Карбапенем-резистентные Acinetobacter baumannii (CRAb) представляют собой актуальную угрозу для общественного здравоохранения с уровнем летальности более 50%, что во многом объясняется отсутствием в настоящее время других вариантов лечения, кроме полимиксинов, когда карбапенемы перестают быть эффективными.
Чтобы помочь исследователям в разработке новых стратегий лечения и терапевтических препаратов, необходимо более глубокое понимание механизмов резистентности, используемых CRAb, и того, как Ab становится CRAb. Ранее в нескольких исследованиях было высказано предположение, что одним из основных механизмов резистентности является выработка β-лактамаз - ферментов, гидролизующих β-лактамные антибиотики. β-лактамазы классов A, C и D содержат каталитический остаток серина в своем активном сайте и способны гидролизовать большинство β-лактамных антибиотиков.
В геноме Ab (ATCC 19606), распространенного лабораторного штамма Ab, присутствуют гены, кодирующие класс C (blaAmpC, blaADC) и класс D (blaOXA), что приводит к быстрому формированию резистентности при воздействии β-лактамов. Хотя модификации пенициллинсвязывающего белка и белки-транспортеры препаратов также могут играть определенную роль в развитии CRAb, в нескольких недавних сообщениях было высказано предположение, что β-лактамазы по-прежнему являются наиболее значимым фактором резистентности. Эти исследования в целом подтверждаются наблюдаемым повышением уровня β-лактамаз в полнопротеомных исследованиях CRAb. Поэтому понимание процесса превращения некоторых β-лактамаз в карбапенемазы существенно поможет исследователям в разработке препаратов, которые с меньшей вероятностью будут способствовать росту таких высокоустойчивых фенотипов.
Чтобы понять, как быстро происходит эволюция лекарственной резистентности у бактерий, следует понимать, что в результате переноса генов или случайного мутагенеза появляется мутант с более высокой приспособленностью, который выживает под воздействием антибиотиков и размножается, создавая более резистентную популяцию. Недавние исследования показали, что этот процесс может иметь особенности, которые можно использовать для того, чтобы сделать его предсказуемым, например, градиенты электрического поля, присущие β-лактамазам. Эти градиенты могут коррелировать с ферментативной активностью, обеспечивая спектроскопическую возможность для предсказания резистентности. Хотя конечный результат обоих подходов одинаков (т.е. резистентная популяция), начальные этапы развития резистентности существенно отличаются друг от друга, поскольку один из них может быть подвержен прогностическому моделированию и, следовательно, на него можно повлиять.
В попытке определить возможность субстратно-направленной экспрессии и эволюции β-лактамаз мы ранее изучили влияние воздействия β-лактамов (пенициллинов, цефалоспоринов и карбапенемов) на экспрессию β-лактамаз с помощью метода жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии ЖХ-МС/МС. В ходе исследования мы обнаружили, что каждый β-лактамный антибиотик приводит к уникальному профилю резистентности к изоформам β-лактамаз; однако мы не смогли определить, являются ли эти уникальные паттерны случайными или они потенцируются конкретным типом β-лактама. В целом эти наблюдения согласуются с результатами других исследований, которые свидетельствуют о том, что устойчивость к антибиотикам может иметь определенную предсказуемость.
В данном исследовании мы демонстрируем, что независимые образцы Ab, подвергнутые воздействию различных карбапенемов с нарастающими концентрациями, демонстрируют зависящие от концентрации и карбапенема тенденции в экспрессии изоформ β-лактамаз. Этот результат, основанный на изоформах, идентифицированных с помощью количественной ЖХ-МС/МС измерений β-лактамаз, разделенных в геле, предполагает, что появление устойчивости к антибиотикам может быть в определенной степени предсказуемо на основе структурных факторов.
Кроме того, идентифицированные минорные изоформы также имеют высокое сходство последовательностей с основными экспрессируемыми изоформами, что указывает на потенциальный путь, по которому возникает резистентность. Таким образом, резистентность к антибиотикам может быть в некоторой степени предсказуема на основе специфических структурных свойств, и дальнейшие исследования могут привести к разработке новых стратегий по снижению резистентности к антибиотикам.
