Происхождение детерминант устойчивости от хромосомных генов
Гипотеза о происхождении детерминант устойчивости к антибиотикам от хромосомных генов, участвующих в нормальном метаболизме бактерий (house-keeping genes), была сформулирована в конце 80-х годов прошлого века [ Lopez-Cabrera, 1989 , Piepersberg, 1988 ]. Именно тогда появились данные о сходстве ферментов, вызывающих модификацию антибиотиков, с клеточными ферментами, осуществляющими ацетилирование и фосфорилирование природных субстратов. Данные, свидетельствующие о родственных отношениях AAC группы ферментов с клеточными N-ацетилтрансферазами, приводятся в работах [ Piepersberg, 1988 , Berrard, 1987 , Yoshikawa, 1987 , Sugihara, 1990 ]. В частности, заметный уровень гомологии (46-50% ) и наличие консервативных участков удалось выявить при сравнительном анализе структуры белков из п/семейства AAC(6')-I, определяющих устойчивость к амикацину , тобрамицину и родственным антибиотикам, c клеточными N- ацетилтрансферазами фосфинотрицина (PHAT) и пуромицина (PUAT), а также ацетилтрансферазами порцинхолина и холина Drosophila [ Berrard, 1987 , Sugihara, 1990 ]. Примерно такой же уровень гомологии обнаружили между белками из группы AAC(3')-I, ацетилтрансферазами стрептотрицина (SAT-I, SAT-SL) и ацетилтрансферазой белка S18 30S рибосомы (RimI) [ Horinouchi, 1987 , Piepersberg, 1988 , Heim, 1989 ]. Наличие консервативных мотивов, а также общие структурные характеристики были обнаружены рядом авторов между фосфотрансферазами, модифицирующими структуру аминогликозидных антибиотиков, и протеинкиназами эукариотов. Предполагается, что обе группы ферментов произошли от общего предка [ Heinzel, 1988 , Hon, 1997 , Martin, 1988 , Wright, 1999 ].
В развитие вышеизложенной гипотезы Шоу с соавторами сформулировали положение, согласно которому устойчивость к аминогликозидам может возникать в результате мутаций хромосомных генов бактерий [ Shaw, 1993 ]. Авторы предположили, что активность (или количество) модифицирующих ферментов в клетках дикого типа недостаточны для обеспечения устойчивости к аминогликозидам, и только с помощью мутаций, увеличивающих экспрессию соответствующих генов, бактериальные клетки могут приобрести способность эффективно инактивировать антибиотики [ Mingeot-Leclercq, 1999 , Shaw, 1993 , Hotta, 1992 ].
Данные в пользу этой концепции были получены в работах ряда авторов, которые обнаружили в хромосомах чувствительных штаммов бактерий гены, гомологичные генам устойчивости к аминогликозидам. Например, ген aph , гомологичный описанным генам фосфотрансфераз, модифицирующих аминогликозиды, был обнаружен в кластере his генов у Lactococcus lactis [ Delorme, 1992 ]. Другой ген, aac(6')-Ic был обнаружен в чувствительных к аминогликозидам штаммах S.marcescens [ Shaw, 1991 ]. Когда такие штаммы в течение пяти пассажей выращивали на средах с увеличивающимися концентрациями гликозидного антибиотика нетилмицина, возникали варианты, устойчивые к высоким концентрациям этого антибиотика [ Hawkey, 1988 ]. В клетках устойчивых вариантов, в отличие от исходных чувствительных штаммов, наблюдали интенсивный синтез специфических мРНК [ Shaw, 1992 ].
Аналогичный случай возникновения устойчивого мутантного штамма при отборе в присутствии спектиномицина был описан у Legionella pneumophila . В хромосоме мутанта удалось идентифицировать ген, кодирующий фосфотрансферазу спектиномицина ( aph ). Авторы предположили, что в хромосоме чувствительных штаммов изначально присутствуют неактивные (слабоактивные) гены aph, а устойчивость к спектиномицину возникает за счет увеличения экспрессии такого гена, возможно в результате изменений в его регуляции. При сравнительном изучении фосфотрансферазы устойчивого штамма Legionella pneumophila с фосфотрансферазами других бактерий выявили три консервативных района, характерных для этих белков (уровень гомологии по критерию количества идентичных аминокислот составлял 34%, 25-50% и 35%, соответственно) [ Suter, 1997 ].
Активно экспрессирующийся ген фосфотрансферазы ( aph(3')-IIb ), локализованный в хромосоме, обнаружили также у нескольких канамицин- устойчивых штаммов Pseudomonas aeruginosa , выделенных из клиники. Результаты исследований этих штаммов привели авторов к заключению, что в данном случае обычный хромосомный ген, участвующий в нормальном клеточном метаболизме, выполняет дополнительную (вторичную) функцию по модификации антибиотика [ Hachler, 1996 ]. В пользу такого объяснения свидетельствуют в частности данные, полученные при изучении хромосомного гена aac(2')-Ia Providencia stuartii , контролирующего устойчивость к аминогликозидам. Оказалось, что этот ген принимает участие в O-ацетилировании пептидоглюкана, а также определяет морфологию клетки [ Payie, 1995 ].
Косвенные данные, свидетельствующие о плейотропном действии генов устойчивости, были получены также для гена aac(6')-Ii Enterococcus faecium [ Wright, 1997 ].
