Диссертация (Молекулярная характеристика продуцентов карбапенемаз семейства Enterobacteriaceae, выделенных в Санкт-Петербурге), страница 5

Группа включает широкораспространённые плазмидно-опосредованные ферменты TEM и SHV26впервые описанные в 1970-х годах (Matthew 1979, Roy, Foz et al. 1983).Подгруппа 2be включает в себя b-лактамазы расширенного спектра действия.Ферменты данной группы гидролизуют пенициллины и цефалоспориныподобно ферментам подгруппы 2b, а также дополнительно активны поотношению к цефотаксиму, цефтазидиму и азтреонаму (оксиимино-bлактамам). Наибольшее число представителей этой группы произошли врезультате замен в кодирующих последовательностях ферментов TEM-1,SHV-1 в результате чего произошло расширение спектра активности (TEMSHV-type ESBLs) (Queenan et al. 2004). В эту группу также включенаобширная группа ферментов CTX-M, которые произошли от хромосомнокодируемых b-лактамаз представителей рода Kluyvera (Bonnet 2004).Название «СТХ-М» предполагает большую эффективность по отношениюцефотаксиму чем к цефтазидиму, хотя есть исключения.

В отличие от TEMи SHV- ESBLs, ферменты СТХ-М ингибируются тазобактамом на порядокэффективнее чем клавуланатом (Bonnet et al. 2004, Walther-Rasmussen andHoiby 2004). Относительно менее распространённые ферменты BEL-1, BES1, SFO-1, TLA-1, TLA-2 относятся к семействам PER и VEB. Отличительнойчертой группы 2be является ингибирование клавуланатом, что применятесядля их дифференцировки в лабораторной практике (Bush and Jacoby 2010).Подгруппа 2br представлена b-лактамазами широкого спектра действияустойчивыми к ингибированию клавуланатом. Из 135 описанных вариантовTEM, 36 вариантов относятся к данной группе (например, TEM-30, TEM-31),а также аналогично 72 b-лактамазы SHV-типа.

Представители группы CTXM не представлены в группе 2be (Bush and Jacoby 2010). Подгруппа 2berвключает варианты TEM которые обладают расширенным спектром действияи относительной устойчивостью к ингибиторам, например, TEM-50.Ферменты данного типа обозначают CMT (complex mutant TEM) (Sirot et al.1997, Robin et al. 2005). Подгруппа 2с – пенициллиназы, характеризуемыеспособностью гидролизовать карбенициллин или тикарциллин, как минимум,на 60% быстрее чем бензилпенициллин, при этом клоксациллин или27оксациллингидролизуются в два раза медленнее чем бензилпенициллин(Bush et al.

1995). Так как карбенициллин – антибиотик применяемыйотносительно редко, случай описания новых ферментов данной группытакже редки (Petroni et al. 2004). Подгруппа 2ce включает карбенициллиназурасширенного спектра действия – фермент RTG-4 (CARB-10), активный поотношению к цефепиму и цефпирому (Potron et al. 2009).

Подгруппа 2dвключаетb-лактамазы,объединенныеспособностьюгидролизоватьклоксациллин или оксациллин, как минимум, в два раза эффективнее чембензилпенициллин, что привело к общему названию этих ферментов – OXAтип. OXA-группа достаточно обширна и формируется в первую очередь наосновании сходства аминокислотной последовательности ферментов. ГруппаOXA-ферментов вторая по величине после семейства TEM (Bush and Jacoby2010). Подгруппа 2de – ферменты наиболее активные по отношению кклоксациллину или оксациллину с расширенным спектром действия, но невключают карбапенемазы.

Типичными представителями являются OXA-11 иOXA-15, которые выявлены у Pseudomonas aeruginosa в Турции и Франции(Bradford et al. 2001). Устойчивость к цефтазидиму обычно болеевыраженная, чем к азтреонаму или цефотаксиму. В случае, если изолят имеетнесколькооксациллиназ,можетсохранятьсячувствительностькцефтазидиму при устойчивости к цефепиму (Aubert et al. 2001). Подгруппа2bf представляет в данном случае повышенный интерес, так как включаеткарбапенемазы. Наибольшее распространение они получили у Acinetobacterbaumannii и зачастую имеют хромосомную локализацию (Walther-Rasmussenand Hoiby 2006).

Плазмидно-локализованные OXA-23 и OXA-48 встречаютсяу представителей Enterobacteriaceae. Эти ферменты обладают наибольшейактивностью из карбапенемных антибиотиков прежде всего имипенему,меньшей к меропенему (Poirel et al. 2004). Характеристика группы 2eвключает способность гидролизовать цефалоспорины расширенного спектрадействия и ингибирование клавуланатом или тазобактамом. Хромосомныецефалоспориназы представителей рода Proteus чаще всего относятся к этой28группе.

Возможны проблемы дифференцировки так как ферменты даннойгруппы формируют фенотип схожий с ферментами других групп (например,AmpC) и встречаются у бактерий одного семейства (Bush and Jacoby 2010).Подгруппа 2e дифференцируется от группы 1 слабой активностью казтреонаму.

Число ферментов данной группы не меняется с 1995 года, но неисключено расширение данной группы в дальнейшем. Вероятно, частьферментов этой группы характеризуются как ESBL (Bush et al. 1989).Сериновые карбапенемазыкласса А формируют подгруппу 2f.Карбапенемные антибиотики выступают в данном случае диагностическимсубстратом. Ферменты данной группы лучше ингибируются тазобактамомчемклавуланатом.Наибольшуюугрозупредставляютплазмидно-локализованные ферменты группы 2f, включающие KPC-тип.

Вспышки CPEв США и Израиле, а также других странах, в основном, связаны споявлением ферментов KPC-типа, на сегодняшний день, ферменты KPC-типараспространены по всему миру (Bradford et al. 2004, Naas et al. 2005).Группа 3 включает металло-b-лактамазы (MBL), которые выделяютсякак по структурной, так и по фенотипической характеристике. Основноеструктурное отличие от других групп отражено в самом названии группы – вактивном центре содержится ион цинка. Основное свойство ферментовданной группы – способность гидролизовать карбапенемы, но, в качестведиагностического признака, такая субстратная специфичность малопригоднатак как аналогичным свойством обладают некоторые сериновые b-лактамазы.В отличие от последних, MBL обладают слабой активностью по отношениюк монобактамам и не ингибируются клавуланатом или тазобактамом, затоингибируются ЭДТУ и дипиколиновой кислотой, которые являютсяхелатирующими ион цинка веществами (Laraki et al. 1999, Marchiaro et al.2008).

Металлоферменты делятся на субтипы по структуре на B1, B2 и B3.По функциональной классификации они делятся 3a, 3b и 3c (Rasmussen andBush 1997). Изначально, металло-b-лактамазы были обнаружены как29хромосомно-кодируемые ферменты грамположительных бактерий или, вредкихслучаях,грамотрицательныхбацилл(Bacteroidesfragilis,Stenotrophomonas maltophilia) (Yotsuji et al. 1983, Livermore and Woodford2000, Mercuri et al. 2002).

С момента когда ферменты данной группы сталивыявляться на мобильных генетических элементах, они стали объектоминтенсивного отбора и быстрой эволюции, что привело к формированиюнескольких десятков вариантов, включающих NDM, VIM, IMP и др.При более разностороннем изучении биохимической структурыбольшого числа металло-b-лактамаз, на сегодняшний день выделяется двефункциональные группы. Самая большая группа 3a, которая включаетплазмидно-локализованные ферменты как VIM, IMP, которые получилиглобальноераспространениенеферментирующихбактерий,инаиболеехотяучастовстречаютсяEnterobacteriaceaeониутакжеприсутствуют (Queenan and Bush 2007). Эти ферменты относятся кмолекулярному подклассу B1, который выделяется на основании близкойаминокислотной последовательности ферментов данной группы.

В активномцентре данных ферментов находится два атома цинка и они имеют широкийспектр гидролитической активности (Garau et al. 2004). Также в группу 3aвключены металло-b-лактамазы из S. maltophilia (L1 MBL) и ферментыподклассаB3CAU-1,GOB-1,иFEZ-1.Хотяэтиферментыпоаминокислотной последовательности стоят несколько в стороне, ониудовлетворяют требованиям класса за счёт наличия двух атомов цинка иширокогоспектраактивности,т.е.характерногодлявсегоклассасубстратного профиля (Bellais et al.

2000, Galleni et al. 2001).Подгруппа 3b включает в себя небольшое число ферментов, которыеактивнее гидролизуют карбапенемы по сравнению с пенициллинами ицефалоспоринами (Segatore et al. 1993). Представителями этой подгруппыявляются хромосоные ферменты представителей рода Aeromonas, зачастую30эти ферменты не детектируются в лабораторной практике так как они невзаимодействуют с нитроцефином (Yang and Bush 1996).1.5. Происхождение β-лактамазНа сегодняшний день, большинство учёных сходятся во мнении, чтоПСБиβ-лактамазыимеютобщегопредшественника.Обэтомсвидетельствует гомология ПСБ и сериновых β-лактамаз по аминокислотнойпоследовательности,атакжепочетвертичнойструктурефермента.Селективным давлением, способствовавшим появлению и распространениюдревних β-лактамаз, стали антибиотики выделяющиеся во внешнюю средупочвенными бактериями.

Предполагаемое филогенетическое древо ПСБ и βлактамаз представлено на Рисунке 1 (Massova and Mobashery 1998).ПСБиβ-лактамазыобладаютсхожейаминокислотнойпоследовательностью, взаимодействие и тех и других ферментов с мишеньюпроисходит аналогично, но в отличие от ПСБ, β-лактамаза образует смолекулой антибиотика нестабильный комплекс.31Рис.1Схематическоефилогенетическоедревоβ-лактамазипенициллинсвязывающих белков, основанное на множественномвыравниванииаминокислотныхпоследовательностейданныхферментов (Diene and Rolain 2014, Ozturk et al. 2015).Важнымидиагностическимипризнакамиявляютсяспособностьингибироваться клавулановой кислотой, ЭДТУ, а также локализацияхромомсомная или в составе мобильного элемента (также её называют«плазмидной» локализацией).1.6. Механизмы гидролиза β-лактамазамиB-лактамазы ацилируют β-лактамный антибиотик, подобно ПСБ, азатем используют молекулу воды для гидролиза ацилированной молекулы βлактама (Minasov et al.