Антибиотики по-прежнему остаются основным методом лечения бактериальных инфекций; однако неправильное использование антибиотиков может способствовать быстрому появлению резистентных штаммов и дать бактериям возможность регулировать собственную патогенность.
В летальных концентрациях антибиотики убивают или подавляют рост бактерий; они также могут действовать как сигнальные молекулы в своих субминимальных ингибирующих концентрациях (суб-МИК).
Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) являются одними из наиболее распространенных инфекций, встречающихся во многих странах, а Escherichia coli, безусловно, является наиболее частой причиной ИМП. Штаммы E. coli классифицируются на несколько основных филогенетических групп (филогрупп). Внекишечные патогенные штаммы E. coli в основном происходят из филогрупп B2 или D, а комменсальные изоляты относятся к группам A или B1.
Штаммы уропатогенной кишечной палочки (UPEC) характеризуются способностью продуцировать характерные факторы вирулентности, такие как адгезины, токсины и сидерофоры. Несколько уропатогенных генов вирулентности расположены в больших смежных блоках, известных как острова патогенности (PAIs), и через них они могут передаваться другим бактериям путем горизонтального переноса генов. Цитотоксический некротизирующий фактор типа 1 (ген cnf-1), гемолизин (ген hlyA) и пиелонефрит-ассоциированный пилус (ген pap) играют важную роль в патогенности штаммов UPEC.
Экспрессия органелл адгезии, таких как P pili, позволяет UPEC связываться и вторгаться в клетки хозяина. Связывание этого адгезина с почечной тканью может привести к воспалению слизистой оболочки и болям, связанным с ИМП. Токсины также являются важными факторами вирулентности в патогенности UPEC. Было показано, что CNF1 способствует распространению штаммов в мочевыводящих путях. Этот токсин вызывает отшелушивание клеток мочевого пузыря и улучшает доступ бактерий к нижележащим тканям.
HlyA, который кодируется опероном hlyCABD, является наиболее важным секретируемым фактором вирулентности UPEC. Этот токсин обеспечивает UPEC способность вызывать повреждение тканей, преодолевать слизистые барьеры, высвобождать питательные вещества хозяина и повреждать иммунные клетки. Первоначально гемолитические E. coli были разделены на две, несколько нечеткие категории; однако позже было установлено, что гемолизины кодируются набором гомологичных генов, и все активности, кодируемые hlyCABD, были обозначены как гемолизины E. coli. Новый порообразующий хромосомный гемолизин, не связанный с HlyA, цитолизин A (ClyA, также называемый HlyE или SheA), был впервые идентифицирован в E. coli K12. Белок ClyA не вырабатывается на фенотипически определяемых уровнях в стандартных условиях. Более того, частота встречаемости функциональных аллелей clyA показала корреляцию с патотипами кишечных кишечных палочек, а все штаммы E. coli, выделенные из внекишечных инфекций, не несли никакого clyA или только нефункциональный clyA. Таким образом, гемолитическая способность UPEC связана с продукцией HlyA.
В последние годы ИМП становится все труднее лечить из-за широкого распространения резистентности к антибиотикам, особенно к новым препаратам широкого спектра действия, таким как фторхинолоны, которые являются антибиотиками, повреждающими ДНК, и цефалоспорины, которые способствуют дефектному синтезу клеточной стенки через специфическое взаимодействие с пенициллин-связывающими белками (PBP). Воздействие E. coli с множественной лекарственной резистентностью может привести к трудноизлечимым заболеваниям. Ситуация значительно усложняется при неправильном применении антибиотиков.
Хотя в клинической терапии антибиотики обычно используются в высоких дозах, могут возникать суб-МИК агентов. Когда антибиотик достигает суб-ингибирующей концентрации, это дает бактериям возможность стать резистентными и модулировать собственную вирулентность. Модуляция экспрессии генов во время лечения антибиотиками может изменить ход бактериального патогенеза. Понимание того, как UPEC могут реагировать на нелетальные концентрации антибиотиков, важно, поскольку успешное лечение ИМП зависит от антибиотикотерапии, а поддержание летальных концентраций антибиотиков во время лечения не всегда возможно. По этим причинам изучение влияния суб-МИК антибиотиков на экспрессию факторов вирулентности бактерий может дать больше информации для правильного использования антимикробных препаратов.
В данном исследовании мы изучили способность антибиотиков влиять на признаки вирулентности у E. coli, выделенных у пациентов с ИМП. Было исследовано присутствие генов hlyA, cnf1 и pap, продукты которых играют важную роль в патогенезе ИМП. Эти гены физически связаны в доменах PAI, которые преобладают в изолятах ИМП.
Результаты
Из 120 изолятов 32,5% были носителями pap, 21,7% - hlyA и 17,5% - cnf. Преобладающая филогруппа B2 была значительно связана с изолятами, резистентными к хинолонам. Существенная связь наблюдалась между наличием гемолизина hlyA и чувствительностью к цефтриаксону и ципрофлоксацину (P < 0,05). Суб-ингибирующие концентрации обоих антибиотиков снижали уровень экспрессии hlyA и гемолиза в изолятах, получавших антибиотики, по сравнению с не получавшими антибиотиков изолятами (P < 0,05). Анализ скорости роста показал, что снижение экспрессии hlyA не было эффектом снижения скорости роста.
Заключение
Наше исследование показало ингибирующее действие ципрофлоксацина и цефтриаксона на уровень гемолиза, предполагая, что субингибиторные концентрации этих антибиотиков могут влиять на исход инфекций. Дальнейшие исследования, в том числе на животных моделях, могут прояснить результаты модуляции вирулентности этими антибиотиками в патогенезе ИМП.
В целом, наше исследование дает описание корреляции между сублетальным лечением антибиотиками и экспрессией факторов вирулентности у изолятов UPEC. Дальнейшие исследования, включая модели на животных и клинические испытания, могут прояснить механизмы и последствия модуляции вирулентности антибиотиками в патогенезе ИМП. В дополнение к классической антимикробной терапии, новой стратегией может стать интеграция агентов, подавляющих продукцию генов, ассоциированных с инфекцией. Это может привести как к медицинским, так и к экономическим выгодам.
Источник: BMC Microbiology volume 22, Article number: 89 (2022)
