doi: 10.15389/agrobiology.2022.2.237rus
УДК 579.62:[579.22+579.25
Работа выполнена в рамках Государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по теме № 0532-2021-0004 «Разработка методологических подходов к мониторингу, контролю и сдерживанию антибиотикорезистентности оппортунистических микроорганизмов в животноводстве».
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ДЕТЕРМИНАНТЫ УСТОЙЧИВОСТИ К АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМ ПРЕПАРАТАМ У МИКРООРГАНИЗМОВ (обзор)
В.Д. ЗУБАРЕВА✉, О.В. СОКОЛОВА, Н.А. БЕЗБОРОДОВА,
И.А. ШКУРАТОВА,А.С. КРИВОНОГОВА, М.В. БЫТОВ
Длительное бесконтрольное применение антибактериальных средств в сельском хозяйстве и животноводстве, в особенности с целью стимулировать рост животных, привело к распространению устойчивых форм микроорганизмов, что представляет серьезную проблему для общественного здравоохранения, поскольку такие бактерии могут становиться патогенными для человека, легко передаваться ему через продукцию и сырье животного происхождения или контаминацию окружающей среды отходами агропромышленных предприятий (C. Manyi-Loh с соавт., 2018; A.Н. Панин с соавт., 2017; N. Vidovic с соавт., 2020). Существует ряд механизмов, способствующих развитию устойчивости бактериальной клетки к одному или нескольким антимикробным препаратам: модификация мишени, на которую воздействует лекарственное средство; приобретение метаболических путей, альтернативных существующим (формирование метаболического шунта); избыточное производство фермента-мишени; ферментативная модификация или деградация противомикробного средства и активный эффлюкс антибиотика, то есть уменьшение накопления противомикробного препарата внутри клетки через снижение проницаемости стенки и/или активный эффлюкс антимикробного препарата из бактериальной клетки. Эти механизмы могут быть естественными для одних микроорганизмов или приобретенными — для других (M.F. Varela с соавт., 2021; W.C. Reygaert, 2018; А.Л. Бисекенова с соавт., 2015). Их понимание позволит выбрать наилучший вариант лечения для каждого конкретного инфекционного заболевания и разработать противомикробные препараты, препятствующие развитию резистентных микроорганизмов. Наиболее клинически значимые гены антибиотикорезистентности обычно расположены на разных мобильных генетических элементах (МГЭ), которые могут перемещаться внутриклеточно (между бактериальной хромосомой и плазмидами) или межклеточно (в пределах одного вида или между разными видами или родами) (C.O. Vrancianu с соавт., 2020). В основном передача генов антибиотикорезистентности происходит за счет горизонтального переноса, то есть посредством обмена МГЭ, например плазмидами или транспозонами, несущими гены антибиотикорезистентности, между видами бактерий, даже если они не относятся к близкородственным (S. Redondo-Salvo с соавт., 2020). Горизонтальный перенос генов между устойчивыми к антибиотикам бактериями и облигатной микрофлорой осуществляется с участием трех основных механизмов: конъюгации (с участием плазмиды), трансформации (с участием свободной ДНК) и трансдукции (с участием бактериофагов) (Y. He с соавт., 2020). При горизонтальном переносе трансформация между видами бактерий для передачи генов устойчивости к антибиотикам происходит редко. Конъюгация с участием мобильных генетических элементов служит наиболее эффективным и основным методом распространения антибиотикорезистентности (J.M. Bello-López с соавт., 2019). Целью настоящего обзора стало описание генов антибиотикорезистентности бактерий, персистирующих в условиях агропромышленного комплекса и характерных для микробиоты сельскохозяйственных животных, а также механизмов формирования антибактериальной устойчивости к противомикробным препаратам, применяемым в ветеринарии. Приведена непосредственная локализация некоторых генетических детерминант антибиотикорезистентности, рассмотрены основные меры борьбы с антибиотикорезистентностью, которые включают в себя сокращение использования антибиотиков вследствие улучшения качества жизни и условий содержания животных; организацию и проведение мониторинга и надзора за распространением антибиотикоустойчивых бактерий.
Ключевые слова: антибиотикорезистентность, животноводство, механизмы устойчивости, антибиотики, мобильные генетические элементы, генетические детерминанты, микроорганизмы.
V.D. Zubareva ✉, O.V. Sokolova, N.A. Bezborodova,
I.A. Shkuratova, A.S. Krivinogova, M.V. Bytov
The emergence of antibiotic resistance is a serious public health problem, since antibiotic-resistant bacteria that develops in conditions of agro-industrial enterprises can easily transmit to humans through products and raw materials of animal origin and contaminate the environment with agricultural waste. Several reviews cover the problem (C. Manyi-Loh et al., 2018; A.N. Panin et al., 2017). A significant number of publications describe the mechanisms of antibiotic resistance, including modification of the target affected by the drug; the acquisition of metabolic pathways alternative to those inhibited by an antimicrobial agent; overproduction of the target enzyme; enzymatic inactivation and active efflux of the antibiotic (it’s excretion outside the microbial cell). These mechanisms can be natural for some microorganisms or acquired from other microorganisms (M.F. Varela et al., 2021; W.C. Reygaert, 2018; A.L. Bisekenova et al., 2015). Understanding these mechanisms will allow us to choose the best treatment option for each specific infectious disease and develop antimicrobial drugs that prevent the spread of resistant microorganisms. The most clinically significant antibiotic resistance genes are usually located on different mobile genetic elements (MGE) that can move intracellularly (between the bacterial chromosome and plasmids) or intercellularly (within the same species or between different species or genera) (C.O. Vrancianu et al., 2020). Among the three main mechanisms involved in horizontal gene transfer, transformation of antibiotic resistance genes between bacterial species happens rarely. However, conjugation with the participation of mobile genetic elements, such as transposons and plasmids, is the most effective and important method of spreading antibiotic resistance (J.M. Bello-López et al., 2019). The purpose of this review is to describe antibiotic resistance genes distinctive for the microbiota of farm animals under the conditions of the agro-industrial complexes, as well as the mechanisms of the formation of antibacterial resistance to antimicrobial drugs used in veterinary medicine. In addition, this report covers the direct localization of the genetic determinants of antibiotic resistance, outlines the main measures to control antibiotic resistance, which include i) reducing the use of antibiotics due to improving animals' welfare and living conditions and ii) monitoring and supervision of the spread of antibiotic-resistant bacteria.
Keywords: antibiotic resistance, livestock sector, mechanisms of resistance, antibiotic drugs, mobile genetic elements, genetic determinants, microorganisms.
ФГБНУ Уральский федеральный аграрный |
Поступила в редакцию |
