Что такое персистирующее течение

Бронхиальная астма

Бронхиальная астма — весьма распространенное заболевание. Эпидемиологические исследования последних лет свидетельствуют о том, что от 4 до 10% населения планеты страдают бронхиальной астмой различной степени выраженности. У детей этот показатель еще выше — 15%. Мы поговорили с пульмонологом «ЕвроМед клиники» Евгенией Николаевной СЕЛИВАНОВОЙ о способах диагностики и лечения этой патологии.

Бронхиальная астма – это инфекционно-аллергическое заболевание хроническое заболевание легких, при котором возникает нарушение проходимости бронхов. Заболевание имеет наследственный генетический характер.

Симптомы бронхиальной астмы

Кашель. Если вы страдаете от хронического кашля (длящегося более 8 недель), обязательно проконсультируйтесь с пульмонологом! На фон затянувшегося кашля высок риск развития бронхиальной астмы.

Чувство стеснения в груди, «заложенности», нехватки воздуха, будто что-то мешает вдохнуть.

Одышка, свистящие хрипы в груди, которые могут усиливаться в горизонтальном положении.

Частые простудные заболевания. Нередко при осмотре у врача выясняется, что пациент страдает не от ОРЗ, а от астмы в сочетании с аллергической реакцией. Астма дает кашель, а аллергия – насморк.

Любой из вышеперечисленных симптомов может сигнализировать о начинающейся бронхиальной астме. Поэтому при малейшем сомнении рекомендуем проконсультироваться у пульмонолога, ведь только врач может объективно оценить состояние пациента и поставить диагноз.

Существует 4 степени тяжести течения бронхиальной астмы: интермиттирующая, легкая персистирующая, средней тяжести персистирующая, тяжелая персистирующая.

Астма легкого персистирующего течения

Симптомы возникают 1 раз в неделю или чаще, но реже 1 раза в день. Обострения заболевания могут нарушать активность и сон. Ночные симптомы возникают чаще 2 раз в месяц.

Бронхиальная астма средней тяжести течения

Ежедневные симптомы. Обострения нарушают активность и сон. Ночные симптомы возникают более 1 раза в неделю.

Бронхиальная астма тяжелого течения

Постоянные симптомы, частые обострения, частые ночные симптомы, физическая активность ограничена проявлениями астмы.

Терапия астмы подбирается индивидуально, не существует универсальных схем лечения. Врач оценивает множество параметров, форму, степень тяжести патологии, индивидуальные особенности пациента и наличие сопутствующих заболеваний. Нельзя прописывать себе лечение самостоятельно по принципу «помогло знакомой» или «порекомендовали в интернете»! Но хорошая новость заключается в том, что современный лекарственные препараты очень эффективны, и при грамотно подобранной терапии можно жить полноценной жизнью, забыв о приступах.

Можно ли вылечить бронхиальную астму психотерапией?

У некоторых видов бронхиальной астмы задействованы психогенные механизмы, и для эффективного лечения действительно необходима психотерапия. Но не в качестве монотерапии, а в комплексе с лечением у пульмонолога!

Обычно наличие психогенной связи врач определяет по тому, что рассказывает сам пациент. Если астматические приступы связаны с волнением, тревожностью, эмоциональным состоянием, тогда врач может порекомендовать консультацию у психоневролога или психотерапевта.

Как связаны бронхиальная астма и аллергия?

Астма – это инфекционно-аллергическое заболевание. Как понятно из определения, связь с аллергией есть. Одна из наиболее распространенных форм бронхиальной астмы как раз – аллергическая. Аллергия может стать причиной развития бронхиальной астмой. Также аллергены могут являться триггером, спусковым крючком для астматического приступа. Чаще всего бронхиальная астма связана с поллинозом (реакцией на цветение определенных растений), с аллергией на пыль и на шерсть животных.

Такая бронхиальная астма может иметь легкое интермиттирующее течение, и беспокоить человека только в связи с наличием аллергена. То есть только в период цветения определенного растения (при поллинозе) или при взаимодействии с собакой или кошкой (при аллергии на шерсть).

Кстати, если провести АСИТ (аллреген-специфическую иммуннотерапию) и избавиться от аллергии, то приступы бронхиальной астмы тоже пройдут.

Нужно ли менять препараты для лечения?

Этот вопрос имеет два аспекта.

Первый – связанный с привыканием. На него ответ: нет, правильно подобранные препараты можно принимать постоянно, они не вызывают привыкания. Рецепторы бронхов, на которые действует ингаляционное средство, сохраняют чувствительность на протяжении всей жизни.

Второй момент связан с тем, что в современной фармацевтике в плане лечения бронхиальной астмы в последние годы произошел прорыв, и появилось много более эффективных и безопасных препаратов. Некоторые же пациенты продолжают лечение, как им назначали 30 лет назад, системными гормонами, препаратами группы метилксантинов: эуфиллином, теофиллином, что на сегодняшний день считается неактуальным и неэффективным.

Поэтому еще раз хочется почеркнуть – если у вас диагностировано заболевание «бронхиальная астма» обязательно периодически посещайте пульмонолога для контроля лечения и наблюдения за состоянием. В первый год после постановки диагноза врача рекомендуется посещать раз в три месяца, чтобы доктор мог подобрать минимальную поддерживающую дозу препарата. В дальнейшем – минимум раз в год.

Можно ли астму вылечить?

Полностью вылечить бронхиальную астму невозможно. Она всегда остается в качестве хронического заболевания, симптомы которого контролируются при помощи правильно подобранной терапии. Единственный вариант, когда бронхиальная астма может пройти – это во время подросткового возраста. В этот период происходит бурная гормональная перестройка организма, и изменение гормонального фона может привести к тому, что у ребенка наступит стойкая ремиссия.

Кстати, в связи с изменением гормонального фона может произойти и обратное – у людей зрелого возраста, на фоне снижения гормонального фона, может начаться бронхиальная астма.

Источник

Лечение персистирующего аллергического ринита

Динер Наталья Евгеньевна

Все врачи

Персистирующий аллергический ринит – это непрерывно протекающий процесс, он не зависит от сезона года и температуры вдыхаемого воздуха.

Заболевание встречается у 10-20% населения планеты, в основном им болеют люди молодого возраста. Наиболее неблагоприятное течение персистирующего ринита отмечается у девочек, для которых характерно раннее развитие осложнений в виде атопической бронхиальной астмы. Как правило, процесс проявляет себя в возрасте до 1 года. Помимо развития бронхиальной астмы персистирующий ринит может осложняться развитием назального полипоза, риносинусита и эпизодам апноэ во сне.

Наша цель состоит в том, чтобы найти провоцирующую заболевание причину и подобрать пациенту базисную терапию, которая обеспечит ему хорошее самочувствие и комфортное качество жизни.

Пациентов беспокоят приступы чихания, зуд в носу, горле, слезотечение, обильные слизистые выделения из носа, затруднение носового дыхания, нарушение обоняния, нарушение сна, повышенная раздражительность, снижение работоспособности. Хроническая заложенность носа нередко приводит к развитию воспалительного процесса в околоносовых пазухах, в этом случае пациенты жалуются на головные боли и длительную субфебрильную температуру, а также воспаления на слизистой оболочке евстахиевой трубы, что способствует развитию воспаления среднего уха и снижению слуха. Постоянное стекание выделений на заднюю стенку глотки вызывает раздражение слизистой оболочки дыхательных путей и появление сухого кашля.

Диагноз ставится на основании характерных клинико-анамнестических данных, полученных в ходе опроса и осмотра пациента аллергологом и оториноларингологом, который проводит дифференциальную диагностику с неаллергическими ринитами (инфекционным, вазомоторным, круглогодичным неаллергическим). Врачи Ильинской больницы применяют только достоверные и эффективные методы диагностики, признанные в Европе и США и прошедшие проверку с помощью специальных контролируемых клинических исследований в развитых странах мира. В распоряжении наших специалистов имеются все виды лабораторной и инструментальной диагностики. Пациенту назначаются лабораторные (общеклинический анализ крови, анализ секрета из полости носа) и инструментальные исследования (компьютерная томография околоносовых пазух, эндоскопическое исследование полости носа), проводится обязательное аллергологическое обследование – определение в сыворотке крови специфических иммуноглобулинов Е (IgE), которые вырабатываются на конкретные аллергены (бытовые, грибковые, профессиональные). Аллерголог оценивает результаты исследований и делает заключение с формированием индивидуальных рекомендаций по лечению.

При круглогодичном аллергическом рините необходимы как медикаментозное лечение, так и мероприятия, направленные на устранение контакта с провоцирующими аллергенами. В качестве медикаментозной терапии врач может назначить применение антигистаминных средств, кромонов, интраназальных глюкокортикостероидов, деконгестантов. В числе профилактических мер пациенту будет рекомендовано избавиться от ковровых покрытий, использовать очистители воздуха и пылесосы, оснащенные микрофильтрами, поддерживать рекомендованный уровень влажности в жилом помещении. В случае выявления причинно-значимого аллергена, возможно проведение аллерген-специфической иммунотерапии (АСИТ).

Аллерген-специфическая иммунотерапия является патогенетическим методом лечения персистирующего аллергического ринита, и обладает профилактическим эффектом после завершения лечебных курсов. Цель АСИТ – это выработка специфических иммуноглобулинов класса G (IgG), блокирующих специфические иммуноглобулины класса Е (IgE), которые вырабатываются в результате воздействия аллергена и обусловливают механизм развития аллергического воспаления. Метод позволяет добиться длительной ремиссии заболевания, и сохраняет трудоспособность пациента. Перед проведением АСИТ необходимо получить подтверждение роли конкретных аллергенов в развитии заболевания. Врач выбирает способ введения аллергена следуя строго отработанным протоколам для проведения специфической иммунотерапии. Приоритет отдается препаратам с оральным путем введения (в виде капель или таблеток). Проведение АСИТ возможно начиная с 5 летнего возраста. Узнать больше.

Источник

Динамика активности персистирующих инфекций

На основании собственных многолетних данных произведен ретроспективный анализ особенностей динамики активной репликации персистирующих инфекций у детей. В статье описано, как изменяются показатели активной репликации геномов облигатных внутриклеточных пар

Based on our own multi-year data, a retrospective analysis of the dynamics of active replication of persistent infections in children was made. The article describes how the indicators of active replication genomes of obligate intracellular parasites and herpesviruses vary with age and seasonal changes.

Персистирующие инфекции могут являться причиной целого ряда заболеваний. Некоторые из них характеризуются тяжелым клиническим течением, особенно в раннем возрасте. В России, к сожалению, сохраняется высокий уровень детской инфекционной заболеваемости [1]. Известно, что в основном передача инфекции осуществляется в первые годы жизни человека, иногда — внутриутробно. Так, заражение герпес-вирусами человека 1–2, а также 4–6 типов в большинстве случаев реализуется в возрасте до двух лет. Источником инфекции чаще всего является ближайшее окружение ребенка, которое в первые два года его жизни представлено членами семьи и/или обслуживающим персоналом (няни, воспитатели и пр.). За последние пять лет увеличилось число детей в возрасте до одного года, умерших от генерализованных вирусных инфекций [2]. При этом, по данным литературы, у детей маркеры активной персистирующей инфекции выявляют чаще, чем у взрослых [3]. Одним из факторов, обусловливающих высокий уровень репликации инфекционных агентов, является незрелость иммунной системы в раннем возрасте [4]. Несмотря на обилие научных работ, посвященных проблеме персистирующих инфекций, вопрос особенностей динамики их активности остается открытым.

Объект и материалы исследования

Предметом анализа явились данные, полученные при обследовании детей и подростков, находившихся на стационарном лечении в клинике Московского НИИ педиатрии и детской хирургии (в последние годы — Обособленное структурное подразделение Научно-исследовательский клинический институт педиатрии им. акад. Ю. Е. Вельтищева ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н. И. Пирогова) Минздрава РФ, и их родителей.

Проанализированы результаты обследования 1079 пациентов, из которых 1064 (98,6%) составили дети и подростки в возрасте от 2 месяцев до 17 лет и 15 (1,4%) взрослых в возрасте от 23 до 52 лет.

У каждого пациента одновременно исследовали от одного до трех образцов различных биологических материалов, всего 2051 образец. Из них осадков мочи — 877 (42,8%); буккальных соскобов — 104 (5,1%); объединенного материала, включающего осадок мочи и буккальный соскоб, — 901 (43,9%); крови — 169 (8,2%) (табл. 1).

Методы исследования

ДНК персистирующих инфекций в исследованных материалах выявляли посредством полимеразной цепной реакции, при постановке которой использовали полные наборы реактивов (kits) для лабораторной диагностики in vitro производства «ВСМ», «Диасан» и «Гентех», г. Москва, Россия. Использовали моноспецифические наборы, укомплектованные нелиофилизированными супермиксами, готовыми к употреблению, замороженными и хранившимися при температуре от –25 до –28 °С. По нашим данным, использование именно таких наборов позволяет достичь наиболее качественных результатов.

Оценивали активность репликации следующих микроорганизмов: Chlamydia trachomatis, Mycoplasma hominis, Ureaplasma urealyticum, цитомегаловирус, вирус Эпштейна–Барр, вирус простого герпеса 1–2 типов.

Среди пациентов девочки и женщины составили 56,7% от числа обследованных, мальчики и мужчины — 43,3%.

Возрастная характеристика пациентов отражена в табл. 2: возраст большинства пациентов составил от двух до 16 лет.

При определении периодов активной репликации персистирующих инфекций в зависимости от возраста фрагмент исследования включал данные, полученные при обследовании 876 пациентов.

Основным критерием отбора явилось одновременное исследование в материале не менее 3 инфекций (герпес-вирусов 4–6 типов и/или облигатных внутриклеточных паразитов). У каждого больного, соответственно, исследовали 3 или 6 инфекций. Такой подход позволил снизить избирательность выборки по той или иной инфекции.

Результаты исследования и их обсуждение

Выявлены следующие закономерности (рис. 1):

Отчетливая закономерность показана для цитомегаловируса: частота выявления ДНК в образцах стабильно снижается до 0 у обследованных взрослых, что можно рассматривать как доказательство зависимости активной репликации цитомегаловируса именно от зрелости иммунной системы (рис. 2).

Аналогичные, хотя и не столь четко выраженные изменения частоты активной репликации в зависимости от возраста можно проследить и для вирусов Эпштейна–Барр и вируса простого герпеса 1–2 типов.

Для ответа на вопрос, существуют ли сезонные изменения активности персистирующих инфекций, мы проанализировали частоту положительных проб в течение двух полных лет; был обследован 871 пациент.

Диаграмма отражает закономерности изменения количества положительных проб Chlamydia trachomatis, Mycoplasma hominis и Ureaplasma urealyticum в течение года (рис. 3).

Вопреки ожиданиям, наибольшая активность Chlamydia trachomatis приходится на период с апреля по июнь. Отмечаются существенные колебания показателя в первом полугодии с максимумом в июне и минимумом в марте и стабильно низкие показатели во втором полугодии.

Период наибольшей репликационной активности Mycoplasma hominis зарегистрирован с марта по июнь. В целом в течение всего первого полугодия регистрируется высокий уровень положительных проб, за исключением февраля. Во втором полугодии число положительных проб снижается и остается стабильным в течение всего периода, за исключением октября.

Частота выявления ДНК Ureaplasma urealyticum крайне нестабильна с декабря по июнь, а в июле резко уменьшается и сохраняется на относительно низком уровне до ноября. В декабре значение показателя возрастает, достигая максимума. Таким образом, общим для исследованных внутриклеточных паразитов является нестабильность и более высокие значения показателя в первом полугодии (для Ureaplasma urealyticum — с декабря по июнь) и, напротив, относительно низкое и стабильное число положительных проб во втором полугодии. Не исключено, что снижение и стабилизация показателя в период с июля по декабрь вызвана улучшением метаболизма, а значит, и адаптивного иммунитета во второй половине лета и осенью.

Для персистирующих герпес-вирусов какой-либо четкой сезонной закономерности не выявлено, однако частота выявления ДНК вируса простого герпеса 1–2 типов стабильно повышается, в мае достигая максимума, а затем снижается к концу года до минимального значения (рис. 4).

Выводы

Проведенное нами исследование позволило сделать следующие выводы:

При исследовании сезонной активности всех облигатных внутриклеточных паразитов выявлена ее существенная вариативность в первом полугодии с максимумом в июне и относительное снижение и стабилизация во втором полугодии.

Литература

ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н. И. Пирогова МЗ РФ, Москва

Динамика активности персистирующих инфекций/ Е. И. Шабельникова, В. С. Сухоруков, Е. А. Ружицкая, А. В. Семенов, М. В. Кушнарева
Для цитирования: Лечащий врач № 5/2018; Номера страниц в выпуске: 68-71
Теги: вирусная инфекция, активная репликация геномов, облигатные внутриклеточные паразиты

Источник

Городская клиническая больница имени Д.Д.Плетнёва

Государственное бюджетное учреждение Департамент здравоохранения г. Москвы

Течение бронхиальной астмы

Классификация бронхиальной астмы проводится по форме: атопическая, неатопическая (аспириновая, инфекционно-зависимая).

По степени тяжести: легкая (эпизодическая, персестирующая), средней степени тяжести, тяжелая.

По периоду болезни: обострение, ремиссия.

При обострении, протекающем по типу острого приступа удушья, указывают степень его тяжести. Течение бронхиальной астмы по степени тяжести устанавливается при комплексном обследовании в специализированном аллергологическом кабинете или пульмонологическом отделении больницы № 57.

Легкий приступ бронхиальной астмы характеризуется учащением дыхания, сухим спастическим кашлем, появлением свистящих хрипов в конце выдоха, умеренной тахикардией. Легкое эпизодическое течение – менее 1 приступа в неделю, ночные симптомы (возникают от 2 до 4 часов ночи: кашель, затруднения дыхания, тахикардия, сухие свистящие хрипы) реже 1 раза в месяц.

Легкое персистирующее течение бронхиальной астмы характеризуется появлением симптомов чаще 1 раза в неделю, но не ежедневно, ночные симптомы чаще 3 раз в месяц, обострения могут нарушать нормальную активность и сон. Обострения короткие (от нескольких часов до нескольких дней), отсутствие симптомов и нормальная функция легких в межприступный период.

Скоростные показатели при исследовании функции внешнего дыхания не менее 80% от нормы. При среднетяжелом приступе физическая активность ограничена, отчетливая экспираторная одышка, сухой спастический кашель, выраженное участие вспомогательной мускулатуры в акте дыхания. Свистящее дыхание, тахикардия.

Среднетяжелое течение бронхиальной астмы характеризуется наличием ежедневных симптомов, обострения нарушают активность и сон, ночные симптомы возникают чаще 1 раза в неделю. Показатели ФВД от 50 до 80% от нормы. При тяжелом приступе имеются отчетливые признаки дыхательной недостаточности, выраженная тахикардия. Показатели функции внешнего дыхания менее 60% от нормы.

Тяжелое течение бронхиальной астмы характеризуется наличием постоянных симптомов, частыми обострениями, частыми ночными симптомами, проявления болезни ограничивают физическую активность.

В пульмонологическом отделении ГКБ № 57 проводится выявление факторов, вызывающих обострение бронхиальной астмы, обучение больного самостоятельному купированию приступов, даются рекомендации по устранению или ограничению контакта с триггерами, подбирается гипоаллергенная диета.

Источник

Персистенция бактерий — угроза, которую мы не замечаем в страхе перед антибиотикорезистентностью

рисунок Ольгой Кустовой.

Автор

Редакторы

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Антибиотик для бактерий — весьма весомая проблема. Но если не можешь решить её сразу, как это делает резистентная клетка, то имеет смысл отложить проблему на потом. «Утро вечера мудренее», — говорят персисторные клетки бактерий и впадают в состояние замедления метаболических процессов. А после есть шанс, что проблема пропадёт сама собой, когда курс антибиотика подойдет к концу.

Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Вирусы и микроорганизмы» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Тема резистентности к антибиотикам уже много лет не сходит с новостных заголовков, организации здравоохранения делают по её поводу громкие заявления, про неё пишут учебники и посвящают ей диссертации, научные и научно-популярные статьи [1]. Конечно же, такое пристальное внимание оправдано: наш основной инструмент борьбы с инфекциями — антибиотик — становится бесполезным, если бактерия приобретает специализированные пути его инактивации. Напомню всем ещё раз о сущности этого опасного явления: при резистентности появляется новый штамм возбудителя, который имеет особые мутации, позволяющие ему активно размножаться даже в присутствии конкретного антибиотика. В такой ситуации этот антибактериальный препарат окажется совершенно неэффективным в лечении болезни — у пациента останутся все симптомы острой фазы инфекции. Конечно, можно подобрать другой антибиотик, к которому резистентный штамм чувствителен, но всё чаще появляется информация о штаммах возбудителей с резистентностью к разным группам антибиотиков, и выбирать антибиотик становится всё сложнее. По статистике 2019 года, в России в половине случаев заболевшие имели туберкулёз с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ-ТБ) [2]. Это значит, что штаммы возбудителя туберкулёза были резистентными как минимум к изониазиду и рифампицину, препаратам первой линии (а часть из них — и к другим препаратам), подчёркиваю — в половине случаев.

«Но стакан наполовину полон, — скажут оптимисты. — Хотя бы оставшуюся половину пациентов можно эффективно лечить антибиотиками». Тем не менее, всё далеко не так гладко. Что, если я скажу вам: есть ещё одна угроза, ускользающая от внимания мирового сообщества в тени важной проблемы резистентности — другое свойство бактерий, которое тоже позволяет им справляться с антибиотиками? Притом оно присуще не только особым резистентным штаммам, а любой бактериальной клетке. Этой клетке не нужны никакие новые уникальные мутации, ведь весь защитный потенциал уже закодирован в её ДНК. Этот феномен называют персистенцией бактерий.

В чём же отличие персистенции от резистентности?

При резистентности бактерия изменяет свой геном, получая либо особые гены, которые позволяют ей инактивировать антибиотик (изменить его химически или удалить его из клетки), либо мутации, которые изменяют клеточную мишень антибиотика, делая её недоступной для атаки [3]. Приведу пример. Противотуберкулезный антибиотик канамицин (относящийся к классу аминогликозидов) атакует свою клеточную мишень внутри бактерии — малую 30S-субъединицу рибосом — что нарушает процесс синтеза белка, и бактериальные клетки умирают. Определенные мутации нуклеотидов в 16S рРНК, входящей в состав 30S-субъединицы рибосом, позволяют бактериям расти даже при высоких концентрациях канамицина — пример модификации мишени. А если клетка несёт особый ген резистентности aph, то она может синтезировать белок аминогликозид фосфотрансферазу. Этот фермент фосфорилирует антибиотик канамицин, изменяя его химически и переводя в неактивную форму [4]. В результате таких изменений генотипа бактерия может продолжать расти даже в присутствии огромных концентраций канамицина. Это делает невозможным лечение инфекции этим антибиотиком. Так появляются резистентные клетки.

Но клетка, проявляющая свойство персистенции, не имеет специализированных генов или мутаций для защиты от определённого антибиотика. Вместо этого она запускает свои внутренние защитные механизмы: до воздействия антибиотика клетка впадает в состояние замедления метаболизма, что позволяет в некоторых случаях предотвратить повреждение клеточной мишени антибиотика. Такие клетки-персисторы представляют собой лишь небольшую часть любой популяции бактерии (например, одна клетка-персистор на 100 тысяч обычных). Во временном состоянии торможения метаболизма клетки-персисторы способны пережить действие антибиотика, а по окончании лечения антибиотиком могут восстановить активный метаболизм, размножиться и спустя долгое время вновь привести к возобновлению инфекции. При этом потомство персисторных клеток будет состоять из обычных, чувствительных к антибиотикам клеток. Однако среди них снова сформируется небольшая часть персисторных клеток, которая обеспечит выживание в дальнейшем [5], [6] (рис. 1). При персистенции бактерия особым образом изменяет экспрессию генов или активность белков — такое изменение нестойкое и не будет проявляться у потомков этой клетки. Напротив, резистентные клетки всегда сохраняют свое свойство нечувствительности в ряду поколений, так как оно обусловлено изменением генов, а не метаболизма.

Рисунок 1. Кривая отмирания при воздействии бактерицидного антибиотика. При добавлении антибиотика (1) культура резистентного мутанта (штрих сверху) может даже подрасти, игнорируя воздействие. Клетки в культуре нерезистентного штамма дикого типа (WT, чёрная линия) будут отмирать, притом большая часть погибнет в самом начале (2) — это популяция обычных клеток. 10 4 оставшихся клеток убывают гораздо медленнее (3), а часть из них выживает до последнего часа инкубации. Эти клетки относятся к популяции персисторных клеток, в 10 000 раз меньшей, чем вся популяция в целом (10 8 ). hip-мутант имеет повышенную частоту образования персисторов (штрих ниже).

Оба явления — резистентность и персистенция — представляют собой различные стратегии противодействия бактерий антибиотикам и не реализуются в одном и том же штамме одновременно. Однако в эволюции вида в целом эти стратегии могут взаимно дополнять друг друга [7]. Так, клетки-персисторы испытывают на себе эволюционный пресс антибиотика, но не умирают, а оставляют потомство. С каждым новым поколением в выживших клетках накапливаются случайные мутации, и некоторые из них могут обеспечивать резистентность к антибиотику. Персистенция даёт возможность перебора таких мутаций даже в присутствии антибиотика, а не только перед его воздействием, и в некоторых случаях может конвертироваться в резистентность [8].

История открытия персистенции

В 1944 году Джозеф Биггер, врач из Дублинского университета, работал в военном госпитале в Йорке и проводил эксперименты с пенициллином на заре массового производства этого прорывного лекарства. Добавление пенициллина к культуре стафилококков приводило к видимому лизису бактерий, то есть к разрушению их клеточной оболочки и гибели клеток. Тем не менее, Биггер посеял лизированную культуру на чашки, на которой выросли колонии выживших клеток. После повторного пересева эти колонии выросли в культуру, которая снова лизировалась в присутствии пенициллина, и вновь формировала небольшую субпопуляцию, которую Биггер назвал «персисторы», чтобы отличить их от уже известных на тот момент резистентных мутантов, которые при воздействии пенициллина не были бы лизированы вовсе [9].

Рисунок 2. Джозеф Уорвик Биггер, ирландский врач, исследователь и политик, впервые описавший явление персистенции.

К сожалению, открытие персистенции осталось незамеченным в тени важной проблемы резистентности, страх перед которой возрос в последующие десятилетия [5]. По-видимому, всему виной общечеловеческое свойство психики: мы в большей степени опасаемся редких, но значительных угроз, таких как авиакатастрофы, и меньше тревожимся о статистически более вероятных угрозах, например, об автомобильных авариях.

Несмотря на пессимистичные прогнозы прошлых лет по поводу резистентности, антибиотики остаются эффективным средством в борьбе с инфекциями. Гены резистентности есть не у каждого штамма, а их распространение в популяции возбудителя можно ограничить, если использовать антибиотики разумно. В итоге, только спустя несколько десятков лет после открытия персистенции ученые осознали значимость этой проблемы, когда накопились вызывающие опасения данные о том, что все протестированные виды бактерий способны в той или иной степени проявлять персистентные свойства к любому антибиотику [10].

В чем опасность персистенции?

Персистенция не даёт справиться с болезнью окончательно: в части случаев та же инфекция возобновляется спустя некоторое время даже после успешного первоначального лечения антибиотиками и отступления острой фазы инфекции [5]. Проиллюстрирую этот процесс на примере туберкулёзной инфекции. Туберкулёз может протекать в активной форме, когда микобактерии активно размножаются в организме пациента, вызывая симптомы болезни, но также и в скрытой форме, когда бактерии персистируют в лёгких носителя, не вызывая симптомов болезни. В ходе лечения туберкулёза активно размножающаяся бактериальная популяция устраняется в ходе фазы интенсивной терапии. Но после всегда требуется многомесячная фаза продолжения лечения, цель которой — устранить латентную туберкулезную инфекцию с большим числом персисторов для предотвращения рецидивов [11]. Если штамм не резистентный, то используемые на данный момент антибиотики будут относительно эффективны в первой фазе лечения. Они позволят подавить экспансивный рост бактерий и справиться с проявлениями болезни. Однако в последующей фазе традиционные антибиотики неэффективны против покоящихся персистентных клеток, что приводит к большой доле рецидивов инфекции — в каждом пятом случае [2]. Персистенция является одной из главных причин трудности лечения многих хронических бактериальных инфекций: туберкулёза, рецидивирующих инфекций мочевыводящих путей, брюшного тифа, стафилококковых инфекций и многих других заболеваний инфекционной природы [9]. Кроме того, бактерии, раз за разом переживающие воздействие антибиотика при помощи персистенции, имеют потенциал приобрести мутации, обеспечивающие резистентность [11].

Откуда берутся персисторные клетки?

Каждая отдельная бактериальная клетка уникальна, притом не только на уровне ДНК. Даже если проанализировать популяцию бактерий-потомков одной клетки, геномы которых идентичны, каждая отдельная клетка всё равно будет отличаться от всех других своим составом, экспрессией генов и активностью различных белков. Некоторые клетки отличаются таким образом, что проявляют фенотип персистенции к каким-либо условиям среды [12]: выживают в присутствии антибиотика, при неблагоприятном pH, температуре и т. д. Эти отличия могут появиться как случайным образом в ходе роста и деления клетки (стохастическая персистенция), так и под действием факторов среды (индуцированная персистенция). Среди таких факторов: небольшие концентрации антибиотиков, окислительный стресс, осмотический стресс и даже смена питательного субстрата [13] (рис. 3). Иначе говоря, персисторы образуются вследствие гетерогенности бактериальной популяции. Более того, сама субпопуляция персисторов гетерогенна по природе: в одинаковых условиях формируется множество различных вариантов персистентных клеток, притом персисторы в одних условиях могут и не быть таковыми в других [14].

Рисунок 3. Факторы, способствующие формированию индуцированной персистенции. (1) Персисторы образуются случайным образом даже без внешних воздействий на популяцию. (2) Факторы стресса, например, голодание, окислительный, осмотический стресс, повышают долю персисторных клеток в популяции. (3) Чувство кворума — межклеточное взаимодействие при помощи химических сигнальных молекул, выделяемых клетками в среду — способствует образованию персисторных клеток. (4) Питательные вещества ограниченно проникают в глубокие слои биоплёнки, что увеличивает персистообразование. (5) Взаимодействие между хозяином и патогеном также вызывает образование персисторов.

Каждый студент-микробиолог первым делом узнаёт, что такое кривая роста бактериальной культуры. В лабораторных условиях при пересеве бактерий на свежую среду кривая роста имеет две основных фазы: экспоненциальную фазу, когда питательного субстрата много и клетки делятся интенсивно, и стационарную фазу, которая наступает при исчерпании питательных веществ и характеризуется торможением деления клеток и роста популяции. В стационарной фазе число персисторных клеток максимально, а в экспоненциальной — мало. Для кишечной палочки популяцию персисторов можно устранить просто путём нескольких пересевов экспоненциальных культур: если не давать клеткам входить в стационарную фазу, у этого вида можно устранить персисторы к ампициллину и офлоксацину [15]. Важно уточнить, что в природных условиях, в отличие от лабораторных, экспоненциальный рост встречается редко: жизнь «диких» бактерий — это сплошная стационарная фаза. Поэтому персисторные клетки имеются практически в любой природной популяции, в особенности у патогенных бактерий.

Персистенция и биоплёнки

Бактерии в природных популяциях почти всегда существуют в виде биоплёнок: клетки формируют вокруг себя комфортную среду в виде защитного матрикса, который смягчает окружающие условия, а у патогенов образует барьер для крупных молекул иммунитета. Такая защита ограничивает доступ бактерии к новым питательным веществам и приводит к голоданию, за счёт чего стационарная фаза наступает быстрее. Доля персисторов в популяции увеличивается, клетки начинают тормозить свой метаболизм, поэтому недостаток питательных веществ в глубоких слоях биоплёнки способствует формированию персистенции. Сочетание персистенции, которая помогает справляться с антибиотиками, и биоплёнок, которые маскируют клетки от иммунной системы, считается причиной того, что хронические бактериальные инфекции с трудом поддаются лечению [5], [16] (рис. 4). Полиамины, древние регуляторные молекулы, свойственные всем доменам жизни, контролируют адаптацию бактерий к стрессу, образование биоплёнок и чувство кворума, но кроме того, эти молекулы способны влиять на образование персисторных клеток [17].

Рисунок 4. Сочетание персистенции и биопленок приводит к хроническим инфекциям. Бактериальная популяция, в которую входят и обычные, и персисторные клетки, формирует биоплёнку, а часть из них начинает колонизировать окружающие ткани. Антибиотик устраняет обычные активно растущие клетки, а иммунная система способна уничтожить и персисторные клетки. Но биоплёнка защищает персисторные клетки от крупных компонентов иммунной системы. Снижение концентрации антибиотика при окончании антибиотикотерапии позволяет персисторным клеткам снова заселить биоплёнку, что приводит к возобновлению инфекции.

Генетические основы персистенции

Наконец мы пришли к самой интересной части повествования: какие гены бактерий ответственны за формирование персистенции. Для этого часто используют такой подход — удаляют определённый ген из хромосомы бактерии (такая процедура называется нокаут) и смотрят, утратится ли исследуемая функция, то есть способность к образованию персисторов. Однако при анализе коллекции Кейо, где есть штаммы E. coli со всеми возможными одиночными нокаутами [18], оказалось, что способность к персистенции не снижается в значительной степени ни у одного штамма с одиночной делецией. Это указывает на то, что персистенция реализуется при помощи множества различных генов [19]. Чтобы развернуть этот клубок, нужно обратиться к ранним исследованиям по этой теме.

Первая подсказка для учёных появилась, когда был получен hip-мутант E. coli (от high persistence), который проявлял в 100 раз большую частоту образования персисторов, чем родительский штамм [20]. Мутировавший у этого штамма ген hipA кодирует белок-«яд» HipA, которым бактерия собственноручно подавляет свою жизнедеятельность — что-то вроде контролируемого суицида. Вместе с соответствующим белком-«противоядием» HipB эта пара генов образует систему токсин-антитоксин (или ТА-модуль). У hip-мутанта ген мутировал так, что продукт больше не обезвреживался антитоксином. Это способствовало образованию нерастущих персисторных клеток [21]. Так была обнаружена роль ТА-модулей в формировании персистенции.

Действуют они по общему механизму: в условиях стресса антитоксин дестабилизируется и расщепляется протеазами. «Противоядия» больше нет, и токсин начинает подавлять тот или иной механизм жизнедеятельности клетки. Бактерия тормозит рост, входит в состояние контролируемого стазиса и становится менее чувствительной к условиям среды и антибиотикам [21]. Кроме того, системы токсин-антитоксин имеют множество других функций: поддержание стабильности плазмид, альтруистическая гибель клетки, противодействие распространению бактериофагов, контроль роста клеток. У каждого вида бактерий десятки таких ТА-модулей. Одним из рекордсменов по их количеству является микобактерия туберкулёза [22].

Можно было бы решить проблему персистенции, разработав лекарство, которое нарушает работу ТА‑модулей. Но сложность как раз в большом числе модулей в геноме каждой бактерии. Из-за этого удаление всего одного ТА‑модуля не уменьшает доли персисторов в культуре. Для E. coli потребовалось нокаутировать 10 ТА-модулей одновременно, чтобы добиться значительного снижения персистенции [23]. Вряд ли удастся найти вещество, способное подавить такое количество разных белков и РНК одновременно.

Но у бактерий также есть ещё одна привлекательная мишень, связанная с персистенцией. Учёные обнаружили, что при удалении из хромосомы генов relA и spoT hip-мутант E. coli перестаёт производить повышенное количество персисторных клеток [21]. Гены relA и spoT кодируют белки алармон синтетазы, которые превращают ГТФ, ГДФ и ГМФ в особые регуляторные молекулы, в целом обозначаемые (p)ppGpp [24] (рис. 5). Эти соединения можно назвать молекулярным «сигналом тревоги» (их так и называют — алармоны — от слияния английских слов «alarm» и hormone»), ведь они синтезируется внутри клеток бактерий при неблагоприятных условиях среды (голодание, окислительный стресс, антибиотики и т. д.).

Рисунок 5. Схема синтеза (p)ppGpp. Гуаниновые нуклеотиды ГТФ, ГДФ и ГМФ (гуанозинтрифосфат, гуанозиндифосфат и гуанозинмонофосфат) играют важную роль в энергетических и информационных внутриклеточных процессах, а ГТФ используется РНК-полимеразой для создания нити РНК. Связь соседних нуклеотидов в РНК образуется между 5’-фосфатом и 3’-OH-группой. Но есть и другой способ использования гуаниновых нуклеотидов. Ферменты (p)ppGpp-синтетазы способны переносить пирофосфат с АТФ на 3’-OH-группу ГТФ, ГДФ или ГМФ, таким образом синтезируя pppGpp, ppGpp или pGpp соответственно (также их называют гуанозинпентафосфат, гуанозинтетрафосфат). Эта тройка молекул для простоты именуется (p)ppGpp и является очередным примером регуляторной молекулы, образуемой из легкодоступного для организма метаболита. (p)ppGpp-синтетазы бывают двух типов: длинные гомологи RelA/SpoT в основном способны и к синтезу, и к гидролизу (p)ppGpp, а малые алармон синтетазы — только к синтезу. Еще есть малые алармон гидролазы — они способны только к гидролизу. У каждого вида бактерий свой набор (p)ppGpp-синтезирующих/расщепляющих ферментов.

[24], рисунок дополнен актуальными данными

Впервые (p)ppGpp обнаружили в связи со стринджент-ответом бактерий. Для синтеза почти любого белка требуется материал в виде всех 20 базовых аминокислот. При нехватке даже одной аминокислоты в клетке она является лимитирующей для синтеза всех белков. В таком случае есть риск, что рибосома синтезирует лишь часть белка из доступных аминокислот, но трансляцию придётся остановить до тех пор, пока не появится недостающая аминокислота. Если рибосом слишком много, а какой-либо аминокислоты мало, синтезируется множество незаконченных белков, непригодных для работы клетки [25].

Эту проблему решает стринджент-ответ. Снижение скорости элонгации в синтезе белка приводит к активации (p)ppGpp-синтетаз RelA и SpoT (если брать в пример E. coli), и в клетке накапливается (p)ppGpp. (p)ppGpp способен связывать РНК-полимеразу, влияя на ее избирательность к промоторам генов. Таким образом клетка регулирует: какие гены экспрессировать больше, а какие — меньше. (p)ppGpp подавляет синтез рибосомальных РНК, что приводит к снижению числа рибосом, но повышает уровень транскрипции генов синтеза аминокислот для восполнения запаса. Чтобы обеспечить непрерывность синтеза белка при ограниченном запасе аминокислот, объём синтеза белка снижается до оптимального уровня в ходе стринджент-ответа [25].

Рисунок 6. (p)ppGpp активирует ТА-модули E. coli, вызывая образование персисторных клеток. (1) Случайная или индуцированная активация белков RelA и SpoT у E. coli приводит к синтезу (p)ppGpp. (2) Алармон (p)ppGpp, помимо прочего, способен подавлять экзополифосфатазу (PPX) — фермент, который расщепляет полифосфаты (PolyP). Это приводит к накоплению полифосфатов, синтезируемых полифосфат киназой (PPK). (3) Полифосфаты активируют Lon-протеазу, которая способна расщеплять все 11 различных антитоксинов E. coli II типа, то есть имеющих белковую природу. (4) Это приводит к активации соответствующих токсинов, которые подавляют трансляцию и рост клетки, таким образом приводя к персистенции. (5) Петля обратной связи дополнительно усиливает эффект. Токсин HipA инактивирует фермент GltX, роль которого — переводить аминокислоту глутамат в форму аминоацил-тРНК, которая может быть использована рибосомой. Это приводит к накоплению пустых тРНК без аминокислоты. (p)ppGpp-синтетаза RelA чувствительна к таким тРНК, поэтому их накопление приводит к дальнейшему синтезу (p)ppGpp. В результате активность всей цепи возрастает ещё больше. Стоит отметить, что у других видов бактерий механизм формирования персистенции может отличаться, но всегда включает в себя (p)ppGpp и ТА-модули.

(p)ppGpp участвует не только в стринджент-ответе, но и во множестве других клеточных процессов: адаптации бактерий к стрессу, образовании биоплёнок, контроле скорости роста [26]. Кроме того, была обнаружена ключевая роль (p)ppGpp в формировании персистенции бактерий. Оказалось, что повышение концентрации (p)ppGpp в клетке приводит к активации ТА-модулей и формированию персистентного фенотипа [27] (рис. 6).

Новый класс антибиотиков с механизмом действия ингибиторов (p)ppGpp-синтетаз, подавляющий синтез (p)ppGpp, потенциально может помочь в лечении поздних фаз инфекции и решении проблемы персистенции [28]. Если у Mycobacterium tuberculosis, возбудителя туберкулёза, удалить ген rel_Mtb, ответственный за синтез (p)ppGpp, бактерия теряет способность к долговременному выживанию в условиях стресса и больше не может вызывать латентный туберкулёз. Последнее было продемонстрировано на модели мышей, заражённых таким штаммом бактерий [29]. Новые антибактериальные вещества, которые подавляют синтез (p)ppGpp, имеют слабую активность в отношении растущих клеток бактерий, но способны эффективно действовать против поздних культур бактерий, где велико число покоящихся клеток 32. Это свойство может решить проблему с традиционными антибиотиками, которые хоть и активны против растущих клеток, слабо действуют на персисторные клетки.

Заключение

В последние десятилетия темп роста резистентности увеличивается, но фармацевтические компании тем не менее сворачивают разработку новых антибиотиков. Коммерческая привлекательность таких разработок снижается. Ведь резистентные штаммы появляются в течение всего нескольких лет клинического использования, тогда как на разработку уходят десятилетия исследований [33]. По моему мнению, кризис здравоохранения в области антибиотиков будет только возрастать, пока организации здравоохранения и медиа (но не учёные!) всё внимание направляют на борьбу с генетически обусловленной резистентностью, при этом игнорируя фенотипические механизмы формирования устойчивости к антибиотикам — персистенцию и образование биоплёнок. Эти механизмы позволяют бактериям переживать воздействие любых антибиотиков [10] и дают возможность эволюционировать в присутствии препарата [8], таким образом делая вклад в формирование резистентности и к классическим, и к современным антибиотикам.

В подходах к лечению хронических бактериальных инфекций требуется смена парадигмы. Решением проблемы могут стать новые антибиотики, направленные на предотвращение формирования персистентных клеток, например, ингибиторы (p)ppGpp-синтетаз, в сочетании с рациональным применением традиционных антибиотиков. Такой подход позволит сохранить то богатство антибактериальных препаратов, которое у нас пока имеется, и предотвратить появление резистентности к новым препаратам, которые появятся в будущем.

Источник