CC BY
582
Устойчивость микроорганизмов к антибиотикам: резистома, её объём, разнообразие и развитие
К. А. ВИНОГРАДОВА, В. Г. БУЛГАКОВА, А. Н. ПОЛИН, П. А. КОЖЕВИН
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Microbial Antibiotic Resistance: Resistome, Its Volume, Diversity and Development
K. A. VINOGRADOVA, V. G. BULGAKOVA, A. N. POLIN, P. A. KOZHEVIN M. V. Lomonosov Moscow State University, Moscow
Рассмотрены существующие представления о резистоме как совокупности всех генов резистентности к антибиотикам в геномах всех микроорганизмов — патогенный и непатогенных, живущих в природных условиях. Приведены сведения, касающиеся происхождения, эволюции и распространения генов устойчивости к антибиотикам, а также возможных подходов к контролю распространения устойчивости.
Ключевые слова: микроорганизмы, геном, резистома.
The known conceptions of resistome as a complex of all the antibiotic resistance genes in the genomes of all the microorganisms, pathogenic and nonpathogenic ones, in nature are considered. The data on the origin, evolution and distribution of antibiotic resistance genes and possible approaches to the resistance distribution control are presented.
Key words: microorganisms, genome, resistome.
Важнейшей проблемой медицинского или любого другого использования антибиотиков является возможность и практически даже неотвратимость возникновения устойчивости ко всем классам этих веществ. Особенную опасность представляет наблюдаемое в последние десятилетия возникновение и быстрое распространение патогенных микроорганизмов, обладающих множественной устойчивостью к антибиотикам. В среде медицинской общественности появилось предупреждение о том, что «устойчивость к про-тивомикробным препаратам является серьёзной проблемой, которая подрывает усилия по борьбе с инфекционными болезнями и потенциально может остановить прогресс, а, возможно, даже и обратить его вспять» (http://www.aptekaexpo.ru/ news/industry-news).
В последнее время большое внимание уделяется изучению устойчивости к антибиотикам тех микроорганизмов, которые обитают в окружающей нас среде. Проблема существования в природе устойчивости к антибиотикам приобретает особое значение, в частности, на фоне понимания нерезультативности того пути борьбы с устойчивостью, который состоял в поисках и от-
© Коллектив авторов, 2013
Адрес для корреспонденции: 119991, Москва, Ленинские горы, МГУ, д. 1, стр. 12. МГУ им. М. В. Ломоносова. Биологический факультет
крытии всё новых и новых антимикробных препаратов, или в их так называемом «рациональном применении», малая эффективность которого стала очевидной к настоящему времени. Возникновение, поддержание и распространение устойчивости у микроорганизмов, обитающих в окружающей среде, а не только в условиях клиники, интенсивно изучаются в настоящее время в связи с высокой теоретической и практической значимостью этих проблем.
В данном обзоре рассматривается понятие глобальной резистомы, отражающее новое понимание масштабов устойчивости микроорганизмов к антибиотикам в условиях клиники и в окружающей среде, а также отмечается разнообразие функциональных ролей генов устойчивости к антибиотикам. Обсуждаются имеющиеся взгляды на происхождение устойчивости микроорганизмов к антибиотикам и на некоторые аспекты контроля за её распространением.
Понятие о резистоме
С началом широкого практического использования антибиотиков в течение долгого времени преимущественно исследовались механизмы устойчивости и гены антибиотикоустойчивости у патогенных бактерий, циркулирующих в клинике. Однако в последние годы получены многочисленные сведения о том, что микроорганизмы,
живущие в природных местах обитания, а не только в клинических условиях, несут разнообразные гены устойчивости к антибиотикам, причём как давно применяемым в медицине, так и введённым в практику совсем недавно. В последнее время направление исследований от изучения устойчивости патогенных микроорганизмов закономерно перешло к исследованиям устойчивости микроорганизмов, обитающих в окружающей среде [1—6].
В научную литературу было введено понятие глобальной резистомы как совокупности всех генов резистентности к антибиотикам в геномах всех микроорганизмов — патогенных и непатогенных, живущих в природных условиях в самых разнообразных биотопах [1]. В составе резистомы было предложено рассматривать также и так называемые потенциальные гены устойчивости — гены, кодирующие белки, определяющие умеренную антибиотикоустойчивость, или гены, обеспечивающие аффинность к антибиотикам [7].
По-видимому первым исследованием, целенаправленно посвящённым распространению устойчивости к антибиотикам среди микроорганизмов — обитателей почвы, было изучение устойчивости коллекции из 480 аборигенных стрептомицетов, выделенных из образцов различных почв (городских, сельскохозяйственных, лесных), по отношению к 21 антимикробному препарату [1]. Испытанные препараты относятся к разным классам химических веществ, среди них антибиотики микробного происхождения, их полусинтетические производные и синтетические препараты. Все они обладают различными механизмами действия на бактерии, причём одни препараты широко используются в течение десятков лет, другие — введены в практику относительно недавно. Оказалось, что все изученные почвенные стрептомицеты проявляют устойчивость хотя бы к одному из испытанных препаратов, независимо от времени его открытия или механизма действия. Подавляющее число стрептомицетов устойчиво к 6—8 препаратам, а два показали устойчивость к 21 препарату. Спектры устойчивости аборигенных стрептомицетов очень разнообразны — обнаружено около 200 различающихся профилей устойчивости. Среди почвенных стрептомицетов выявлены в том числе устойчивые по отношению и к синтетическим препаратам, например, к ципрофлоксацину. Почти все стрептомицеты показали наличие устойчивости к липопептидному антибиотику даптомицину, относительно недавно проанонсированному как эффективный препарат против грамположитель-ных патогенных бактерий, обладающих множественной антибиотикоустойчивостью.
Таким образом, на большом материале было показано, что типичные обитатели почв — стреп-
томицеты обладают разнообразными механизмами устойчивости ко многим антимикробным препаратам, причём некоторые почвенные стрептомицеты показали множественную устойчивость. Устойчивость к антибиотикам не зависит от того, является ли сам данный стрептоми-цет продуцентом антибиотика или нет. У почвенных стрептомицетов были обнаружены гены устойчивости, неизвестные ранее для клинических патогенных микроорганизмов. Авторы указывают на то, что изученные ими стрептоми-цеты являются лишь небольшой частью почвенного микробного сообщества, и настоящий объём устойчивости к антибиотикам, которым обладают природные микробные сообщества, во много раз превышает исследованный. Важнейшим выводом является утверждение о том, что объём устойчивости к антибиотикам, который несёт в себе почвенная микробиота, ранее был недооценен, и что вся совокупность генов устойчивости к антибиотикам патогенных микроорганизмов также является лишь частью глобальной резистомы [5, 7, 8].
Для выявления генов устойчивости в микробных сообществах, обитающих в самых разных экологических нишах, в настоящее время часто используются достижения метагеномного анализа [9—12]. Этот подход дает возможность учесть весь пул генов устойчивости к определённому антибиотику в данном микробном сообществе, где, в том числе, присутствуют и некультивируемые микроорганизмы, по разным данным составляющие до 99% микробного сообщества. Кроме того, при этом остаются в стороне сложности выделения различных таксономических групп микроорганизмов из природных субстратов. В одной из таких работ в образцах почв, взятых под дубами на территории сельскохозяйственной исследовательской станции США, где никогда не применялись антибиотики, обнаружены гены устойчивости к ами-ногликозидам и к тетрациклинам. Эти гены характеризуются значительной дивергенцией по отношению к генам, описанным ранее (сходство менее 60%). Авторы подчеркнули, что набор генов устойчивости к антибиотикам почвенного микробного сообщества очень разнообразен, и при этом почвенные некультивируемые микроорганизмы являются богатым природным резервуаром неизвестных ранее генов устойчивости [9].
Интенсивными исследованиями последних лет гены устойчивости к антибиотикам обнаружены в самых разных природных биотопах, в разнообразных экологических нишах, находящихся в различных почвенно-климатических зонах [1, 13—19].
Особый интерес представляют исследования, свидетельствующие о присутствии устойчивых к антибиотикам микроорганизмов в тех природных биотопах, которые в силу разных обстоятельств
не подвергались никакому антропогенному вмешательству. Это относится к микробным сообществам в целинных биотопах, длительно существующим в изоляции от антропогенного влияния, а также к микробным сообществам очень древним, сформировавшимся за сотни лет до «эры антибиотиков». Еще в 1991 году было сказано: «Очень интересно то, что бактерии из тел, замороженных 140 лет тому назад, оказались устойчивыми к тем антибиотикам, которые были открыты на 100 лет позднее. Таким образом, в бактериях существует специфическая химическая потребность в устойчивости» [20].
Гены устойчивости к антибиотикам содержатся в таком высокоспецифическом биотопе как морские глубоководные донные осадки, через которые происходит просачивание снизу тока воды, обогащённой сероводородом, углеводородами (метаном и др.) («cold-seep sediments»). Возраст изученных осадков, находящихся на глубине 1450 метров, — 10000 лет. В них были выявлены в-лактамазы TEM-1, обеспечивающие устойчивость к ампициллину, пиперациллину и цефалотину, и в-лактамазы TEM-116, обеспечивающие устойчивость к цефтазидиму, цефотак-симу и азтреонаму. По ряду свойств они не отличались от в-лактамаз современных клинических изолятов [14]. Более двух третей представителей Enterobacteriaceae, выделенных из вод чистых пресных высокогорных озер, обладают множественной устойчивостью к антибиотикам, причём наиболее часто отмечалась устойчивость к в-лак-тамам и хлорамфениколу [21].
Особый интерес представляют древние микробные сообщества из многолетнемёрзлых отложений в Восточной Сибири — в их составе обнаружены грамположительные и грамотрицательные бактерии, резистентные к аминогликозидам, хло-рамфениколу и тетрациклину [22]. Некоторые древние бактерии обладают множественной устойчивостью к изученным антибиотикам. Возраст исследованных образцов, взятых с глубин от 2 до 40 метров, составляет от 3 тысяч до 3 миллионов лет. Авторы отметили, что более древние (220—290 тысяч лет) почвенные микробные сообщества содержат больше устойчивых к стрептомицину и хло-рамфениколу бактерий по сравнению с более «молодыми» сообществами (15—40 тысяч лет) [22].
В сообществе почвенных бактерий, выделенных из почвенных образцов с глубин 170—259 метров, 90% бактерий устойчивы хотя бы к одному из 13 испытанных антибиотиков, и более половины обладают множественной устойчивостью [23]. В аборигенных бактериях, живущих на глубинах от 170 до 210 метров, была обнаружена новая детерминанта устойчивости к тетрациклину — Tet 42. Авторы подчеркивают, что в данном случае устойчивые бактерии выделены из почвенных об-
разцов, бывших в изоляции от поверхностных слоев почвы в течение почти 3 миллионов лет и никогда не контактировавших ни с коммерческими антибиотиками, ни с какими-либо бактериями, несущими гены устойчивости к тетрациклину [24].
Сама специфика подобных местообитаний свидетельствует в пользу того, что устойчивость к антибиотикам является свойством, присущим живущим в них микроорганизмам, а не возникла как приобретённая в результате селективного давления различных антибиотиков, «загрязнивших» этот биотоп в «эру антибиотиков».
Одним из свидетельств наличия у микроорганизмов, обитающих в окружающей среде, присущей им устойчивости к антибиотикам является следующее исследование [18]. Авторы изучили устойчивость аборигенных микроорганизмов по отношению к 10 антимикробным препаратам, а также содержание генов устойчивости к в-лакта-мам в микробных сообществах трёх пресноводных олиготрофных озёр, подвергающихся антропогенному воздействию разной степени. Большинство из 272 аборигенных бактерий проявляют устойчивость по крайней мере к одному из 10 изученных препаратов, а многие бактерии обладают множественной устойчивостью. Интересно то, что распространённость устойчивых бактерий в данных биотопах не коррелирует со степенью антропогенного давления на них [18].
Известно, что интенсивное распространение антибиотикоустойчивости в окружающей среде связано с широким применением антибиотиков в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве и др. отраслях. В настоящее время большое внимание уделяется вопросам возникновения и распространения устойчивости к антибиотикам в местах обитаниях, ассоциированных с сельскохозяйственной или промышленной деятельностью человека, ввиду многих практически важных аспектов этой проблемы, включая и безопасность пищевых продуктов [25]. В разных странах проводятся широкие исследования, посвящённые выявлению устойчивости к антибиотикам в организме сельскохозяйственных животных и птиц, а также и в продуктах питания, получаемых на сельскохозяйственных фермах, где используются антибиотики. Многократно отмечена связь между применением антибиотиков для лечения сельскохозяйственных животных и птиц или улучшения их кондиций и обнаружением устойчивых микроорганизмов и в организме животных и птиц, и в пищевой продукции [5, 25—27].
Применение антибиотиков в сельском хозяйстве изменяет состав и функциональные свойства микрофлоры в природных местах обитания (почвы, подземные воды) в сторону увеличения антибиоти-коустойчивости микробного сообщества. Внесение
в почву органического удобрения, получаемого со свиноферм, где используется тетрациклин, резко увеличивает устойчивость данного микробного сообщества к этому антибиотику [28, 29]. Многими исследованиями доказано существенное увеличение уровня устойчивости к антибиотикам в местности, где расположены сельскохозяйственные фермы, использующие антибиотики для обработки животных и птицы [25]. В серии работ в течение ряда лет исследовалась динамика устойчивости к тетрациклину в ландшафте с сельскохозяйственными фермами, в которых при содержании животных использовался этот антибиотик [30, 31]. Устойчивость к тетрациклину была обнаружена не только на фермах (в кишечном тракте животных, в специальных отстойниках), но и в грунтовых водах, и в колодцах с питьевой водой в данной местности.
Таким образом, к настоящему времени получены убедительные и достаточные доказательства того, что микроорганизмы, живущие в окружающей среде, несут большое число разнообразных генов устойчивости к антибиотикам, причём в их числе постоянно выявляются гены, неизвестные ранее для патогенных микроорганизмов. Вопрос о том, что природные места обитания микроорганизмов, окружающая нас среда являются богатым резервуаром разнообразной антибиотикоустой-чивости, можно считать решённым окончательно.
Возникновение и распространение антибиотикоустойчивости
Молекулярно-генетическая природа устойчивости микроорганизмов к антибиотикам, возникновение и распространение генов устойчивости, мобильные генетические элементы и их роль в передаче и распространении устойчивости, мозаичная структура геномов современных видов бактерий, а также эволюция антибиотикоустойчиво-сти интенсивно изучаются [7, 10, 32—37].
По мере формирования путей биосинтеза антибиотиков — соединений, необходимых для функций защиты, конкуренции, сигнальных целей, формировалась система защиты продуцентов от собственных антибиотиков на генном и, соответственно, белковом (ферментном) уровне — для этого стали использоваться белки-ферменты с различными метаболитическими и другими функциями. В результате эволюционирования генов, кодирующих белки с этими функциями, возникла система ферментов, обеспечивающая устойчивость продуцентов к антибиотикам.
Имеются доказательства возможности реального осуществления «защитной функции» антибиотиками в окружающей среде (в частности, в почве). Например, способность стрептомицетов-продуцентов синтезировать в почве антибиотики, которые накапливаются и сохраняются в почвен-
ных микрозонах в течение определённого времени, показана на примере люминесцирующего антибиотика гелиомицина [38]. Известные факты эффективного применения стрептомицетов — продуцентов антибиотиков в качестве биофунгицидов свидетельствуют в пользу того, что антибиотики могут синтезироваться своими продуцентами в окружающей среде в концентрациях, достаточных для подавления других микроорганизмов in situ [39, 40]. В этих случаях гены устойчивости к антибиотикам, очевидно, выполняют свою прямую функцию «защиты».
Необходимость возникновения генов устойчивости к собственному антибиотику у продуцентов очевидна, но в природных условиях и не-продуцирующие антибиотики бактерии обладают генами устойчивости. В настоящее время все концепции, касающиеся источников, происхождения и эволюции генов резистентности, включают представление о том, что наличие генов устойчивости или их гомологов является естественным состоянием микроорганизмов, обитающих в окружающей среде, и что роль этих генов в жизнедеятельности клетки во многих случаях шире, чем только обеспечение антибиотикоустойчивости. Огромный объём и разнообразие резистомы, наличие генов устойчивости к антибиотикам у непродуцирующих антибиотики микроорганизмов, даёт основание рассматривать возможность других функций генов антибиоти-коустойчивости помимо защитной.
Общепризнанно представление о том, что продуценты антибиотиков могут являться источником детерминант устойчивости для других микроорганизмов [41], осуществляя передачу генов путем горизонтального переноса. Однако процесс возникновения генов устойчивости в микро-биоте носит более сложный характер. Предполагается, что детерминанты устойчивости произошли от белков с метаболитическими функциями, близкими или аналогичными по характеру биохимических реакций к механизмам, определяющим устойчивость [4, 7, 32, 33, 35, 36].
Имеются свидетельства того, что некоторые гены устойчивости продуцентов и устойчивых бактерий произошли от общих генов-предшественников, существовавших уже миллионы лет, задолго до начала использования антибиотиков [7, 10, 33, 35, 36]. Кодируемые ими метаболитиче-ские белки-предшественники могли иметь свойства, дающие определённую степень устойчивости к антибиотикам или способность связывать эти вещества [7]. Гены, первично участвовавшие в метаболизме, в процессе эволюционной диверсификации и селективного давления антибиотиков начинали определять устойчивость.
Гипотеза о том, что гены устойчивости обладают функциями, отличными от функции защи-
ты от антибиотиков [42] получила широкую поддержку и экспериментальное подтверждение.
Уже в 80-х годах было высказано предположение о том, что устойчивость продуцентов к ами-ногликозидам определяется генами, происходящими от хромосомных метаболитических генов, а ферменты продуцентов, модифицирующие аминогликозиды, могут осуществлять функции, не связанные с инактивацией антибиотиков [42]. В дальнейшем анализ структуры бактериальных N-ацетилтрансфераз и фосфотрансфераз, модифицирующих аминогликозиды, обнаружил значительный уровень гомологии этих белков с ферментами, осуществляющими ацетилирование и фосфорилирование в метаболитических процессах микроорганизмов и эукариотов; показана гомология генов, определяющих модификацию аминогликозидов, и хромосомных генов бактерий, в том числе не обладающих устойчивостью к этим антибиотикам [7, 33, 43, 44].
Предполагается, что устойчивость к аминог-ликозидам может являться результатом мутаций, резко повышающих экспрессию генов, гомологичных генам ферментов, модифицирующих аминогликозиды, может также изменяться регуляция генов [45]. На основании ряда исследований показана возможность происхождения аминоглико-зидацетилтрансферазы из белка-предшественника с киназной активностью [43, 44, 46].
Показана возможность участия генов, кодирующих аминогликозидтрансферазы, в метаболитичес-ких процессах микобактерий, лактококков, энтерококков, Pseudomonas aeruginosa [47]. Экспрессия хромосомного гена Providencia stuartii, кодирующего 2^-ацетилтрансферазу и определяющего устойчивость к гентамицину, прямо влияет на морфологию клеток. Фермент участвует в клеточном метаболизме, осуществляя О-ацетилирование пептидоглика-на, и играет существенную роль в сохранении структуры клеточной стенки [48].
Широко распространенные ферменты в-лак-тамазы, инактивирующие антибиотики в-лакта-мы, по-видимому, произошли от транспептидаз — пенициллинсвязывающих белков (ПСБ). Эти ферменты участвуют в синтезе клеточной стенки, осуществляя транспептидазную реакцию — перенос пептидов с концевыми D-ala-D-ala на растущую цепь пептидогликана. Эволюционная связь в-лактамаз и ПСБ подтверждена данными структурного анализа ферментов и секвенирования генов [49—51].
Ген, локализованный в хромосоме различных представителей рода Kluyvera, кодирующий в-лактамазу, практически идентичен генам этих ферментов у других групп бактерий. Предполагается, что в-лактамаза Kluyvera — эволюционный предшественник группы бактериальных в-лактамаз с широким спектром действия [52].
Распространённость в-лактамаз в геномах бактерий и сходство структуры этих ферментов с транспептидазами свидетельствует о том, что в-лактамазы не только обеспечивают устойчивость к в-лактамам, но и участвуют в формировании и сохранении структуры клеточных стенок [50]. Группа металло-в-лактамаз участвует во многих биологических процессах, в том числе в процессинге РНК, репарации ДНК и др. [53].
В ряде случаев необходимость обеспечивать прежде всего устойчивость к антибиотикам вызывала модификацию метаболитических генов и кодируемых ими ферментов, позволяющую более эффективно осуществлять функцию «защиты».
В процессе эволюции и селективного давления антибиотиков возникло определённое дистанцирование в-лактамаз от транспептидаз — задача обеспечения устойчивости к антибиотикам в среде обитания успешнее решалась ферментом, не связанным с пептидогликаном. Произошла структурная модификация в-лактамаз, препятствующая взаимодействию фермента с субстратом ПСБ — пептидогликаном [49—51].
Наиболее очевидным является многофункциональный характер систем активного выброса (эффлюкса) веществ из бактериальных клеток. Все микроорганизмы обладают хромосомными генами, кодирующими системы эффлюкса — помпы [54, 55]. Показана возможность множественности помп в геноме одного микроорганизма, например, геном обладающего множественной устойчивостью штамма Pseudomonas aeruginosa содержит более 20 систем эффлюкса [56].
Помпы обеспечивают удаление из клеток токсичных промежуточных продуктов метаболизма и устойчивость к внешним токсинам [4, 32, 55]. Системы эффлюкса участвуют в биосинтезе макромолекул, в колонизации и персистировании бактерий в хозяине, в межклеточном сигнальном трафике, также показана связь между экспрессией генов эффлюкса и системой кворум-сенсинга [57, 55]. Сверхсинтез детерминант, определяющих эффлюкс, снижает вирулентность культур P.aeruginosa и Stenotrophomonas maltophilia [58].
Функционирование помп в качестве непосредственного фактора резистентности имеет большое значение для микроорганизмов — продуцентов антибиотических веществ. Как механизм защиты продуцентов от собственного антибиотика системы экспорта образующегося вещества в среду играют важнейшую роль. Для тех продуцентов, у которых не образуются инактивирующие антибиотик ферменты, а мишени действия антибиотика сохраняют чувствительность в период биосинтеза, активный эффлюкс имеет первостепенное значение [59].
Эффлюкс может обеспечивать устойчивость бактерий к одному или нескольким структурно
близким антибиотикам, множественная лекарственная устойчивость целиком определяется системой выброса веществ из клеток [32, 54].
Один из примеров развития у бактерий анти-биотикоустойчивости с использованием метабо-литических генов — устойчивость к хинолонам. Хинолоны — синтетические вещества, не образующиеся почвенными микроорганизмами, не имеющие природных аналогов и, кроме того, сравнительно недавно введённые в медицинскую практику. Однако устойчивость к хинолонам широко распространена среди различных групп микроорганизмов как в естественных условиях обитания, так и среди патогенов. Все обладающие множественной лекарственной устойчивостью бактерии устойчивы к этим веществам [55, 60, 61].
Экспрессия генов системы эффлюкса — один из двух основных механизмов резистентности к хинолонам [62—64]. Способность к активному выбросу хинолонов показана как для клинических изолятов Pseudomonas aeruginosa, так и для штаммов, выделенных из почв [62].
Другой механизм устойчивости к хинолонам обеспечивается хромосомной мутацией, ведущей к снижению аффинности к хинолонам ферментов ДНК-гиразы и топоизомеразы IV, мишеней действия этих соединений. Устойчивость определяется генами типа qnr, кодирующими белок Qnr из группы пентапептидов. Белок Qnr взаимодействует с гиразой на ранних стадиях образования комплекса ДНК-гираза, снижая связывание фермента с ДНК, уменьшая количество сайтов действия хинолона [65].
Ген qnr обнаруживается как у патогенов, так и у природных бактерий [61, 66, 67]. Кроме генов qnr, природные бактерии обладают генами, кодирующими пентапептидные белки, гомологичные Qnr [66, 67]. Выделенный из Mycobacterium tuberculosis белок пентапептидной группы MfpA по ряду свойств очень близок к ДНК [68], возможно, фермент, вовлечённый в метаболизм ДНК у природных бактерий, способен оказывать защитное действие в отношении синтетического антибиотика. По-видимому, гены, кодирующие белки из группы пентапептидов, осуществляли в природе функции, связанные с метаболизмом ДНК. Присутствие антибиотика вызвало диверсификацию генов и появление защитной функции. Кроме того, в природной микробиоте распространены соединения, аналогичные хинолонам по структуре и участвующие в кворум-сенсинге и сигнальном трафике [69].
Процесс возникновения у микроорганизмов генов устойчивости от собственных (house-keeping) генов, обладающих иными функциями, продолжается в связи со всё возрастающим использованием антибиотиков в медицине и различных отраслях хозяйственной деятельности. Однако
есть доказательства того, что огромное количество генов, определяющих устойчивость, возникло задолго до начала использования антибиотиков.
Исследования последних лет показали, что гены устойчивости к антибиотикам находились в популяциях микроорганизмов, обитающих в природных условиях, за сотни миллионов лет до появления антибиотиков. О древности происхождения генов устойчивости свидетельствует высокий уровень дивергенции между генами продуцентов антибиотиков (предположительно наиболее древних генов) и генами устойчивости у клинических изолятов [33, 36].
Данные филогенетического анализа, основанного на исследовании структуры генов кластеров родственных генов, также доказывают древнее происхождение генов антибиотикоустойчивости [10]. Кластеры генов биосинтеза эритромицина, стрептомицина, ванкомицина и, следовательно, генов устойчивости к этим веществам возникли многие миллионы лет назад [70], сериновые в-лактамазы появились более двух миллиардов лет назад, еще до разделения бактерий на грампо-ложительные и грамотрицательные [71, 72].
Историю эволюции генов устойчивости принято подразделять на «доантибиотический период» и период после открытия и начала широкого использования антибиотиков [10, 35, 36].
В доантибиотический период происходила эволюция генов устойчивости в условиях селективного действия природных факторов, включая разнообразные токсические вещества, в том числе антибиотики, присутствовавшие в окружающей среде, по-видимому, в относительно низких концентрациях. К этому периоду относится возникновение природной (тШга^) устойчивости микроорганизмов в экосистемах.
Предполагается, что в доантибиотический период в основе эволюции генов лежит их диверсификация, основанная на мутациях и дупликации [36].
Филогенетический анализ показывает, что эволюция генов, кодирующих рибосомальные защитные белки — альтернативные факторы элонгации, дающие устойчивость к тетрациклинам, представляет собой долгую независимую диверсификацию нескольких кластеров этих белков [73].
При построении сложного филогенетического древа рибосомальных защитных белков, посредством которых осуществляется устойчивость к тетрациклину, и трансляционных факторов элонгации было показано, что существующая в настоящее время функция рибосомальных защитных белков возникла до того, как появились стрептомицеты, в том числе и продуценты тетрациклина. Видимо эти белки возникли независимо от присутствия тетрациклинов и служат другой задаче, нежели обеспечение устойчивости к
антибиотику. Рибосомальные защитные белки могли обеспечивать защиту рибосом от других химических веществ среды [74].
Реконструирована эволюция двух групп в-лак-тамаз — показано, что длительная диверсификация классов этих ферментов, как входящих в группу се-риновых в-лактамаз, так и в группу металлосодер-жащих в-лактамаз, привела к полной утрате гомологии между классами [71, 72, 14]. Молекулярный анализ в-лактамаз из метагеномной библиотеки, полученной из «cold-seep sediments», также показывает, что основная диверсификация этих ферментов — результат не недавней, а достаточно древней эволюции [14].
В природной среде в присутствии продуцентов и синтезируемых ими антибиотических веществ происходили не только селекция генов устойчивости и мутации, повышающие уровень экспрессии этих генов, но и модификация некоторых хромосомных метаболитических генов, приобретающих защитную функцию. Выше приведены данные, показывающие возможность модификации генов, определяющих различные клеточные функции, для инактивации или выброса из клеток антибиотиков [7, 32, 33, 42, 49].
Существуют две точки зрения на значение горизонтального переноса генов для эволюции устойчивости в доантибиотический период. Первая точка зрения состоит в том, что на ранних этапах эволюции этот процесс играл существенную роль в распространении генов устойчивости. С другой стороны, на основании данных филогенетического анализа делается предположение о том, что такой механизм эволюции устойчивости как горизонтальный перенос генов в доантибиотичес-кую эпоху не имел большого значения [10, 35, 36].
Период, начавшийся с открытия антибиотиков, характеризуется сильным селективным давлением этих веществ в разных экологических нишах, что обусловлено интенсивным использованием антибиотиков во многих областях практической деятельности человека. Эволюционное развитие устойчивости ускоряется, и происходит быстрое распространение приобретённой (acquired) устойчивости среди ранее чувствительных бактерий.
В результате селективного давления антибиотиков происходит мобилизация генов устойчивости из природных резервуаров и их быстрое распространение среди микроорганизмов из разных экологических ниш. Основную роль в распространении устойчивости в этот период играют процессы горизонтального переноса генов и участие в них мобильных генетических элементов.
Горизонтальный перенос генов с помощью мобильных генетических элементов рассматривается как мощный механизм эволюции, позволяющий микроорганизмам быстро приобретать жизненно важные селективные признаки. Роль
систем горизонтального переноса в эволюции устойчивости к антибиотикам активно изучается и обсуждается [6, 10, 33, 34]. Горизонтальный перенос генов обеспечивает обмен генетическим материалом между таксономически и экологически отдалёнными микроорганизмами.
Известно, что перенос генетической информации осуществляется системами трансформации, трансдукции и конъюгативным переносом с участием мобильных элементов — плазмид, транспозонов, интегронов и др. Открытие и изучение интегронов показало особенно важную роль этих элементов, способных включать кассетные гены, в распространении устойчивости и эволюции геномов [33].
Горизонтальный перенос генов — основной фактор быстрого распространения устойчивости среди патогенных микроорганизмов. Большинство патогенных микроорганизмов до начала широкого применения антибиотиков не обладало устойчивостью к этим веществам. Исследование коллекции штаммов энтеробакте-рий, выделенных в период с 1917 по 1954 гг., показало наличие конъюгативных плазмид у 24% изолятов. При этом большинство обнаруженных плазмид не содержало генов антибио-тикоустойчивости. К началу 80-х гг. плазмиды, относящиеся к тем же группам и ранее не передававшие устойчивость, уже содержали гены устойчивости [75].
Широкое использование антибиотиков привело к появлению плазмид, включающих транс-позоны и интегроны с генами множественной устойчивости. Введение в клиническую практику новых препаратов ведёт к появлению плазмид с генами устойчивости к этим веществам.
Долгое время существовало представление, что возникновение устойчивости к хинолонам обеспечивается хромосомными мутациями в генах, кодирующих ДНК-гиразу и топоизомеразу IV и системы эффлюкса [76, 77]. Однако уже в 1989 году плазмида, содержащая ген устойчивости к хинолонам qnr, была обнаружена у клинического изолята Klebsiella pneumoniae [78]. Позднее были описаны плазмиды ряда энтеробактерий, несущие гены устойчивости к хинолонам qnr [66, 61]. Плазмидная локализация генов показана и для систем эффлюкса хинолонов у клинических изолятов E.coli [63, 64].
Была высказана гипотеза о том, что источником генов устойчивости патогенов являются обитающие в естественных условиях продуценты антибиотиков [41]. Анализ гомологии генов устойчивости к некоторым антибиотикам у продуцентов и клинических изолятов свидетельствует о возможности получения генов патогенными микроорганизмами от продуцентов, но, скорее, не о прямой передаче генетического материала, а
об общих предшественниках генов у обеих групп микроорганизмов [33, 43, 46].
Предполагается, что гены устойчивости приобретены патогенами от живущих в природных бактериальных сообществах непатогенных микроорганизмов, где эти гены существовали и эволюционировали в течение долгого времени. С усилением селективного действия антибиотиков происходила мобилизация генов устойчивости и их проникновение в другие популяции, в том числе в патогенные бактерии [7, 10, 35].
Филогенетический анализ подтверждает быстрое движение генов устойчивости к таксономи-чески далеким патогенным и комменсальным микроорганизмам как недавнее эволюционное событие, обеспечиваемое в основном горизонтальным переносом генов. В то же время данные филогенетического анализа показывают, что в ряде случаев перенос генов именно из продуцентов не играл существенной роли в возникновении устойчивости клинических изолятов. Анализ кластеров генов егт, кодирующих метилазы, обеспечивающие устойчивость к макролидам, линкоза-мидам и стрептограмину В, не обнаружил горизонтального переноса этих генов от продуцентов. Полученные данные свидетельствуют о независимой эволюции этих генов у продуцентов и патогенов. Также показано, что гены устойчивости к ванкомицину диверсифицировались на ранних стадиях эволюции, образовав два кластера — один обнаруживается у почвенных бактерий и патогенов, другой — у стрептомицетов-проду-центов. Доказательств обмена генами между кластерами не выявлено [10].
Помимо горизонтального переноса генов существуют другие механизмы приобретения патогенами устойчивости — мутации или возможность усиления экспрессии уже имеющегося гена с низким уровнем активности [45, 74]. В эпоху активного применения антибиотиков увеличивается частота мутаций, дающих антибиотикоустой-чивость, продолжается модификация и селекция генов, вовлечённых в другие клеточные процессы, но приобретающих функцию «защиты» как основную. Работы, показывающие возможность возникновения устойчивости в результате увеличения числа мутаций в присутствии антибиотиков, освещены в обзорах [45, 79].Описано преобразование аминогликозидацетилтрансферазы в фермент, инактивирующий антибиотик-хинолон ципрофлоксацин [80].
Селективное давление антибиотиков в «антибиотическую эпоху» имеет определяющее значение, однако есть ряд и других факторов, способствующих сохранению и распространению генов устойчивости в микробных популяциях. Гены устойчивости, имеющиеся у непродуцирующих микроорганизмов, могли и не селекционироваться
именно антибиотиками, поскольку эти гены участвуют во многих процессах жизнедеятельности клетки — биосинтезе, сигнальном трафике и др. Гены, которые помимо прямой «защиты» выполняют и другие функции, могли селекционироваться не по устойчивости, а по иным функциям. Этот процесс может происходить в среде, условно называемой свободной от антибиотиков, без участия их селективного давления. Эволюционный процесс селекции гена, выполняющего функцию, отличающуюся от той, по которой он был первоначально отселекционирован, известен под названием «эксаптация», и этот термин был использован для описания эволюции антибиотико-устойчивости [32].
Гены устойчивости могут передаваться реп-ликонами, несущими элементы, определяющие другие подверженные селекции функции. Селективными факторами являются разного рода токсичные загрязнения [10, 32]. Особенно часто осуществляется ко-селекция генов устойчивости к антибиотикам и генов, обеспечивающих устойчивость к тяжёлым металлам [81]. Процесс распространения генов устойчивости без воздействия антибиотиков приводит к тому, что детерминанты устойчивости, присутствующие в патогенах, обнаруживаются у бактерий, обитающих в местах, не имеющих истории «загрязнения» антибиотиками [82].
Селективное действие антибиотиков играет существенную роль в сохранении и закреплении в бактериальной популяции полученных генов устойчивости. Приобретение новых генов может привести к расбалансированию генно-метаболи-тических цепей в клетке и, при отсутствии селективного отбора, к элиминации устойчивых клеток [34]. Однако устранение устойчивых микроорганизмов из популяции при отсутствии селективного действия антибиотика происходит не всегда. Более того, наблюдается замещение чувствительных микроорганизмов устойчивыми и дальнейшее распространение устойчивости. Видимо, в некоторых условиях обитания устойчивость обеспечивает определённые преимущества для развития популяции [32, 36]. Отмечен тот факт, что ограничения использования антибиотиков в сельском хозяйстве приводят лишь к умеренному снижению распространения устойчивости в продуктах питания, а не к её элиминации [83].
Высказано предположение [84] о принципиальном различии динамики соотношения чувствительных и устойчивых микроорганизмов в клинической микробиоте и в природных условиях — в почве. Авторы исходят из утверждения, что, если в клинике с 70-х годов XX века очень быстро нарастает доля устойчивых бактерий, то в почве соотношение чувствительных и устойчивых бактерий сохраняется неизменным в течение тысяч
лет и до настоящего времени, т. е. происходит сосуществование этих популяций без нарушения баланса между ними. Предложено несколько механизмов, которые могут действовать в природных условиях, контролируя распространение устойчивости.
В то же время количественная оценка генов устойчивости, проведённая с использованием метагеномного анализа образцов почв, собранных в Нидерландах за период с 1940 по 2008 год, показала значительное возрастание в почвах генов устойчивости после 70-х годов, особенно резко (в 15 раз) увеличилось к 2008 году количество генов устойчивости к в-лактамам и к тетрациклину, что совпало по времени с интенсивным использованием этих антибиотиков [85]. Независимо от динамики развития устойчивости почвенных микроорганизмов, микробиота почвы содержит огромное количество генов резистентности и является неисчерпаемым источником детерминант устойчивости.
Быстрое распространение устойчивости среди патогенных микроорганизмов в связи с широким использованием антибиотиков как в медицине, так и в различных областях хозяйственной деятельности представляет серьёзную угрозу. В 2011 году Всемирная Организация Здравоохранения выбрала устойчивость к противомикробным препаратам в качестве главной проблемы глобального здравоохранения (http://www.who.int/ world-health-day/2011/ru/). Был разработан Европейский стратегический план действий по проблеме устойчивости к антибиотикам.
Перспективам контроля антибиотикоус-тойчивости посвящен обзор Е. Бадиего et а1. [86]. Рассматриваются и обсуждаются имеющиеся к настоящему времени экспериментальные достижения, показывающие возможность использования различных подходов для контроля возникновения и распространения устойчивости. Описывается система мер по контролю, сдерживанию и уменьшению уровня устойчивости — по преимуществу у патогенных микроорганизмов в условиях клиники. Разработанные меры включают широкий круг разнообразных воздействий на устойчивость, оказываемых на молекулярном, клеточном и популяционном уровнях, а также использование ранее предложенных известных мер по рациональному применению антибиотиков в медицине и в других отраслях.
В обзоре [87] предложены три новые стратегии специфической борьбы с устойчивостью бактерий, которые несут плазмиды, кодирующие ответственные за устойчивость к антибиотикам белки, — угнетение конъюгации плазмид, угнетение репликации плазмид и использование токсин-антитоксин систем, закодированных в плазмидах.
Другой стороной борьбы с устойчивостью к антибиотикам является принятие ряда административных мер по обеспечению безопасности использования антибиотиков в различных областях.
Заключение
Концепция резистомы, представляя новый взгляд на объём, разнообразие и распространение устойчивости микроорганизмов к антибиотикам, является концентрированным выражением обозначенных в последние годы новых направлений в исследовании резистентности. Эта концепция возникла на основе современных достижений в исследовании устойчивости микроорганизмов к антибиотикам, основным трендом которых является кардинальное обращение к изучению устойчивости микроорганизмов в окружающей нас среде по сравнению с предшествующим периодом изучения преимущественно устойчивости клинических патогенов. Понятие резистомы, в частности, отражает и закрепляет новое понимание места и роли генов устойчивости к антибиотикам как фактора формирования и функционирования микробных природных популяций. К настоящему времени уже очевидно, что проблема устойчивости к антибиотикам не может быть разрешена только в границах борьбы с устойчивостью патогенных клинических штаммов, или с использованием так называемой рациональной системы применения антибиотиков, а также путём появления новых антимикробных препаратов.
Микроорганизмы, обитающие в окружающей среде, несут в себе огромное количество разнообразных генов антибиотикорезистент-ности. Горизонтальный перенос генов поддерживает и обеспечивает быстрое распространение устойчивости от одних микроорганизмов к другим, не только в пределах одной и той же микробиоты, но и к микроорганизмам, удалённым и таксономически и по месту обитания, вплоть до микробных сообществ патогенов. Таким образом, исследование устойчивости к антибиотикам у патогенных микроорганизмов напрямую связано с фундаментальными исследованиями устойчивости к антибиотикам тех микроорганизмов, которые населяют разнообразные экологические ниши в природных местах обитания. Решение важнейшей проблемы медицины — контроля за возникновением и распространением устойчивости к антибиотикам во многом зависит от всестороннего изучения глобальной резистомы на популяционном и молекулярном уровнях. Это может открыть новые подходы для контроля за распространением устойчивости.
ЛИТЕРАТУРА
1. D'Costa V.M., McGrann K.M., Hughes D.W., Wright G.D. Sampling the antibiotic resistome. Science 2006; 311: 5759: 374—377.
2. Allen H.K., Moe L.A., Rodbamrer J. et al. Functional metagenomics reveals diverse beta-lactamases in a remote Alaskan soil. ISML J 2009; 3: 2: 243—251.
3. Canton R. Antibiotic resistance genes from the environment: a perspective through newly identified antibiotic resistance mechanisms in the clinical setting. Clin Microbiol Infect 2009; 15: Suppl. 1: 20—25.
4. Martinez J.L. The role of natural environments in the evolution of resistance traits in pathogenic bacteria. Proc Biol Sci 2009; 276: 1667: 2521—2530.
5. Wright G.D. Antibiotic resistance in the environment: a link to the clinic? Curr Opin Microbiol 2010; 13: 5: 589—594.
6. Aminov R.I. Horizontal gene exchange in environmental microbiota. Front microbiol 2011; 2: 158.
7. Wright G.D. The antibiotic resistome: the nexus of chemical and genetic diversity. Nat Rev Microbiol 2007; 5: 3: 175—186.
8. D'Costa V.M., Griffiths E, Wright G.D. Expanding the soil antibiotic resistome: exploring environmental diversity. Curr Opin Microbiol 2007; 10: 5: 481—489.
9. Riesenfeld C.S., Goodman R.M., Handelsman J. Uncultured soil bacteria are a reservoir of new antibiotic resistance genes. Environ Microbiol 2004; 6: 9: 981—989.
10. Aminov R.I. and Mackie R.I. Evolution and ecology of antibiotic resistance genes. FEMS Microbiol Lett 2007; 271: 2: 147—161.
11. Mori T., Mizuta S., Suenaga H., Miyazaki K. Metagenomic screeniung for bleomycin resistance genes. Appl Environ Microbiol 2008; 74: 21: 6803—6805.
12. Monier J.-M., Demaneche S, Delmont T.O. et al. Metagenomic exploration of antibiotic resistance in soil. Curr Opin Microbiol 2011; 4: 3: 236-243.
13. Biyela P.T., Lin J., Bezuidenhout C.C. The role of aquatic ecosystems as reservoir of antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes. Water Sci Technol 2004; 50:1: 45—50.
14. Song J.S., Jeon J.H., Lee et al. Molecular characterization of TEM-type beta-lactamases identified in cold-seep sediments of Edison Seamount (south of Lihir Island, Papua NewGuinea). J Microbiol 2005; 43: 2: 172—178.
15. Baquero F., Martinez J.L., Canton R. Antibiotic and antibiotic resistance in water environments. Curr Opin Biotechnol 2008, 19: 3: 260—265.
16. Demaneche S., Sanguin H., Pote J. et al. Antibiotic-resistant soil bacteria in transgenic plant fields. Proc Natl Acad Sci USA 2008; 105: 10: 3957—3962.
17. Dib J.R., Weiss A., Neumann A. et al. Isolation of bacteria from remote high altitude Andean lake able to grow in presence of antibiotics. Recent Patents on Anti-Infective Drug Discovery, 2009; 4: 1: 66—76.
18. Pontes D.S., Pinheiro F.A., Lima-Bittencourt C.I. et al. Multiple antimicrobial resistance of gram-negative bacteria from natural oligotrophic lakes under distinct anthropogenic influence in a tropical region. Microb Ecol 2009; 58: 4: 762—772.
19. Wardwell L.H., Jude B.A., Moody J.P. et al. Co-selection of mercury and antibiotic resistance in sphagnumcore samples dating back 2000 years. Geomicrobiology J 2009; 26: 4: 238—247.
20. Bowden M. Science vs. Evolution. 1991 (Bromley, Kent, England: Soverein Publications).
21. Lima-Bittrencourt C.I., Cursino L., Gongalves-Dotnelas H. Multiple antimicrobial resistance in Enterobacteriaceae isolates from pristine freshwater. Genet Mol Res 2007; 6: 3: 510—521.
22. Миндлин C.3., Соина B.C., Петрова M.A., Горленко Ж.М. Выделение устойчивых к антибиотикам штаммов бактерий из многолетнемерз-лых отложений Восточной Сибири. Генетика 2008; 44: 1: 36—44.
23. Brown M.G., Balkwill D.L. Antibiotic resistance in bacteria isolated from the deep terrestrial subsurface. Microb Ecol 2009; 57: 3: 484—493.
24. Brown M. G, Mitchell E.H., Balkwill D.L. Tet 42, a novel tetracycline resistance determinant isolated from deep terrestrial subsurface bacteria. Antimicrob Agents Chemother 2008; 52: 12: 4518—4521.
25. 3rd Symposium on Antimicrobial Resistance in Animals and the Environment. ARAE. Tour — Vinci, 1—3 june 2009; 118.
26. S0rum H., Sunde M. Resistance to antibiotic in the normal flora of animals. Vet Res 2001; 32: 3—4: 227—241.
27. Tomasz A. Weapons of microbial drug resistance abound in soil flora. Science 2006; 311: 5759: 342—343.
28. Schmitt H., Stoob K., Hamscher G et al. Tetracycline and tetracycline resistance genes in agricultural soils: microcosm field studies. Microb Ecol 2006; 51: 3: 267—2765.
29. Schmitt H., Greve G., Meisner A. Microcosm studies on the role of manure and antibiotic for resistance development in agricultural soils. ARAE 2009; 55.
30. Chee-Sanford J.C., Aminov P.I., Krapac I.J. et al. Occurrence and diversity of tetracycline resistance genes in lagoons and groundwater underlying two swine production facilities. Appl Environ Microbiol 2001; 67: 41494—1502.
31 Chee-Sanford J.C., Mackie R.I., Koike S. et al. Fate and transport of antibiotic residues and antibiotic resistance genes following land application of manure waste. J Environ Qual 2009; 38: 3: 1086—1108.
32. Alonso A., Sanchez P., Martinez J.L. Environmental selection of antibiotic resistance genes. Environ microbiol 2001; 3: 1: 1—9.
33. Миндлин C.3., Петрова M.A., Басс И.А., Горленко Ж.М. Происхождение, эволюция и миграция генов лекарственной устойчивости. Генетика 2006; 42: 11: 1495—1511.
34. Шестаков С. B. Как происходит и чем лимитируется горизонтальный перенос генов у бактерий. Экол генетик 2007; 5: 2: 22—24.
35. Baquero F., Alvarez-Ortega C., Martinez J.L. Ecology and evolution of antibiotic resistance. Environ Microbiol Reports 2009; 1: 6: 469—476.
36. Aminov R./.The role of antibiotic and antibiotic resistance in nature. Environ Microbiol 2009; 11: 12; 2970—2988.
37. Davies J., Davies D. Origins and evolution of antibiotic resistance. Microbiol Mol Biol Rev 2010; 74: 3: 417—433.
38. Звягинцев Д.С., Виноградова K.A., Ефременкова Л.М. Прямое микроскопическое выявление в почве актиномицета — продуцента люминесцирующего антибиотика. Микробиология 1976; 45: 2: 337—341.
39. Degtyareva E.A., Vinogradova K.A., Aleksandrova A.V., Filonenko V.A., Kozhevin P.A. Soil actinomycetes as potencial biofungicides. ISSN 0147-6874. Moscow University Soil Science Bulletin 2009; 64: 2: 73— 77 Allerton Press, Inc.
40. Виноградова K.A., Кожевин П.А. Взаимоотношения актиномицетов с почвенными грибами и их использование для биологического контроля фитопатогенов. Микол фитопатол 2011; 45: 4: 289—302.
41. Benveniste R., Davies J. Aminoglycoside antibiotic-inactivating enzymes in actinomycetes similar to those present in clinical isolates of antibiotic-resistant bacteria. Proc Nat Acad Sci USA 1973; 70: 8: 2276—2280.
42. Piepersberg W., Distler J., Hienzel P., Perez-Gonzales J.A. Antibiotic resistance by modification: many resistance genes could be derived from cellular control genes in actinomycetes. A hypothesis. Actinomycetologica 1988; 2: 83—98.
43. Hon W.C., McKay G.A., Thompson P R. et al. Structure of an enzyme required for aminoglycoside antibiotic resistance reveals homology to eukaryotic protein kinases. Cell 1997; 89: 6: 885—695.
44. Wright G.D., Thompson P R. Aminoglycoside phosphotransferases: proteins, structure, and mechanism. Front Biosci 1999; 4: D9—21.
45. Shaw K.J., Rather P.R., Yare R.S., Miller G.H. Molecular genetics of aminoglycoside resistance genes and familiar relationships of the amino-glycoside-modifying enzymes. Microbiol Rev 1993; 57: 1: 138—163.
46. Heinzel P.,Werbitzky O.,Distler J., Piepersberg W. A second streptomycin resistance gene from Streptomyces griseus codes for streptomycin-3''-phosphotransferase. Relationships between antibiotic and protein kinases. Arch Microbiol 1988; 150: 2: 184—192.
47. Wright G.D., Ladak P. Overexpression and characterization ofthe chromosomal aminoglycoside 6'-N-acetyltransferase from Enterococcus fae-cium. Antimicrob Agents Chemother 1997; 41: 5: 956—960.
48. Payie K.G., Rather P.N., Clarke A.J. Contribution of gentamicin-2'-acetyltransferase to the O-acetylation of peptidoglycane in Providencia stuartii. J Bacteriol 1995; 177: 15: 4303—4310.
49. Knox J.R., Moews P.C., Frere J.M. Molecular evolution of bacterial beta-lactam resistance. Chem Biol 1996; 3: 11: 937—947.
50. Massova I., Mobashery S. Kinship and diversification of bacterial penicillin-binding proteins and beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 1998; 42: 1: 1—17.
51. Meroueh S.O., Minasov G, Lee W. etal. Structural aspects for evolution of beta-lactamases from penicillin-binding proteins. J Am Chem Soc 2003; 125: 32: 9612—9618.
52. Poirel L, Kampfer P., Nordmann P. Chromosome-encoded Amber class A beta-lactamase of Kluyvera georgiana, a probable progenitor of a subgroup of CTX-M extended-spectrum beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 2002; 46: 12: 4038—4040.
53. Daiyasu H,Osaka K.,Ishino Y.,Toh H. Expansion of the zink metallo-hydrolase family ofthe beta-lactamase fold. FEBS Lett. 2001; 503: 1: 1—6.
54. Lubelski J., Konings W.N., Driessen A.J. Distribution and physiology of ABC-type transporters contributing to multidrug resistance in bacteria. Microbiol Mol Biol Rev 2007; 71: 3: 463—476.
55. Martinez J.L., Sanchez M, Martinez-Solano L. et al. Functional role of bacterial multidrug efflux pumps in microbial natural ecosystems. FEMS Microbiol Rev 2009; 33: 2: 430—449.
56. Stover C.K., Pham X.Q., Erwin A.L. et al. Complete genome sequence of Pseudomonas aeruginosa PAO1, an opportunistic pathogen. Nature 2000; 406: 6799: 959—964
57. Piddock L.J. Multidrug-resistance efflux pumps: not just for resistance. Nature Rev Microbiol 2006; 4: 8: 629—636.
58. Alonso A., Moralez G, Escalante R. et al. Overexpression of the mul-tidrug efflux pump SmeDEF impairs Stenotrophomonas maltophilia physiology. J Antimicrob Chemoter 2004; 53: 3: 432—434
59. Булгакова В.Г., Орлова Т.И., Полин A.H. Устойчивость актиноми-цетов-продуцентов к собственным антибиотикам. Антибиотики и химиотер 2010; 55: 1—2: 42—49.
60. Robicsek A., Jacoby G.A., Hooper D.C. The worldwide emergence of plasmid-mediated quinolone resistance. Lancet Infect Dis 2006; 6: 10: 629—640.
61. Sanchez M.B., Hernandez A., Rodrigues-Martinez J.M. et al. Predictive analysis of transmissible quinolone resistance indicates Stenotrophomonas maltophila as a potential source of a novel family of Qnr determinants. BMC Microbiol 2008; 8: 148.
62. Alonso A., Rajo F., Martinez J.L. Environmental and clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa show pathogenic and biodegradative properties irrespective of their origin. Environ Microbiol 1999; 1: 5: 421-430.
63. Perichon B, Courvalin P., Galimand M. Transferable resistance to aminoglycosides by methylation of G1405 in 16S rRNA and to hydrophilic fluoroquinolones by QepA-mediated efflux in Escherichia coli. Antimicrob Agents Chemother 2007; 51: 7: 2464—2469.
64. Yamane K., Wachino J., Suzuki S. et al. New plasmid-mediated fluoro-quinolone efflux pump, QepA, found in an Escherichia coli clinical isolate. Antimicrob Agents Chemother 2007; 51: 9: 3354—3360.
65. Tran J.N., Jacoby G.A., Hooper D.C. Interaction of the plasmid-encod-ed quinolone resistance protein Qnr with Escherichia coli DNA gyrase. Antimicrob Agents Chemother 2005; 49: 1: 118—125.
66. Poirel L., Rodriguez-Martinez J.M., Mammeri H. et al. Origin of plas-mid-mediated quinolone resistance determinant QnrA. Antimicrob Agents Chemother 2005; 49: 8: 3523—3525.
67. Poirel L., Liard A., Rodriguez-Martinez J.M., Nordmann P. Vibrionaceae as a possible source of Qnr-like quinolone resistance determinants. Antimicrob Agents Chemother 2005; 56: 6: 1118—1121.
68. Hegde S.S., Vetting M.W., Roderick S.L. et al. A fluoroquinolone resistance protein from Mycobacterium tuberculosis that mimics DNA. Science 2005; 308: 5727: 1480—1483.
69. Pesci E.S., Milbank J.B.J., Pearson J.P. et al. Quinolone signaling in the cell-to-cell communication system of Pseudomonas aeruginosa. Proc Nat Acad Sci USA 1999; 96: 20: 11229-11234.
70. Baltz R.H. Antibiotic discovery from actinomycetes: will a renaissance follow the decline and fall? SIM News 2005; 55: 186-196.
71. Hall B.G., Barlow M. Evolution ofthe serine /^-lactamases: past, present and future. Drug Resist. Updat. 2004; 7: 2: 111—123.
72. Garau G., Di Guilmi A.M., Hall B.G. Structure-based phylogeny of the metallo-beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 2005; 49: 7: 2778—2784.
73. Aminov R.I., Garrigues-Jeanjean N., Mackie R.I. Molecular ecology of tetracycline resistance: development and validation of primers for detection of tetracycline resistance genes encoding ribosomal protection proteins. Appl Environ Microbiol 2001; 67: 1—6: 22—32.
74. Kobayashi T., Nonaka L., Maruyama F., Suzuki S. Molecular evidence for the ancient origin of the ribosomal protection protein that mediates tetracycline resistance in bacteria. J Mol Evol 2007; 65: 3: 228—235.
75. Datta N., Hughes V.M. Plasmids of the same Inc groups in Enterobacteria before and after the medical use of antibiotics. Nature 1983; 306: 5943: 616—617.
76. Martinez J.L., Alonso A., Gomez-Gomez J.M., Baquero F. Quinolone resistance by mutations in chromosomal gyrase genes. Just the tip of the iceberg? J Antimicrob Chemother 1998; 42: 6: 683—688.
77. Hooper D.C. Mechanisms of fluoroquinolone resistance. Drug Resist Updat 1999; 2: 1: 38-55.
78. Martinez-Martinez L., Pascual A., Jacoby G.A. Quinolone resistance from a transferable plasmid. Lancet 1998; 351: 9105: 797—799.
79. Heinemann J.A. How antibiotics cause antibiotic resistance. Drug Discov Today 1999; 4: 2: 72—79.
80. Robiscek A, Strahilevitz J., Jacoby G.A. et al. Fluoroquinolone-modify-ing enzyme: a new adaptation of a common aminoglycoside acetyl-transferase. Nature Med 2006; 12: 1: 83—88.
81. Wright M.S., Peltier G.L., Stepanauskas R., McArthur J.V. Bacterial tolerances to metals and antibiotics in metal-contaminated and reference streams. FEMS Microbiol Ecol 2006; 58: 2: 293—302.
82. Pallecchi L., Bartoloni A., Paradisi F., Rossolini J.M. Antibiotic resistance in the absence of antimicrobial use: mechanisms and implications. Expert Rev Anti Infect Ther 2008; 6: 5: 725—732.
83. Zhang L.,Kinkelaar D.,Huang Y. et al. Acquired antibiotic resistance: are we born with it? Environ Microbiol 2011; 77: 20: 7134—7141.
84. Chait R., Vetsigian K., Kishony R. What counters antibiotic resistance in nature? Nature Chem Biol 2012; 8: 1: 2—5.
85. Knapp C.W., Dolfing J., Ehlert P.A., Graham D.W. Evidence of increasing antibiotic resistance gene abundances in archived soils since 1940. Environ Sci Technol 2010; 44: 2: 580—587.
86. Baquero F., Coque T.M., de la Cruz F. Ecology and evolution as targets: the need for novel eco-evo drugs and strategies to fight antibiotic resistance. Antimicrob Agents Chemother 2011; 55: 8: 3649—3660.
87. Williams J.J., Hergenrother / Exposing plasmids as the Achilles' heel of drug-resistant bacteria. Curr Opin Chem Biol 2008; 12: 4.
