Хинолоны в терапии и механизм действия хинолонов
Хинолоны изучают и используют в терапии уже в течение тридцати лет. Первыми синтезированными хинолонами были налидиксовая кислота и оксолиновая кислота ( рис. 6 ), позднее их были созданы тысячи. Эти кислоты стали одними из первых антимикробных агентов, которые эффективно ингибировали репликацию ДНК [ 106 ]. Они использовались при определении механизма и физизологической роли ДНК-гиразы и топоизомеразы IV , которая является второй мишенью хинолонов в клетке, а также для картирования мутаций, приводящих к устойчивости к хинолонам у E. coli. Антибактериальная активность налидиксовой и оксолиновой кислот ограничивалась только грамотрицательными бактериями , и использовались они только против инфекций мочеполовой системы . Синтетическое введение атома фтора и пиперидина в структуру хинолонов значительно расширило их антимикробную активность. Последующие изменения в структуре хинолонов привели к созданию хинолонов третьего поколения, таких как моксифлоксацин и левофлоксацин , которые активны в отношении S. aureus и S. pneumoniae , микроорганизмов, вызывающих инфекции верхних и нижних дыхательных путей , отит и менингит . Было создано четвертое поколение еще более мощных хинолонов, к ним относится мифлоксацин , который, в настоящее время, широко используется в лечении острых пневмоний и бронхитов ( рис. 6 ).
Механизм действия хинолонов состоит в стимулировании образования переходного комплекса хинолона с ДНК-гиразой и расщепленной ДНК. Однако, такой переходный комплекс является необратимым, то есть целостность ДНК в нем не может быть восстановлена. Хинолоны интеркалируют между -1 и +1 основаниями расщепленной цепи ДНК, удаляя друг от друга 3'-гидроксил и 5'-фосфат а также способствуют смещению ионов Mg2+ из активного центра фермента, таким образом, препятствуя лигированию ДНК [ 107 ]. Накопление таких тупиковых комплексов приводит к фрагментации хромосом и гибели клетки.
Как уже упоминалось, хинолоны активны по отношению к ДНК-гиразе и по отношению к ДНК-топоизомеразе IV . Преимущественная активность хинолонов в отношении того или другого фермента определяется видом микроорганизма и структурой ингибитора. В грамотрицательных бактериях хинолоны действуют преимущественно на ДНК-гиразу, а в грамположительных - на ДНК-топоизомеразу IV.
Устойчивость к хинолонам возникает при мутациях в хромосомных генах, кодирующих ДНК-топоизомеразу IV и ДНК-гиразу. Такие мутации обычно попадают в район с 67 по 106 аминокислоту субъединицы GyrA - это так называемый район устойчивости к хинолонам. Мутации в этом районе значительно уменьшают аффинность хинолонов к переходному комплексу. Другие механизмы резистентности к хинолонам связаны с белками, участвующими в транспорте лекарств в клетку, или их инактивацией на пути к белку-мишени.
Известен и принципиально иной механизм резистентности к хинолонам - этот механизм связан с существованием белков "иммунности". Ген qnr был обнаружен на плазмиде в устойчивом к хинолонам штамме Klebsiella pneumoniae [ 108 ]. Секвенирование этого гена позволило отнести его продукт к гетерогенному семейству белков с пентапептидными повторами. В семействе белков, содержащих пентапептидные повторы, более пятисот белков, функции многих их которых неизвестны. Тем не менее обнаружили, что еще два из них: McbG из E. coli и MfpA из Mycobacterium tuberculosis тоже способны обеспечивать устойчивость ДНК-гиразы к ингибиторам [ 109 , 110 ]. Однако, механизм действия этих белков еще плохо изучен.
