МЕКА
mecA — это ген, обнаруженный в бактериальных клетках, который позволяет им быть устойчивыми к таким антибиотикам, как метициллин , пенициллин и другие пенициллиноподобные антибиотики. [1]
Штамм бактерий, наиболее известный как переносчик mecA, — это метициллин-резистентный Staphylococcus aureus ( MRSA ). У Staphylococcus видов mecA распространяется через стафилококковой хромосомной кассеты SCC генетический элемент mec . [2] Устойчивые штаммы вызывают многие внутрибольничные инфекции . [3]
mecA кодирует белок PBP2A ( пенициллин-связывающий белок 2A), транспептидазу, которая помогает формировать клеточную стенку бактерий . PBP2A имеет более низкое сродство к бета-лактамным антибиотикам, таким как метициллин и пенициллин, чем DD-транспептидаза , поэтому он не связывается с кольцевой структурой пенициллинподобных антибиотиков. Это обеспечивает активность транспептидазы в присутствии бета-лактамов, не позволяя им ингибировать синтез клеточной стенки. [4] Бактерии могут затем размножаться как обычно.
История
[ редактировать ]Устойчивость к метициллину впервые возникла в больницах по поводу золотистого стафилококка , который был более агрессивным и не реагировал на лечение метициллином. [5] Распространенность этого штамма, MRSA, продолжала расти, достигнув 60% британских больниц, и распространилась по всему миру и за пределы больниц. [5] [6] Исследователи проследили источник этой устойчивости к гену mecA, приобретенному через мобильный генетический элемент , стафилококковую кассетную хромосому mec, присутствующую во всех известных штаммах MRSA. [7] 27 февраля 2017 года Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила MRSA в список приоритетных бактериально-устойчивых патогенов и сделала его высокоприоритетной целью для дальнейших исследований и разработки методов лечения. [8]
Обнаружение
[ редактировать ]Успешное лечение MRSA начинается с обнаружения mecA , обычно с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Альтернативные методы включают ПЦР с ферментативным обнаружением, которая метит ПЦР ферментами, обнаруживаемыми с помощью иммуноабсорбентных анализов. Это занимает меньше времени и не требует гель -электрофореза , который может быть дорогостоящим, утомительным и непредсказуемым. [9] Дисковая диффузия цефокситина использует фенотипическую устойчивость для тестирования не только штаммов, устойчивых к метициллину, но и штаммов с низкой устойчивостью. [10] Наличие только mecA не определяет устойчивые штаммы; дальнейшие фенотипические анализы mecA -положительных штаммов могут определить, насколько штамм устойчив к метициллину. [11] Эти фенотипические анализы не могут полагаться на накопление PBP2a, белкового продукта mecA , в качестве теста на устойчивость к метициллину, поскольку не существует связи между количеством белка и устойчивостью. [12]
Структура
[ редактировать ]mecA находится на стафилококковой кассетной хромосоме mec , мобильном генном элементе, из которого ген может подвергаться горизонтальному переносу генов и внедряться в вид-хозяин, которым может быть любой вид рода Staphylococcus . [13] Эта кассета представляет собой участок ДНК длиной 52 тыс. оснований, который содержит mecA и два гена рекомбиназы, ccrA и ccrB . [7] Для правильной вставки комплекса mecA в геном хозяина необходимы рекомбиназы. Исследователи выделили несколько генетических вариантов из устойчивых штаммов S. aureus ДНК хозяина , но все варианты функционируют одинаково и имеют один и тот же сайт вставки, расположенный рядом с местом начала репликации . [14] mecA также образует комплекс с двумя регуляторными единицами, mecI и mecR1 . Эти два гена могут репрессировать mecA ; делеции или нокауты в этих генах повышают устойчивость S. aureus к метициллину. [15] Штаммы S. aureus, выделенные от человека, либо лишены этих регуляторных элементов, либо содержат мутации в этих генах, которые вызывают потерю функции белковых продуктов, ингибирующих mecA . в свою очередь, вызывает конститутивную транскрипцию mecA Это , . [16] Эта кассетная хромосома может перемещаться между видами. Два других стафилококков вида , S.epidermidis и S.haemolyticus, демонстрируют консервативность в этом месте вставки не только mecA , но и других несущественных генов, которые может нести кассетная хромосома. [17]
Механизм сопротивления
[ редактировать ]Пенициллин, его производные, метициллин и другие бета-лактамные антибиотики ингибируют активность клеточной стенки, образующей семейство пенициллинсвязывающих белков (PBP 1, 2, 3 и 4). Это нарушает структуру клеточной стенки, вызывая утечку цитоплазмы и гибель клеток. [18] Однако mecA кодирует PBP2a, который имеет более низкое сродство к бета-лактамам, что сохраняет структурную целостность клеточной стенки, предотвращая гибель клеток. [18] Синтез бактериальной клеточной стенки у S. aureus зависит от трансгликозилирования с образованием линейного полимера мономеров сахара и транспептидации с образованием связывающих пептидов для укрепления вновь развитой клеточной стенки. PBP имеют транспептидазный домен, но ученые считали, что только монофункциональные ферменты катализируют трансгликозилирование, однако у PBP2 есть домены, которые выполняют оба важных процесса. [19] Когда антибиотики попадают в среду, они связываются с доменом транспептидации и ингибируют PBP от перекрестного связывания муропептидов, тем самым предотвращая образование стабильной клеточной стенки. При совместном действии у PBP2a отсутствует соответствующий рецептор для антибиотиков, и он продолжает транспептидацию, предотвращая разрушение клеточной стенки. [20] Функциональность PBP2a зависит от двух структурных факторов клеточной стенки S. aureus. Во-первых, чтобы PBP2a правильно прикрепился к клеточной стенке и продолжил транспептидацию, ему необходимы соответствующие аминокислотные остатки, в частности, остаток пентаглицина и остаток амидированного глутамата. [21] Во-вторых, PBP2a обладает эффективной транспептидазной активностью, но у него отсутствует домен трансгликозилирования PBP2, который строит основу клеточной стенки из мономеров полисахаридов, поэтому PBP2a должен полагаться на PBP2 для продолжения этого процесса. [21] [20] Последний представляет собой терапевтическую мишень для улучшения способности бета-лактамов предотвращать синтез клеточной стенки у резистентного S. aureus . Идентификация ингибиторов гликозилаз, участвующих в синтезе клеточной стенки, и модуляция их экспрессии может повысить чувствительность этих ранее устойчивых бактерий к лечению бета-лактамами. [22] Например, галлат эпикатехина , соединение, содержащееся в зеленом чае, продемонстрировало признаки снижения устойчивости к бета-лактамам до такой степени, что оксациллин, действующий на PBP2 и PBP2a, эффективно ингибирует образование клеточной стенки. [23]
Взаимодействия с другими генами снижают устойчивость к бета-лактамам у устойчивых штаммов S. aureus . Эти генные сети в основном участвуют в делении клеток, а также в синтезе и функционировании клеточной стенки, где локализуется PBP2a. [24] Кроме того, другие белки PBP также влияют на устойчивость S. aureus к антибиотикам. Устойчивость к оксациллину снижалась у штаммов S. aureus , когда экспрессия PBP4 ингибировалась, а PBP2a - нет. [25]
Эволюционная история
[ редактировать ]mecA приобретается и передается через мобильный генетический элемент, который встраивается в геном хозяина. Эта структура консервативна между продуктом гена mecA и гомологичным продуктом гена mecA у Staphylococcus sciuri . По состоянию на 2007 год функция гомолога mecA у S. sciuri остается неизвестной, но они могут быть предшественниками гена mecA , обнаруженного у S. aureus . [26] Структура белкового продукта этого гомолога настолько схожа, что белок можно использовать в S. aureus. Когда гомолог mecA устойчивого к бета-лактамам S. sciuri вставляется в чувствительный к антибиотикам S. aureus, устойчивость к антибиотикам увеличивается. Несмотря на то, что муропептиды (предшественники пептидогликана), которые используют оба вида, одинаковы, белковый продукт гена mecA S. sciuri может продолжать синтез клеточной стенки, когда бета-лактам ингибирует семейство белков PBP. [27]
Чтобы лучше понять происхождение mecA , в частности комплекса mecA , обнаруженного на кассетной хромосоме стафилококка, исследователи использовали ген mecA из S. sciuri в сравнении с другими видами стафилококков . Нуклеотидный анализ показывает, что последовательность mecA почти идентична гомологу mecA , обнаруженному у Staphylococcus fleurettii, наиболее значимого кандидата на происхождение гена mecA на кассетной хромосоме стафилококка. Поскольку геном S. fleurettii содержит этот ген, кассетная хромосома должна происходить от другого вида. [28]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Убуката К., Ноногути Р., Мацухаси М., Конно М. (май 1989 г.). «Экспрессия и индуцируемость в Staphylococcus aureus гена mecA, который кодирует устойчивый к метициллину пенициллин-связывающий белок, специфичный для S. aureus» . Журнал бактериологии . 171 (5): 2882–5. дои : 10.1128/jb.171.5.2882-2885.1989 . ПМК 209980 . ПМИД 2708325 .
- ^ Деуренберг Р.Х., Стобберинг Э.Э. (март 2009 г.). «Молекулярная эволюция золотистого стафилококка, устойчивого к метициллину в больницах и сообществах». Современная молекулярная медицина . 9 (2): 100–15. дои : 10.2174/156652409787581637 . ПМИД 19275621 .
- ^ Вилдерс К.Л., Флюит А.С., Брисс С., Верхуф Дж., Шмитц Ф.Дж. (ноябрь 2002 г.). «Ген mecA широко распространен в популяции Staphylococcus aureus» . Журнал клинической микробиологии . 40 (11): 3970–5. doi : 10.1128/jcm.40.11.3970-3975.2002 . ПМК 139644 . ПМИД 12409360 .
- ^ Фогарти Л.Р., Хаак С.К., Джонсон Х.Э., Бреннан А.К., Айзекс Н.М., Спенсер С. (2015). «Золотой стафилококк и метициллин-резистентный S. aureus (MRSA) на пресноводных пляжах» . Журнал воды и здоровья . 13 (3): 680–92. дои : 10.2166/wh.2014.278 . ПМИД 26322754 .
- ^ Перейти обратно: а б Лоуи Ф.Д. (май 2003 г.). «Резистентность к противомикробным препаратам: на примере золотистого стафилококка» . Журнал клинических исследований . 111 (9): 1265–73. дои : 10.1172/JCI18535 . ПМК 154455 . ПМИД 12727914 .
- ^ Бассет П., Фейл Э.Дж., Занетти Дж., Блан Д.С. (2011). Тибайренц М (ред.). Генетика и эволюция инфекционных заболеваний . Лондон: Эльзевир. стр. 669–688. дои : 10.1016/B978-0-12-384890-1.00025-X . ISBN 9780123848901 .
- ^ Перейти обратно: а б Катаяма Ю, Ито Т, Хирамацу К (июнь 2000 г.). «Новый класс генетических элементов, кассетная хромосома стафилококка mec, кодирует устойчивость к метициллину у Staphylococcus aureus» . Антимикробные средства и химиотерапия . 44 (6): 1549–55. doi : 10.1128/aac.44.6.1549-1555.2000 . ПМЦ 89911 . ПМИД 10817707 .
- ^ «Глобальный приоритетный список бактерий, устойчивых к антибиотикам, для руководства исследованиями, открытиями и разработкой новых антибиотиков» . Всемирная организация здравоохранения . Проверено 28 ноября 2017 г.
- ^ Убуката К., Накагами С., Нитта А., Ямане А., Каваками С., Сугиура М., Конно М. (июль 1992 г.). «Быстрое обнаружение гена mecA у метициллинрезистентных стафилококков методом ферментативного обнаружения продуктов полимеразной цепной реакции» . Журнал клинической микробиологии . 30 (7): 1728–33. doi : 10.1128/jcm.30.7.1728-1733.1992 . ПМК 265371 . ПМИД 1629327 .
- ^ Ананд К.Б., Агравал П., Кумар С., Капила К. (2009). «Сравнение дискового диффузионного теста цефокситина, скринингового агара с оксациллином и ПЦР на ген mecA для обнаружения MRSA» . Индийский журнал медицинской микробиологии . 27 (1): 27–9. дои : 10.1016/S0255-0857(21)01748-5 . hdl : 1807/53665 . ПМИД 19172055 .
- ^ Биньярди Дж.Э., Вудфорд Н., Чепмен А., Джонсон А.П., Спеллер округ Колумбия (январь 1996 г.). «Обнаружение гена mec-A и фенотипическое обнаружение устойчивости у изолятов Staphylococcus aureus с пограничной или низкой устойчивостью к метициллину» . Журнал антимикробной химиотерапии . 37 (1): 53–63. дои : 10.1093/jac/37.1.53 . ПМИД 8647774 .
- ^ Парвез М.А., Шибата Х., Накано Т., Ниими С., Фуджи Н., Аракаки Н., Хигути Т. (август 2008 г.). «Не существует никакой связи между количествами PBP 2a, экспрессируемыми в различных штаммах MRSA, полученных клинически, и их значениями МИК бета-лактамов» . Журнал медицинских расследований . 55 (3–4): 246–53. дои : 10.2152/jmi.55.246 . ПМИД 18797139 .
- ^ Ханссен А.М., Эриксон Соллид Ю. (февраль 2006 г.). «SCCmec у стафилококков: гены в движении» . ФЭМС Иммунология и медицинская микробиология . 46 (1): 8–20. дои : 10.1111/j.1574-695X.2005.00009.x . ПМИД 16420592 .
- ^ Ханссен А.М., Соллид Ю. (май 2007 г.). «Множественные стафилококковые кассетные хромосомы и аллельные варианты рекомбиназ кассетных хромосом у Staphylococcus aureus и коагулазонегативных стафилококков из Норвегии» . Антимикробные средства и химиотерапия . 51 (5): 1671–7. дои : 10.1128/AAC.00978-06 . ПМК 1855542 . ПМИД 17307983 .
- ^ Кувахара-Арай К., Кондо Н., Хори С., Татеда-Сузуки Э., Хирамацу К. (декабрь 1996 г.). «Подавление резистентности к метициллину у mecA-содержащего преметициллин-резистентного штамма Staphylococcus aureus вызвано mecI-опосредованной репрессией продукции PBP 2'» . Антимикробные средства и химиотерапия . 40 (12): 2680–5. дои : 10.1128/AAC.40.12.2680 . ПМЦ 163603 . ПМИД 9124822 .
- ^ Кано I, Алонсо MC, Гарсия-Росадо Е, Сен-Жан С.Р., Кастро Д., Боррего Ж.Дж. (март 2006 г.). «Обнаружение вируса лимфоцистной болезни (LCDV) у бессимптомного культивированного золотоголового морского леща (Sparus aurata, L.) с использованием метода иммуноблоттинга». Ветеринарная микробиология . 113 (1–2): 137–41. дои : 10.1016/j.vetmic.2005.10.024 . ПМИД 16298500 .
- ^ Такеучи Ф., Ватанабэ С., Баба Т., Юдзава Х., Ито Т., Моримото Ю., Курода М., Куи Л., Такахаси М., Анкаи А., Баба С., Фукуи С., Ли Дж.К., Хирамацу К. (ноябрь 2005 г.). «Полногеномное секвенирование стафилококка гемолитического раскрывает чрезвычайную пластичность его генома и эволюцию видов стафилококков, колонизирующих человека» . Журнал бактериологии . 187 (21): 7292–308. дои : 10.1128/JB.187.21.7292-7308.2005 . ПМК 1272970 . ПМИД 16237012 .
- ^ Перейти обратно: а б Стэплтон П.Д., Тейлор П.В. (15 февраля 2002 г.). «Метициллинрезистентность золотистого стафилококка: механизмы и модуляция» . Научный прогресс . 85 (Часть 1): 57–72. дои : 10.3184/003685002783238870 . ПМК 2065735 . ПМИД 11969119 .
- ^ Рид П., Вейга Х., Хорхе А.М., Террак М., Пиньо М.Г. (май 2011 г.). «Монофункциональные трансгликозилазы не необходимы для синтеза клеточной стенки Staphylococcus aureus» . Журнал бактериологии . 193 (10): 2549–56. дои : 10.1128/JB.01474-10 . ПМЦ 3133172 . ПМИД 21441517 .
- ^ Перейти обратно: а б Пиньо М.Г., де Ленкастр Х., Томаш А. (сентябрь 2001 г.). «Приобретенный и нативный пенициллин-связывающий белок взаимодействуют в построении клеточной стенки устойчивых к лекарствам стафилококков» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (19): 10886–91. Бибкод : 2001PNAS...9810886P . дои : 10.1073/pnas.191260798 . ПМЦ 58569 . ПМИД 11517340 .
- ^ Перейти обратно: а б Гиньяр Б., Энтенца Ж.М., Морейон П. (октябрь 2005 г.). «Бета-лактамы против метициллинрезистентного золотистого стафилококка». Современное мнение в фармакологии . Противоинфекционные средства/Новые технологии. 5 (5): 479–89. дои : 10.1016/j.coph.2005.06.002 . ПМИД 16095969 .
- ^ Хубер Дж., Дональд Р.Г., Ли Ш., Джарантоу Л.В., Сальваторе М.Дж., Менг Икс, Пейнтер Р., Ониши Р.Х., Окки Дж., Дорсо К., Янг К., Парк Ю.В., Сквиш С., Шимонифка М.Дж., Уодделл Т.С., Мизель Л., Филлипс Дж.В. , Ремер Т. (август 2009 г.). «Химико-генетическая идентификация ингибиторов пептидогликана, усиливающих активность карбапенема в отношении метициллин-резистентного золотистого стафилококка» . Химия и биология . 16 (8): 837–48. doi : 10.1016/j.chembiol.2009.05.012 . ПМИД 19716474 .
- ^ Бернал П., Лемэр С., Пиньо М.Г., Мобашери С., Хиндс Дж., Тейлор П.В. (июль 2010 г.). «Введение галлата эпикатехина в цитоплазматическую мембрану метициллин-резистентного Staphylococcus aureus разрушает опосредованную пенициллин-связывающим белком (PBP) 2a резистентность к бета-лактамам путем делокализации PBP2» . Журнал биологической химии . 285 (31): 24055–65. дои : 10.1074/jbc.M110.114793 . ПМЦ 2911331 . ПМИД 20516078 .
- ^ Ли Ш., Джарантоу Л.В., Ван Х., Силлаотс С., Ченг Х., Мередит Т.К., Томпсон Дж., Ремер Т. (ноябрь 2011 г.). «Антагонизм сетей химико-генетического взаимодействия повышает чувствительность MRSA к β-лактамным антибиотикам» . Химия и биология . 18 (11): 1379–89. doi : 10.1016/j.chembiol.2011.08.015 . ПМИД 22118672 .
- ^ Мемми Дж., Филипе С.Р., Пиньо М.Г., Фу З., Чунг А. (ноябрь 2008 г.). «Staphylococcus aureus PBP4 необходим для устойчивости к бета-лактамам внебольничных штаммов, устойчивых к метициллину» . Антимикробные средства и химиотерапия . 52 (11): 3955–66. дои : 10.1128/AAC.00049-08 . ПМЦ 2573147 . ПМИД 18725435 .
- ^ Фуда С., Суворов М., Ши К., Хесек Д., Ли М., Мобашери С. (июль 2007 г.). «Общие функциональные атрибуты продукта гена mecA Staphylococcus sciuri и пенициллинсвязывающего белка 2a метициллин-резистентного Staphylococcus aureus». Биохимия . 46 (27): 8050–7. дои : 10.1021/bi7004587 . ПМИД 17567045 .
- ^ Северин А., Ву С.В., Табей К., Томаш А. (октябрь 2005 г.). «Высокий уровень устойчивости к (бета)-лактамам и синтез клеточной стенки, катализируемый гомологом mecA Staphylococcus sciuri, введенным в Staphylococcus aureus» . Журнал бактериологии . 187 (19): 6651–8. дои : 10.1128/JB.187.19.6651-6658.2005 . ПМЦ 1251583 . ПМИД 16166526 .
- ^ Цубакишита С., Кувахара-Араи К., Сасаки Т., Хирамацу К. (октябрь 2010 г.). «Происхождение и молекулярная эволюция детерминанты метициллинрезистентности стафилококков» . Антимикробные средства и химиотерапия . 54 (10): 4352–9. дои : 10.1128/AAC.00356-10 . ПМЦ 2944575 . ПМИД 20679504 .