27 Июня 2019

Устойчивость к антибиотикам у бактерий пробиотиков

Опубликовал Н.А. Рыков

Пробиотики - это живые микроорганизмы, которые при введении в адекватных количествах приносят пользу здоровью хозяина.  Основными пробиотическими бактериями являются штаммы, принадлежащие к родам Lactobacillus и Bifidobacterium, хотя также использовались другие представители, такие как штаммы Bacillus или Escherichia coli.  Лактобацилы и Бифидобактерии являются двумя распространенными обитателями кишечной микробиоты человека.  Кроме того, некоторые виды используются в процессах ферментации пищи в качестве закваски или в качестве вспомогательных культур в пищевой промышленности.  За некоторыми исключениями, устойчивость к антибиотикам у этих полезных микробов сама по себе не представляет собой проблему безопасности, когда мутации или внутренние механизмы устойчивости ответственны за фенотип устойчивости.  Фактически, некоторые пробиотические штаммы с внутренней устойчивостью к антибиотикам могут быть полезны для восстановления кишечной микробиоты после лечения антибиотиками.  Однако специфические детерминанты устойчивости к антибиотикам, которые несут мобильные генетические элементы, такие как гены устойчивости к тетрациклину, часто обнаруживаются в типичных пробиотических родах и представляют собой резервуар устойчивости к потенциальным пищевым или кишечным патогенам, что представляет серьезную проблему безопасности.

Большинство пробиотиков являются зачастую представителями кишечного тракта человека, и они потребляются в больших количествах в функциональных продуктах питания, и необходимо систематически проверять наличие детерминант устойчивости к антибиотикам в их геноме.  Например, популяция бифидобактерий в кишечнике человека может достигать 1011 клеток / г кишечного содержимого, и даже если присутствие генов устойчивости не представляет угрозы, когда они присутствуют в клетках бифидобактерий из-за их недостаточной инфекционности,  Эти клетки могут представлять собой резервуар, из которого гены могут передаваться патогенным бактериям.  Таким образом, очень интересно исследовать, могут ли эти детерминанты переноситься в пищевую и пищеварительную среду.

Кроме того, важно помнить, что пробиотики для животных являются источником живых бактерий в пищевой цепи, и в Европейском союзе проводится активная политика по устранению трансмиссивной устойчивости этих продуктов.  Такая озабоченность должна быть также выражена в отношении потребления пробиотиков для людей.

Устойчивость к антибиотикам у лактобактерий

Род Lactobacillus является самой большой группой среди молочнокислых бактерий (LAB) и,  наиболее широко используется в качестве пробиотика в разнообразных пищевых продуктах, в основном в мясе и кисломолочных продуктах.  На сегодняшний день в роде описано 182 вида, что дает представление о его сложности.  Что касается устойчивости к антибиотикам, то устойчивый к ванкомицину фенотип некоторых лактобацилл является, пожалуй, наилучшей характеристикой внутренней устойчивости у LAB.  Ванкомицин вступает в контакт с предшественниками пептидогликана на стороне клеточной стенки цитоплазматической мембраны и связывается с  D-аланиновым концом пентапептида, предотвращая полимеризацию предшественников пептидогликана.

Что касается специфических антибиотиков, то лактобациллы обычно чувствительны к клеточной стенке, нацеленной на пенициллин и β-лактамазу, но более устойчивы к цефалоспоринам.  Как упоминалось выше, многие виды Лактобациллы демонстрируют высокий уровень устойчивости к ванкомицину.  Кроме того, большинство ингибиторов синтеза нуклеиновых кислот, по-видимому, обладают низким ингибирующим эффектом среди большинства видов лактобацилл.  С другой стороны, лактобациллы обычно чувствительны к низким концентрациям многих ингибиторов синтеза белка, таких как хлорамфеникол, макролиды, линкозамиды и тетрациклин, но их устойчивость к аминогликозидам часто высока.  Устойчивость к другим антибиотикам сильно варьируется среди лактобацилл.

Устойчивость к антибиотикам у бифидобактерий

Бифидобактерии являются членами Actinobacteria phylum, одной из основных филогенетических групп микробиоты кишечника человека.  Инфекции бифидобактерий чрезвычайно редки и в некоторых случаях вовлекают пациентов с ослабленным иммунитетом, но, насколько известно, 5 видов бифидобактерий со статусом QPS не были связаны с какими-либо инфекционными процессами у здоровых людей.  Тем не менее, было охарактеризовано несколько штаммов, обладающих фенотипами устойчивости к антибиотикам, и во многих случаях фенотип был связан с определенными генами устойчивости к антибиотикам, что представляет потенциальный риск передачи к другим бактериям в кишечной экосистеме.

Бифидобактерии по своей природе устойчивы к мупироцину, антибиотику, который используется в селективных средах для этого рода.  Мупироцин конкурирует с изолейцином в качестве субстрата для изолейцил тРНК-синтетазы, что влияет на синтез белка.  Фенотип резистентности бифидобактерий является следствием синтеза атипичной изолейцил-тРНК-синтетазы, которая содержит ключевые аминокислотные остатки, ответственные за высокий уровень устойчивости к мупироцину.

Более того, они не восприимчивы к высоким концентрациям аминогликозидов, скорее всего, вследствие отсутствия опосредованного цитохромом транспорта лекарств.  Напротив, низкие концентрации макролидов, ванкомицина, хлорамфеникола, бета-лактамов, рифампицина и спектиномицина обычно ингибируют их рост.

Гены антибиотической резистентности в других штамах пробиотиков

Представители рода бацилл являются аэробными или факультативными аэробными, эндоспорообразующими и палочковидными грамположительными бактериями, которые обитают в широком диапазоне сред обитания, в основном в почве и отложениях.  Эти бактерии не относятся к комменсальной микробиоте желудочно-кишечного тракта, но некоторые штаммы этого рода включены в пищевые добавки и используются в питании человека в качестве пробиотиков, в частности bacillus clausii.  Кроме того, несколько видов бацилл веками использовались для изготовления традиционных ферментированных блюд в Африке и Азии.  В настоящее время определенные штаммы бацилл используются в качестве кормовых добавок, продуктов растительного происхождения, биомассы для кормов для животных или для производства ферментов / витаминов, а несколько видов включены в список QPS EFSA (Квалифицированная Презумция Безопасности).  Многие характеристики пробиотических штаммов бацилл отличаются от других пробиотических бактерий, в том числе их способностью к споруляции и механизмом взаимодействия со слизистой оболочкой кишечника человека.

Что касается наличия механизмов устойчивости к антибиотикам в бациллах, гены устойчивости к макролидам, присутствующие на внехромосомных элементах, были идентифицированы в мобильных элементах, таких как закодированный в плазмиде erm (C) из сенной палочки.  Детерминанты устойчивости к тетрациклину также были обнаружены в мобильных элементах, включая кодируемый плазмидой ген tet (L) из сенной палочки и ген tet (M), содержащийся в конъюгативном транспозоне Tn5397 из сенной палочки (bacillus subtilis).

Заключение

Бактерии, естественно присутствующие в пищевых продуктах или пищевых добавках или намеренно добавленные к ним, включая пробиотические бактерии, представляют собой потенциальный источник детерминант устойчивости к антибиотикам.  Особенно некоторые ферментированные продукты, такие как, например, молочные, обладают чрезвычайно высокой бактериальной плотностью, в основном состоящей из LAB, количественно сопоставимой с микробной популяцией, обнаруженной в некоторых частях кишечника человека.  Эта микробная популяция представляет собой огромный резервуар генов устойчивости к антибиотикам, прием которых может влиять на присутствие, формирование и динамику устойчивых к антибиотикам пробиотических бактерий в нашем организме.