Фактор, вызывающий устойчивость к метицилину у MRSA?

Я думаю, что вы обычно можете думать об аналогичном давлении, ведущем к бета-лактамазам расширенного спектра (ESBL) и метициллину/оксациллин-резистентному золотистому стафилококку (MRSA).

Переходя к сути вашего вопроса:

«В настоящее время сообщаемый механизм устойчивости S. aureus к метициллину заключается в выработке особого пенициллин-связывающего белка 2а (PBP2a), который проявляет низкую аффинность к β-лактамам».

Но чтобы действительно прочитать об этом, вам нужно вернуться к Liu et al.

Опять же , Todar's - отличный источник для хорошего широкого чтения по стафилококку, включая MRSA.

Ответ на редактирование [включение полного вопроса]:

TSDR: ответ C.

Давайте разберем три варианта ответа на вопрос и попутно узнаем о MRSA.

а. его МИК повышена до метициллина, но не до пенициллина

Во-первых, для тех, кто может не знать, МИК — это сокращение от минимальной ингибирующей концентрации . Проще говоря, МПК является основным показателем того, сколько любого данного агента необходимо, чтобы остановить рост колонии бактерий. Часто мы думаем о современных медицинских антибиотиках, когда думаем о MIC, но даже более простые вещи, такие как поваренная соль и сахар, имеют MIC для данного вида. Таким образом, в этом предложении утверждается, что бактерии, обнаруженные в патенте, обладают повышенной устойчивостью к метициллину, но не к пенициллину. Это заставляет нас задать очевидный вопрос:

Может ли золотистый стафилококк быть устойчивым к метициллину, но не устойчивым к пенициллину?

Это немного каверзный вопрос, но давайте разберем его на необходимые компоненты: что такое метициллин, что такое пенициллин(ы) и как стафилококк устойчив к ним.

Во- первых, следует отметить, что пенициллины на самом деле могут относиться к целому классу антибиотиков, в которых все используют β-лактам и определенный набор антибиотиков:

бензилпенициллин (пенициллин G), прокаин бензилпенициллин (прокаин пенициллин), бензатин бензилпенициллин (бензатин пенициллин) и феноксиметилпенициллин (пенициллин V). ( из вики )

Следует отметить, что более правильным способом обращения ко всему классу антибиотиков были бы β-лактамные антибиотики , а не пенициллины, и что, если бы вы хотели поговорить о более конкретных соединениях, полученных из пенициллина, вы бы обсуждали пенамы . Для дальнейшего уточнения пенициллин как лекарство, скорее всего, относится к бензилпенициллину , и в остальной части этого ответа я буду использовать пенициллин для обозначения бензилпенициллина.

Таким образом, мы должны думать о пенициллине как о раннем антителе, которое предотвращает деление/образование клеточных стенок и определенных органелл посредством связывания с пенициллин-связывающими белками (PBP).

Метициллин также является β-лактамным антибиотиком, и его МОА похож на пенициллин. Он был разработан/открыт после пенициллина и считался ответом грамположительным бактериям, расщепляющим пенициллин с помощью β-лактамазы. Метициллин по-прежнему работает, связываясь с PBP, но он ускользает от бактерий, противостоящих пенициллину.

Это приводит нас к рассмотрению того, как резистентность к пенициллину и резистентность к метициллину обычно возникают у стафилококка. Во-первых, многие штаммы стафилококка и других бактерий используют β-лактамазы для расщепления антибиотиков, поэтому они больше не могут связываться с PBP (1). Но метициллин особенно подходит для того, чтобы его боковые цепи не разрушались β-лактамазами. В своей новаторской работе по этому вопросу Хартман и Томаш определили, что резистентность к метициллину связана не с приобретением β-лактамазы, а с мутацией в PBP, которая предотвращает связывание метициллина (2). Там они протестировали 4 штамма стафилококка, два из которых были устойчивы к метициллину (MR) и два были чувствительны к метициллину (MS). Вы заметите, что все, кроме 1, не обладали активностью β-лактамазы и были более чувствительны к пенициллину, чем к метициллину (там же).

НО это не означает, что штаммы MR также не устойчивы к пенициллину, вместо этого это показывает, что устойчивость может быть независимой друг от друга. Следовательно, «А» неверен, потому что пытается провести корреляцию, которой нет. На самом деле многие штаммы MR также положительны по β-лактамазе.

Это также решает проблему с «B». Хотя возможно, что β-лактамаза может связываться с метицилином и приводить к деградации антибиотика, основным механизмом устойчивости к метициллину является мутация PBP (там же, 3), в частности BPB2a (4, 5).

Затем нам остается выяснить, почему «C» является правильным выбором. Действительно, «C» является данной причиной неудачи «A» и «B», но мы все еще можем углубиться в то, как и, возможно, почему мутировал BPB2a.

Для этого, я думаю, будет лучше, если мы вернемся к обзору предмета, сделанному Чемберсом. Простите за чрезмерное цитирование, но там так хорошо сделано, и теперь текст открыт.

Устойчивость к метициллину связана с продукцией нового PBP, которого нет у чувствительных стафилококков. Резистентные штаммы S. aureus продуцируют дополнительный 78-килодальтонный PBP (рис. 1), названный PBP2a или PBP2' (предполагаемый идентичным для целей данного обзора), который имеет низкую аффинность связывания с бета-лактамными антибиотиками.

...

PBP2a высококонсервативен. Ограниченный протеолиз PBP2a из неродственных штаммов S. aureus (123) и коагулазонегативных стафилококков (31), как гомогенных, так и гетерогенных, дает очень похожие пептидные фрагменты.

...

Предположительно, PBP2a может замещать основные PBP, когда они насыщены лекарством, и может выполнять функции, необходимые для сборки клеточной стенки (22, 122).

...

У некоторых штаммов РВР2а индуцируется бета-лактамными антибиотиками, и его продукция различается в зависимости от условий роста (34, 122, 125, 159).

К сожалению, на тот момент у них еще не было точного понимания стафилококковой кассетной хромосомы mec ( SCCmec ). Генетика достаточно сложная.

Как MRSA генетически обеспечивает устойчивость?

Как мы уже установили, резистентность возникает из-за производства альтернативного PBP, PBP2a. SCCmec интересен по нескольким причинам. Во-первых, он намного больше плазмиды и содержит информацию о нескольких генах. Вот почему она называется кассетной хромосомой.Кроме того, он обычно включается в ту же часть генома стафилококка, в область, известную как OrfX (6). Это означает, что даже во время горизонтального переноса кассета должна управлять своей интеграцией в геном, что крайне редко, или, по крайней мере, других известных примеров не так много (7, 8). Эта кассета может распространяться горизонтально между стафилококками и даже с другими видами (там же, 9). Даже если сайт интеграции (интеграционная последовательность сайта, ISS) немного отличается, эта специфичность осуществляется рекомбиназами кассетных хромосом (ccr), которые также находятся на SCCmec (8). Это осуществляется за счет ccr-опосредованной рекомбинации хромосомы-мишени, и дальнейшие подробности этого процесса рассматриваются вне рамок этого вопроса.

Фактический ген, который кодирует PBP2a, называется mecA . Но, как мы упоминали выше, производство PBO2a можно индуцировать и регулировать. Вероятно, менее благоприятно производить его в отсутствие антител, и после серийного пассирования бактерий в бульоне без антибиотиков вы обнаружите, что экспрессия PBP2a может резко снизиться. Следовательно, регуляторные и другие полезные белки, кодируемые SCCmec. При помещении в среду β-лактамазы MecR1 вызывает один каскад трансдукции, запускающий транскрипцию mecA (10). Наоборот, MecI обеспечивает петлю отрицательной обратной связи с MecR1 и в отсутствие β-лактамазы приводит к подавлению mecA (там же, 11). Фактическое действие MecR1 заключается в расщеплении MecI, тем самым устраняя подавление mecA.от MecI. На самом деле я узнал кое-что новое, когда читал вики о MRSA, но не проводил дальнейших исследований по этому вопросу:

mecA дополнительно контролируется двумя корепрессорами, BlaI и BlaR1. blaI и blaR1 гомологичны mecI и mecR1 соответственно и обычно функционируют как регуляторы blaZ , ответственного за резистентность к пенициллину. Последовательности ДНК, связанные MecI и BlaI, идентичны; следовательно, BlaI может также связываться с оператором mecA, чтобы репрессировать транскрипцию mecA.

Это представляет собой общую картину резистентности MRSA, но существует большое разнообразие в деталях того, как каждый штамм управляет экспрессией. Двумя основными идентификаторами являются конфигурация генного комплекса mecA и генного комплекса ccr ( носительство). Двумя другими идентификаторами являются ISS и повторяется ли ISS в хромосоме-мишени (и сколько раз она повторяется) (8). Если мы просто рассмотрим каретку mecA и ccr, то получим отличное резюме от IWG-SCC (ссылка 8):

Генный комплекс mec состоит из mecA, его регуляторных генов и ассоциированных вставочных последовательностей. Комплекс генов mec класса A (mec класса A) представляет собой комплекс-прототип, который содержит mecA, полные регуляторные гены mecR1 и mecI выше mecA, а также гипервариабельную область (HVR) и последовательность вставки IS431 ниже mecA. Генный комплекс mec класса B состоит из mecA, укороченного mecR1, полученного в результате вставки IS1272 выше mecA, и HVR и IS431 ниже mecA. Комплекс генов mec класса C содержит mecA и укороченный mecR1 за счет вставки IS431 выше mecA и HVR и IS431 ниже mecA. Существует два различных комплекса генов mec класса C; в комплексе генов mec класса C1 IS431 выше mecA имеет ту же ориентацию, что и IS431 ниже mecA (рядом с HVR), в то время как в генном комплексе mec класса C2 ориентация IS431 выше mecA обратная. C1 и C2 считаются разными генными комплексами mec, поскольку они, вероятно, развились независимо. Генный комплекс mec класса D состоит из mecA и ΔmecR1, но не несет вставочной последовательности ниже ΔmecR1 (как определено с помощью ПЦР-анализа).

И

Комплекс генов ccr. Комплекс генов ccr состоит из гена(ов) ccr и окружающих его открытых рамок считывания (ORF), функции некоторых из которых неизвестны. В настоящее время три филогенетически различных гена ccr, ccrA, ccrB и ccrC, идентифицированы у S. aureus со сходством последовательностей ДНК ниже 50% (рис. 2 и 3). Гены ccrA и ccrB, которые были идентифицированы на сегодняшний день, были разделены на четыре аллотипа. Как правило, гены ccr с идентичностью нуклеотидов более 85% относятся к одному и тому же аллотипу, тогда как гены ccr, принадлежащие к разным аллотипам, демонстрируют идентичность нуклеотидов от 60% до 82%. Все варианты ccrC, идентифицированные на сегодняшний день, показали сходство ≥87%; таким образом, существует только один аллотип ccrC. Мы предлагаем описывать их различия как аллели, используя ранее использованные номера, например, аллель 2 ccrC1 или аллель 8 ccrC1.

Все это красиво сведено в их таблицу :

$$\begin{array} {|r|r|r|} \hline SCCmec ~type &ccr ~gene ~complex &mec ~gene ~complex \\ \hline I &1 ~(A1B1) &B \\ \hline II &2 ~(A2B2)&A \\ \hline III &2 ~(A3B3)&A \\ \hline IV &2 ~(A2B2)&B \\ \hline V &5 ~(C)&C2 \\ \hline VI &4 ~(A4B4)&B \\ \hline VII &5 ~(C)&C1 \\ \hline VIII &4 ~(A4B4)&A \\ \hline \end{array}$$

Подводя итог, можно сказать, что устойчивость к метициллину вызвана кодированием нового PBP, PBP2a, наряду с другими факторами, которые являются генетически стабильными и переносимыми с помощью SCCmec.

Использованная литература:

(1) Патхак А. и др. Высокая распространенность патогенов, продуцирующих бета-лактамазы расширенного спектра действия: результаты наблюдения в двух больницах в Уджайне, Индия. Заразить устойчивостью к наркотикам. 2012;5:65-73. doi: 10.2147/IDR.S30043. Epub 2012 Apr 5. [Обратите внимание, что многие крупные дозорные исследования лекарственно-устойчивых бактерий проводятся в крупных больницах Индии].

(2) Б. Хартман и А. Томаш. Измененные пенициллин-связывающие белки у метициллин-резистентных штаммов Staphylococcus aureus. Противомикробные агенты Chemother. 1981 май; 19(5): 726–735.

(3) Лю Х. и др. Выявление пограничного оксациллин-резистентного золотистого стафилококка и дифференциация от метициллин-резистентных штаммов. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 1990 окт; 9 (10): 717-24.

(4) Тавил Н. и др. Дифференциальное выявление метициллин-резистентного, метициллин-чувствительного и погранично-оксациллин-резистентного золотистого стафилококка методом поверхностного плазмонного резонанса. Биосенс ​​Биоэлектрон. 2013 15 ноября; 49: 334-40. doi: 10.1016/j.bios.2013.05.031. Epub 2013 4 июня.

(5) Камеры HF. Метициллинрезистентные стафилококки. Clin Microbiol Rev. 1988 Apr;1(2):173-86.

(6) Хулецкий А. и соавт. Новый анализ ПЦР в реальном времени для быстрого обнаружения метициллин-резистентного золотистого стафилококка непосредственно из образцов, содержащих смесь стафилококков. Дж. Клин Микробиол. 2004;42(5):1875-84. DOI: 10.1128/JCM.42.5.1875-1884.2004

(7) Шенфельдер С.М. и соавт. Успех благодаря разнообразию: как Staphylococcus epidermidis становится внутрибольничным патогеном. Int J Med Microbiol. 2010 авг; 300 (6): 380-6. doi: 10.1016/j.ijmm.2010.04.011. Epub 2010 6 мая.

(8) МРГ-SCC. Классификация стафилококковой кассетной хромосомы mec (SCCmec): рекомендации по сообщению о новых элементах SCCmec. Противомикробные агенты Chemother. 2009 декабрь; 53 (12): 4961-7. doi: 10.1128/AAC.00579-09. Epub 2009 31 августа.

(9) Stürenburg E. Быстрое обнаружение метициллин-резистентного золотистого стафилококка непосредственно из клинических образцов: методы, эффективность и соображения стоимости. Ger Med Sci. 2009 6 июля; 7: Doc06. дои: 10.3205/000065.

(10) Дженсен С.О. и Лайон Б.Р. «Генетика устойчивости к противомикробным препаратам золотистого стафилококка». Future Microbiol 4 (5): 565–82. doi:10.2217/fmb.09.30. PMID 19492967

(11) Oliveira DC, de Lencastre H. Устойчивость к метициллину у Staphylococcus aureus не зависит от сверхэкспрессии in trans репрессора гена mecA: удивительное наблюдение. ПЛОС Один. 2011;6(8):e23287. doi: 10.1371/journal.pone.0023287. Epub 2011 2 августа.

Приобретение нового PBP (например, устойчивость к метициллину у золотистого стафилококка), источник Мюррей.

Поэтому я думаю, что ответ C: изменение конфигурации (мутация) PBP, что можно интерпретировать как приобретение нового PBP.