Современные представления о Pseudomonas aeruginosa: эпидемиология, вирулентность и современные стратегии борьбы с патогенами с множественной лекарственной резистентностью (MDR) (аннотация)Современные представления о Pseudomonas aeruginosa: эпидемиология, вирулентность и современные стратегии борьбы с патогенами с множественной лекарственной резистентностью (MDR)
Pseudomonas aeruginosa является членом филума Pseudomonatoda (синоним Proteobacteria), принадлежащего к группе неферментирующих грамотрицательных бактерий (NFGNB).
Члены NFGNB сходны в том, что они не способны использовать ферментативные биохимические процессы для обеспечения своей жизнедеятельности биологическим топливом из сахаров. В настоящее время род Pseudomonas содержит 299 различных видов (https://lpsn.dsmz.de/genus/pseudomonas). Среди них P. aeruginosa обладает значительной способностью адаптироваться к различным условиям окружающей среды благодаря доступности широкого спектра метаболических путей. Кроме того, наличие в ее арсенале многочисленных факторов вирулентности - благодаря высокой генетической пластичности - усиливает патогенность P. aeruginosa.
Признание разнообразных механизмов резистентности у этих подвижных и неприхотливых бактерий вызвало серьезную озабоченность медицинских учреждений во всем мире, особенно среди пациентов с ослабленным иммунитетом и госпитализированных пациентов, связанных с инвазивными терапевтическими процедурами; лечение инфекций, вызванных P. aeruginosa, становится все более сложной задачей для клиницистов из-за все более ограниченного терапевтического выбора.
Из-за многочисленных приобретенных и внутренних механизмов резистентности (которые оба имеют значение в общем профиле резистентности P. aeruginosa) штаммы этого вида с множественной лекарственной урезистентностью (MDR) сегодня являются частью повседневной клинической практики. Различные факторы и характеристики, включающие геномную пластичность, клеточно-опосредованные факторы, пигменты, токсины и протеазные ферменты, обширное образование биопленок, системы секреции, адаптивные механизмы, кворум сенсинг (QS), гипермутабельные штаммы, сверхэкспрессирующие эффлюксные насосы, мутанты с дефицитом порина OprD, инактивирующие ферменты, действующие как на антимикробные препараты, так и на иммунную систему, смена мишеней и наличие персистеров делают P. aeruginosa одним из самых эффективных патогенов в области медицинской микробиологии.
В связи с важностью этой темы мы сделали обзор интересных и выдающихся работ, посвященных вирулентности, лекарственной резистентности и стратегиям управления, связанным с P. aeruginosa и другими представителями рода. Были отобраны восемь тематических статей, опубликованных известными учеными со всего мира, освещающих последние данные и информацию о современных знаниях о P. aeruginosa.
Cervoni et al. изучили влияние экзогенных и эндогенных ферментов трансферазы фосфоэтаноламина (PEtN) на резистентность к колистину и приспособленность P. aeruginosa. Действительно, мутагенные модификации распространены как в хромосомном (эндогенном) гене eptA у P. aeruginosa, так и в плазмидном (экзогенном или мобилизованном) гене резистентности mcr-1 у представителей порядка Enterobacterales. Авторы показали, что оба белка EptA и MCR-1 подобным образом представляют активность PEtN-трансферазы путем экспрессии связанных генов, клонированных в мобильном генетическом элементе плазмиды у P. aeruginosa. Более того, экспрессия EptA и MCR-1 привела к одинаковым характеристикам резистентности к колистину, как это происходит через процесс липидного А-аминоарабинозилирования. В заключение своей интересной работы Cervoni et al. продемонстрировали, что, хотя PEtN и MCR-1 повышают фенотипическую устойчивость к колистину у P. aeruginosa, они не влияют ни на гомеостаз роста бактериальной клетки, ни на гомеостаз клеточной оболочки у этого патогена.
В другой работе, опубликованной Martínez-Alcantar et al., в качестве цели рассматривалась бактериальная адаптивность и патогенность штамма P. aeruginosa PAO1. В связи с этим они исследовали паралогичные гены fadD, которые участвуют в бактериальной патогенности и переваривании жирных кислот в P. aeruginosa PAO1. В частности, авторы сосредоточили свое внимание на гене fadD4, анализируя его возможную роль в деградации жирных кислот и ациклических терпенов и бактериальной патогенности. В результате они выяснили, что fadD4 экспрессирует терпеноил-КоА-синтетазу, которая участвует в ассимиляции жирных кислот и ациклических терпенов. Кроме того, Martínez-Alcantar et al. проанализировали метиловый эфир жирной кислоты, входящий в состав бактериального липополисахарида (ЛПС) в P. aeruginosa PAO1. Их результаты показали, что мутировавший fadD4 приводит к различным изменениям некоторых частей молекул жирных кислот и ЛПС на липиде А. Исследования in vivo на модели червя Caenorhabditis elegans и на моделях крыс показали эффективную корреляцию между генами fadD и патогенностью бактерий через модификации липида А. Другими словами, FadD4 эффективно способствовал биосинтезу ЛПС через структурную модификацию липида А. Являясь важным фактором вирулентности грамотрицательных бактерий, ЛПС P. aeruginosa PAO1 может приводить к экспрессии иммунных ответов (включая интерлейкины [ILs] 8 и 1ß и гликопротеин Toll-подобного рецептора [TLR] 4 в крысиной модели).
Thees et al. изучили бактериальный металлотионеин (МТ) малой молекулярной массы в P. aeruginosa PAO1, известный как PmtA, богатый цистеином белок, принадлежащий к семейству МТ. Роль PmtA была ранее признана как эффективного фактора вирулентности в формировании биопленки и в содействии хроническим инфекциям in vivo. Несмотря на некоторое сходство между металлотионеиновыми белками бактерий и эукариот - включая антиоксидантную химию, гомологию последовательностей и способность сайта связывания тяжелых металлов и эукариот - авторы поставили перед собой цель изучить значение бактериальных металлотионеиновых белков в бактериальной вирулентности и инфекции. Для этого они использовали PmtA-дефицитный (ΔpmtA) мутант штамма P. aeruginosa PAO1.
Авторы обнаружили, что экспрессия пиоцианина связана с экспрессией PmtA. Более того, защитная роль PmtA против окислительного стресса может также поддерживать производство пиоцианина. Интересно, что Thees et al. также показали, что PmtA участвует в образовании бактериальных биопленок, резистентности к антибиотикам (например, ципрофлоксацину и цефепиму) и вирулентности бактерий в модели воскового червя. В целом, Thees et al. в своем интересном исследовании показали, что PmtA непосредственно влияет на экспрессию факторов вирулентности бактерий P. aeruginosa PAO1, тем самым предполагая, что PmtA следует признать потенциальной терапевтической мишенью в будущем для терапевтических перспектив инфекций P. aeruginosa PAO1.
Еще одна интересная работа, опубликованная Zhang et al., посвящена исследованию синергетического эффекта комбинации колистина и мефлохина против резистентных к колистину штаммов P. aeruginosa in vitro и in vivo (в модели инфекции Galleria mellonella). Как мы знаем, неправильное использование антибиотиков во всем мире привело к значительному росту штаммов с MDR, включая P. aeruginosa. Результаты данного исследования ясно показали, что комбинация колистина и мефлохина оказывает синергетический эффект против штаммов, резистентных к колистину, за счет ингибирования образования биопленки и уничтожения зрелой биопленки. Следовательно, комбинация колистина и мефлохина может быть признана эффективным потенциалом в терапии инфекций, вызванных резистентными к колистину штаммами P. aeruginosa.
Исследование Di Bonaventura et al. было направлено на сравнение антибиопленочного, антивирулентного и антибактериального эффектов двух аминогликозидов, а именно тобрамицина и апрамицина (ветеринарного антибиотика) против штаммов P. aeruginosa, участвующих в инфекциях муковисцидоза (МВ) in vitro. В этом исследовании авторы показали, что MIC90 и MBC90 апрамицина были в 4 раза ниже, чем у тобрамицина. Оба протестированных антибактериальных препарата обладают бактерицидным действием и были эффективны против зрелых бактериальных биопленок без цитотоксического эффекта. Хотя тобрамицин и апрамицин не показали цитотоксического действия в клетках бронхиального эпителия муковисцидоза IB3-1, применение этих антибиотиков оказывает индуктивное действие на сверхэкспрессию генов эффлюксного насоса MDR mexA и mexC. Более того, применение тобрамицина может также привести к увеличению экспрессии двух генов - aprA и toxA, кодирующих щелочную протеазу и экзотоксин А, соответственно, что, возможно, повышает вирулентность P. aeruginosa. Однако быстрое уничтожение бактерий и отсутствие наблюдаемой резистентности делает апрамицин кандидатом для дальнейшей оценки в лечении пациентов с МВ, инфицированных P. aeruginosa.
Как уже упоминалось выше, QS известен как критический фактор вирулентности у P. aeruginosa и важный регуляторный механизм, основанный на плотности популяции бактерий. В связи с этим, Collalto et al. изучили влияние клофоктола и никлозамида как антивирулентных препаратов на выработку QS-сигнала и восприимчивость P. aeruginosa in vitro. Результаты этого исследования показали, что влияние клофоктола и никлозамида на ингибирование QS-сигнала бактерий было очень разным. Интересно, что авторы этой работы показали, что клофоктол обладает более широким ингибирующим действием на бактериальный QS на изолятах от пациентов с МВ по сравнению с никлозамидом. Более того, колфоктол может привести к снижению экспрессии пиоцианина (фактор вирулентности и пигмент P. aeruginosa) как результат ингибирования QS.
В своем интересном исследовании Kiyaga et al. с помощью метода полногеномного секвенирования провели филогенетический анализ, секвенирование и геномную характеристику изолятов P. aeruginosa, выделенных из различных клинических образцов. Они также обнаружили новый клон с MDR, несущий множество генов вирулентности. В своей работе авторы описали 12 новых линий P. aeruginosa. В целом, последовательность типа 3674 (ST3674), как новый клон MDR, несла наибольшее количество генов вирулентности и высокий уровень резистентности к противомикробным препаратам.
Наконец, в перспективной статье Hart и Morici авторы описали значение потенциальной вакцины против P. aeruginosa, и провели обзор литературы последних двух десятилетий о потенциальных (доклинических и клинических) кандидатах в профилактические вакцины. В их статье подчеркивается, что такая вакцина уменьшит нашу зависимость от антибиотиков и значительно снизит бремя этих инфекций, особенно инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, и более тяжелых бактериемий/сепсиса.
Антимикробная резистентность и "ренессанс" инфекционных заболеваний как важных факторов заболеваемости и смертности - важнейшие вопросы общественного здравоохранения, которые определят судьбу здравоохранения в ближайшие десятилетия. P. aeruginosa является одним из приоритетных патогенов, вызывающих серьезную озабоченность, благодаря своей адаптивности, универсальности в выживании и высоким показателям резистентности. Мы надеемся, что статьи данного обзора будут рассматриваться как важные выводы для других ученых, занимающихся аналогичными исследованиями, чтобы помочь в разработке новых антимикробных стратегий.
