Выявлена причина резистентности туберкулеза к препаратам

Несмотря на десятки лет, потраченных на разработку и клинические испытания антибактериальных препаратов, уничтожающих Mycobacterium tuberculosis – бактерию, вызывающую развитие туберкулеза – число штаммов, устойчивых к действию этих препаратов, постоянно увеличивается. В результате терапевтические подходы к лечению пациентов с туберкулезом становятся неэффективными. Так, в 2010 г. было зарегистрировано 650 тыс. клинических случаев, при которых возбудители заболевания были резистентны к действию двух самых эффективных антибиотиков, относящихся к терапии первой линии. В 2012 г. полностью резистентные штаммы микобактерии, уничтожить которые практически невозможно, были обнаружены в Индии.

Недавно две научные группы, осуществив полногеномное секвенирование сотен бактерий, опубликовали длинные списки мутаций, обусловливающих резистентность M. tuberculosis к действию антибиотиков. Полученные данные позволят изучить способы, позволяющие бактерии избегать действия самых мощных лекарственных препаратов [1, 2].

«Самые большие трудности при ведении пациентов с туберкулезом, резистентным к действию лекарственных препаратов, возникают в период между появлением подозрения на устойчивую форму заболевания и его подтверждением», - говорит руководитель одного из исследований, эпидемиолог Меган Мюррей (Megan Murray) из Гарвардской Школы Общественного Здоровья (Harvard School of Public Health, США). Располагая более полным списком мутаций, которые вызывают устойчивость микобактерии к действию лекарственных препаратов, врачи смогут избежать назначения пациентам медикаментов, применение которых будет неэффективно.

Карта резистентности

Исследовательская команда под руководством Мюррей секвенировала геном 123 штаммов M. tuberculosis, собранных со всего мира, и картировала последовательности на эволюционном древе. Затем они начали поиск мутаций, ассоциированных с резистентностью. Ученые идентифицировали каждую часть генома M. tuberculosis, которая уже была ассоциирована с резистентностью, а также выявили 39 новых мутаций, участвующих в ее возникновении.

Другая научная группа, руководителем которой был Лицзюнь Би (Lijun Bi) из Института Биофизики (Institute of Biophysics, Китай) при Китайской Академии Наук (Chinese Academy of Sciences), секвенировала 161 образец, полученный от пациентов с туберкулезом из Китая, и проанализировала их аналогичным методом. В результате китайские ученые выявили 84 гена и 32 другие области генома, которые были четко ассоциированы с развитием резистентности микобактерии к лекарственным препаратам.

«В развитии резистентности участвует значительно большее число генов, чем мы ранее предполагали, и мы не знаем их функции. Организм может приобрести резистентность большим числом способов», - говорит Мюррей.

В классическом понимании резистентности считается, что у M. tuberculosis возникают мутации в ферментах, которые либо активируют лекарственные препараты, либо являются их мишенями. По мнению Робина Варрена (Robin Warren), специалиста в области туберкулеза из Университета Стелленбош (Stellenbosch University, Южная Африка), соавтора статьи Мюррея, эти представления слишком долгое время существовали в научных кругах. Варрен говорит, что согласно результатам новых исследований, возникновение резистентности является более сложным процессом, чем ученые предполагали ранее.

Многие области генома, ассоциированные с развитием резистентности к действию антибиотиков, идентифицированные учеными в двух исследованиях, связаны с окружающей бактерию клеточной стенкой. Некоторые мутации изменяют структуру или нарушают проницаемость клеточной стенки M. tuberculosis, другие – влияют на производительность молекулярных наносов, выводящих лекарственные препараты, попадающие внутрь бактериальной клетки. Некоторые мутации усиливают скорость мутирования микобактерии, в результате она быстрее приобретает «полезные» мутации.

Исследовательские группы также идентифицировали мутации, которые, вероятно, влияют на другие гены резистентности, либо усиливая их активность, либо компенсируя их негативные эффекты. Это позволяет бактериям, несущим эти мутации, не быть «вытесненными» другими штаммами, чувствительными к действию лекарственных препаратов.

Однако функции многих областей генома, идентифицированных учеными, остаются не известными. По словам Мюррея, приблизительно половина генов, перечисленных в списке, имеет названия, но не установлена их роль в жизнедеятельности бактериальной клетки. Например, в списке перечислены 16 генов из семейства PE/PPE, которое является уникальным для M. tuberculosis и родственных ей бактерий, но функции этих генов на данный момент не известны ученым.

Научная команда под руководством Мюррей внедрила мутации в ген ponA1 M. tuberculosis. Результаты экспериментов показали, что генетически модифицированная бактерия смогла выжить после воздействия двойной дозы антибиотика рифампицина. По мнению Мюррей, для возникновения резистентности необходимо, чтобы аналогичные процессы произошли во всех генах, но в значительно более крупных масштабах.

Последние результаты исследований показывают, что M. tuberculosis становится резистентной благодаря нескольким последовательным изменениям, оказывающим едва уловимые эффекты. «Вероятно, требуется множество аналогичных небольших изменений, чтобы бактерия стала устойчивой к действию лекарств», - говорит Мюррей.

Дэвид Элленд (David Alland) из Ратгерского Университета (Rutgers University, США) разделяет эту точку зрения. Результаты исследования, в котором он принимал участие, были также опубликованы в новом номере журнала Nature Genetics [3]. Исследовательская группа под его руководством секвенировала 63 образца М. tuberculosis, которые подвергались воздействию лекарственного препарата первой линии этамбутола. В результате ученые обнаружили мутации как минимум в четырех генах, которые взаимодействовали между собой, повышая способность бактерии противостоять действию лекарства. Это свойство обеспечивает устойчивость некоторых штаммов бактерии к дозам лекарственных препаратов, превышающих в 16 раз дозы, к которым чувствительны другие микобактерии.

Понимание поэтапного возникновения у бактерий резистентности к лекарствам может помочь клиницистам наблюдать за штаммами, которые находятся на грани приобретения высокой степени резистентности, или разработать лекарственные средства, которые препятствуют эволюции бактерии еще до момента ее начала.

Курсы лечения пациентов с туберкулезом становятся все менее и менее эффективными, поскольку усиливается резистентность микобактерий к антибиотикам. (фото: ANDREW AITCHISON/IN PICTURES/CORBIS)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2013.13645

Литература:
1. Farhat, M. R. et al. Nature Genet. http://dx.doi.org/10.1038/ng.2747 (2013).
2. Zhang, H. et al. Nature Genet. http://dx.doi.org/10.1038/ng.2735 (2013).
3. Safi, H. et al. Nature Genet. http://dx.doi.org/10.1038/ng.2743 (2013).