, 9, 10].

В зависимости от условий существования, фазы роста и условий среды обитания микробной популяции происходит постоянная трансформация вегетативных форм в генерацию клеток-персисторов и обратно [3, 4]. При этом численность бездействующей популяции может значительно варьировать, а в условиях дефицита (отсутствия) питательных веществ достигать почти тотального перехода всей популяции в состояние персистенции [12]. Биологическое значение присутствия и образования этих анабиотических клеточных генераций заключается в сохранении популяций после длительного и экстремального по величине воздействия неблагоприятных факторов [7, 8, 13].

В процессе жизнедеятельности вегетативные (активные) бактериальные клетки популяций могут трансформироваться в персистентный фенотип и обратно, при этом скорость этих реверсий ориентирована на фазы роста и условия среды обитания [3, 7, 8].

За десятилетия изучения феномена персистен- ции бактерий установлено, что клетки-персисторы, в отличие от вегетативных клеточных форм, находятся в состоянии метаболического и репродуктивного покоя. Это позволяет им уклоняться от врожденных механизмов иммунной защиты ор- ганизма-хозяина и сохранять жизнеспособность после воздействия экстремальных факторов среды обитания, в том числе влияния антибиотиков, многие из которых активны по отношению только к делящимся клеткам [8, 13, 15]. Механизмы большинства из них нацелены на ингибирование ключевых внутриклеточных звеньев метаболизма и репродукции: синтеза белков, клеточной стенки и репликации нуклеиновых кислот [17].

Безусловно, наличие в организме неактивных устойчивых клеточных форм патогенных бактерий в значительной степени способствует возникновению персистирующих инфекций и их возможных последствий: увеличению заболеваемости и смертности от самой инфекции, а также повышенному риску ее распространения [13, 14, 18]. Наличие в организме этой бездействующей генерации бактерий снижает эффективность антибиотического лечения, что опосредовано не генетической лекарственной устойчивостью микроорганизма, а резистентностью фенотипического варианта изогенной популяции — клеток-персисторов. Таким образом, в отличие от генотипической резистентности микроорганизмов, устойчивость при персистенции бактерий временна и обратима. Различие принципиальное, поскольку персисторы не чувствительны к любым антибиотикам, а для их эрадикации необходима разработка принципиально новых антимикробных стратегий. Поэтому лечение персистирующих инфекций затруднено и, как правило, связано с необходимостью продолжительных или многократных курсов антимикробной терапии [3, 4, 17, 18].

В последние десятилетия установлено, что персистенция является универсальным явлением. Она обнаружена не только у бактерий и архей, но и у вирусов [19], грибов [20], одноклеточных водорослей [21], раковых клеток [22], семян растений [23], что предполагает наличие общих закономерностей и общебиологическое значение этого феномена для выживания систем в различных стрессовых условиях [5, 7, 24].

Формирование в бактериальной культуре генерации клеток-персисторов хорошо объясняет инновационная парадигма фенотипической гетерогенности популяций, являющейся чаще всего следствием спонтанного механизма молекулярного стохастического переключения фенотипа во время экспоненциальной или стационарной фазы роста микроорганизмов [5, 11, 12]. Однако формирование персисторов может быть опосредовано и адаптивными механизмами в ответ на экстремальные условия среды обитания, а также в начале стационарной фазы при нутриентном истощении [5, 13, 15]. Это приводит к появлению фенотипической гетерогенности, которая повышает жизнеспособность бактериальной популяции [14, 25-27].

Сходство обстоятельств формирования и морфологических признаков указывает на достаточно близкое родство этих устойчивых клеточных форм, однако есть экспериментальные данные, показывающие, что VBNC является формой более глубокого покоя. Для восстановления параметров роста этих жизнеспособных, но некультивируемых бактерий после прекращения действия стрессора необходимо больше времени (до суток и более), тогда как клетки-персисторы рекультивируются после завершения антибиотикотерапии на плотных питательных средах в течение нескольких часов [28, 30, 31]. Это обстоятельство позволило некоторым авторам предположить, что клетки-персисторы являются переходной формой трансформации в VBNC-состояние [12].

Молекулярно-генетические механизмы персистенции бактерий

Еще в 1950-е гг. исследователи задавались вопросом о функционировании отдельных клеток микроорганизмов. Этот интерес был основан на интуитивном понимании того, что физиология отдельных клеток в изогенных популяциях бактерий может отличаться от большинства других. Несмотря на то что бактериальная персистенция известна уже около 80 лет, генерация клеток-персисторов изучена мало. Технические проблемы с получением лабораторной модели дормантных клеток и невозможность их культивирования на обычных питательных средах дополнялись отсутствием чувствительных аналитических инструментов для изучения персистенции бактерий [11, 13, 28].

Значительные достижения молекулярной биологии и генетики в начале XXI в. расширили представления о молекулярно-генетических механизмах, лежащих в основе персистенции бактерий. С появлением и развитием концепции микробиологии отдельных клеток (single-cell microbiology) были разработаны новые аналитические инструменты и методы одноклеточной изоляции (раман-спектрометрия, микрофлюидика, проточная цитометрия, компартментализация) 34. Появилась возможность выделять и выращивать ранее некультивируемые одиночные клетки для проведения оценки жизнеспособности, а также мониторинга физиологии и функций отдельных клеток, что было невозможно 10-15 лет назад 39.

В зависимости от целей и задач исследований эти методы сочетаются с секвенированием РНК (scRNA-seq), а также с генетическим, макромолекулярным, пространственным, протеомным профилированием одиночных клеток 35. С помощью этих методов установлено, что в регуляции образования клеток-персисторов принимают участие различные независимые молекулярные механизмы 41.

Эти молекулы опосредуют формирование клеток-персисторов путем изменения активности ряда ферментов, в первую очередь ДНК-праймазы, лизиндекарбоксилазы, РНК-полимеразы и др., а также в качестве сигнальных молекул регулируют скорость репликации бактерий и их метаболическую активность [44, 47, 48]. Кроме того, вторичный мессенджер (p)ppGpp был идентифицирован как регулятор активности многочисленных генетических оперонов, кодирующих токсин-антитоксиновые системы (ТАС) прокариот, открытых в конце ХХ в. [49]. Их изучение позволило установить широкую распространенность у бактерий этих важнейших оперонов [28, 50-52]. Последующее установление связи ТАС с формированием фенотипа бактериальной персистенции стало мощным стимулом изучения этих генетических локусов, в значительной степени опосредующих устойчивость прокариот к антибактериальным препаратам [42, 43, 48].

За последние десятилетия выявлено, что генетические опероны ТАС состоят из двух промоторов, расположенных по соседству на хромосомах и плазмидах. Они регулируют синтез стабильного токсина и нестабильного антитоксина, чувствительного к клеточным протеазам. В нормальных условиях эти системы представляют собой нетоксичный комплекс, в котором антитоксин блокирует комплементарный токсин путем прямого связывания мРНК [42, 48].

Увеличение уровня (р)ppGpp вызывает снижение активности экзополифосфатаз и повышение внутриклеточного содержания полифосфата. Эти высокомолекулярные полимеры при участии Lon-протеазы опосредуют деградацию антитоксина, деполяризацию клеточных мембран, а также значительное ингибирование активности метаболизма и угнетение репродукции [46, 47, 51] (рис. 2).

Рис. 2. Молекулярно-генетические механизмы формирования фенотипа персистенции у бактерий.

Fig. 2. Molecular genetic mechanisms of the formation of the phenotype of persistence in bacteria.

При наступлении экстремальных условий обитания происходит деградация антитоксина гомо- олигомерной АТФ-зависимой Lon(La)-протеазой и двухкомпонентными протеазными системами ClpXP и ClpAP, в результате чего освобождается и активируется токсин. Клеточной мишенью активного токсина становятся внутриклеточные ферменты, ингибирование которых опосредует значительное замедление скорости синтеза белка и клеточной стенки, угнетение метаболизма и репликации ДНК бактерий, что приводит к частичной или полной их устойчивости к этиотропной антибактериальной терапии [43, 50].

Так, активация токсина RelE (локус RelEB), согласно данным [51], повышает устойчивость E. coli к ванкомицину в 10 тыс. раз, а высвобождение токсина YafQ (локус TA DinJ-YafQ) снижает чувствительность этой же бактерии к цефалоспориновому антибиотику I поколения, цефазолину, в 2400 раз. При этом важно, что гены ТАС, расположенные на плазмидах, способны в биопленках переноситься горизонтально к другим патологическим микроорганизмам, придавая им устойчивость к антибиотикам [27, 48, 51].

К настоящему времени установлено существование 6 типов модулей ТАС, которые отличаются строением антитоксинов и характером их взаимодействия с комплементарными токсинами [42, 43, 48]. Первоначально ведущая роль в формировании клеточной персистенции отводилась наиболее изученному модулю ТАС II типа и его локусу hipBA, содержащему первый открытый у E. coli ген устойчивости бактерий hipA. В этом типе ТАС токсин и антитоксин являются протеинами [42, 46, 51]. Однако в дальнейшем показано участие и других типов ТАС в формировании устойчивости бактерий [27, 52-54].

В различных типах ТАС используются разные механизмы активации токсина, что в итоге приводит к его высвобождению, замедлению метаболизма и остановке репродуктивной активности, образованию клеток-персисторов. Последующие исследования показали, что и другие типы модулей ТАС вызывают сверхэкспрессию токсинов в дормантных клетках дикого штамма E. coli (локусы tisB-istR, hokB-sokB и др.) [43, 46, 47]. Чрезмерная активация токсинов приводит к разрушению и гибели клеток, а этот механизм предлагается в качестве одной из перспективных стратегий, направленных на борьбу с персистенцией бактерий и их фенотипической резистентностью к антибиотикам.

Перспективные стратегии борьбы с персистенцией бактерий

Возрастающее клиническое значение персистенции бактерий делает все более актуальным поиск принципиально иных стратегий, направленных на борьбу с дормантными формами патогенных микроорганизмов, и альтернативных клеточных мишеней (таблица).

Современные стратегии, направленные на ингибирование бактериальной персистенции

Читайте также: