Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії)

Автори опрацювали великий масив публікацій і літератури щодо сучасного трактування природи резистентності бактерій до біоцидів як інтегрального поняття антимікробних засобів. Виявлено спільність механізмів формування стійкості та важливість біоплівок як субстрату для горизонтального передавання гені...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Вісник НАН України
Date:	2010
Main Authors:	Мокієнко, А., Петренко, Н., Гоженко, А.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2010
Subjects:	Статті та огляди
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/27441
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії) / А. Мокієнко, Н. Петренко, А. Гоженко // Вісн. НАН України. — 2010. — № 8. — С. 49-56. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-27441
record_format	dspace
spelling	Мокієнко, А. Петренко, Н. Гоженко, А. 2011-10-05T19:24:45Z 2011-10-05T19:24:45Z 2010 Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії) / А. Мокієнко, Н. Петренко, А. Гоженко // Вісн. НАН України. — 2010. — № 8. — С. 49-56. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/27441 Автори опрацювали великий масив публікацій і літератури щодо сучасного трактування природи резистентності бактерій до біоцидів як інтегрального поняття антимікробних засобів. Виявлено спільність механізмів формування стійкості та важливість біоплівок як субстрату для горизонтального передавання генів резистентності. Висловлено гіпотезу, згідно з якою механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів зумовлений утворенням супрамолекулярних ансамблів рецепторів і субстратів з передаванням генів резистентності на основі принципу подвійної комплементарності. In article the short review of data of the literature concerning modern sights at the nature of a resistance of bacteria to biocides is presented as integrated concept of the antimicrobial means. The generality of mechanisms of formation of stability and importance of biofilms as substrate for horizontal transfer of genes of a resistance are emphasized. The hypothesis according to which the mechanism of formation of an adaptable multiresistance of bacteria to biocides is caused by formation supramolecular ensembles of receptors and substrates with transfer of genes of a resistance on the basis of a principle double complementarity is stated. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Статті та огляди Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії) Bacteria resistence as an interdisciplinary problem ( The mechanism of formation of the adaptable multiresistance of bacteria to biocides with the points of view of fundamental bases of supramolecular chemistry) Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії)
spellingShingle	Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії) Мокієнко, А. Петренко, Н. Гоженко, А. Статті та огляди
title_short	Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії)
title_full	Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії)
title_fullStr	Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії)
title_full_unstemmed	Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії)
title_sort	стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії)
author	Мокієнко, А. Петренко, Н. Гоженко, А.
author_facet	Мокієнко, А. Петренко, Н. Гоженко, А.
topic	Статті та огляди
topic_facet	Статті та огляди
publishDate	2010
language	Ukrainian
container_title	Вісник НАН України
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format	Article
title_alt	Bacteria resistence as an interdisciplinary problem ( The mechanism of formation of the adaptable multiresistance of bacteria to biocides with the points of view of fundamental bases of supramolecular chemistry)
description	Автори опрацювали великий масив публікацій і літератури щодо сучасного трактування природи резистентності бактерій до біоцидів як інтегрального поняття антимікробних засобів. Виявлено спільність механізмів формування стійкості та важливість біоплівок як субстрату для горизонтального передавання генів резистентності. Висловлено гіпотезу, згідно з якою механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів зумовлений утворенням супрамолекулярних ансамблів рецепторів і субстратів з передаванням генів резистентності на основі принципу подвійної комплементарності. In article the short review of data of the literature concerning modern sights at the nature of a resistance of bacteria to biocides is presented as integrated concept of the antimicrobial means. The generality of mechanisms of formation of stability and importance of biofilms as substrate for horizontal transfer of genes of a resistance are emphasized. The hypothesis according to which the mechanism of formation of an adaptable multiresistance of bacteria to biocides is caused by formation supramolecular ensembles of receptors and substrates with transfer of genes of a resistance on the basis of a principle double complementarity is stated.
issn	0372-6436
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/27441
citation_txt	Стійкість бактерій як міждисциплінарна проблема (Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії) / А. Мокієнко, Н. Петренко, А. Гоженко // Вісн. НАН України. — 2010. — № 8. — С. 49-56. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT mokíênkoa stíikístʹbakteríiâkmíždisciplínarnaproblemamehanízmformuvannâadaptivnoímulʹtirezistentnostíbakteríidobíocidívízpoglâdufundamentalʹnihosnovsupramolekulârnoíhímíí AT petrenkon stíikístʹbakteríiâkmíždisciplínarnaproblemamehanízmformuvannâadaptivnoímulʹtirezistentnostíbakteríidobíocidívízpoglâdufundamentalʹnihosnovsupramolekulârnoíhímíí AT goženkoa stíikístʹbakteríiâkmíždisciplínarnaproblemamehanízmformuvannâadaptivnoímulʹtirezistentnostíbakteríidobíocidívízpoglâdufundamentalʹnihosnovsupramolekulârnoíhímíí AT mokíênkoa bacteriaresistenceasaninterdisciplinaryproblemthemechanismofformationoftheadaptablemultiresistanceofbacteriatobiocideswiththepointsofviewoffundamentalbasesofsupramolecularchemistry AT petrenkon bacteriaresistenceasaninterdisciplinaryproblemthemechanismofformationoftheadaptablemultiresistanceofbacteriatobiocideswiththepointsofviewoffundamentalbasesofsupramolecularchemistry AT goženkoa bacteriaresistenceasaninterdisciplinaryproblemthemechanismofformationoftheadaptablemultiresistanceofbacteriatobiocideswiththepointsofviewoffundamentalbasesofsupramolecularchemistry
first_indexed	2025-11-25T21:31:35Z
last_indexed	2025-11-25T21:31:35Z
_version_	1850558730768220160
fulltext	ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 8 49 Статті та огляди Значення проблеми впливу патогенної мікрофлори на здоров'я людини зрос- тає одночасно зі збільшенням та активізацією біоцидів. Згідно з даними ВООЗ, яка фіксує тільки найважливіші, соціально значущі захворювання, причиною смерті в кожному третьому випадку були інфекційні хвороби. На жаль, найближчим часом ця частка захворювань матиме висхідну тен- денцію через перенаселеність, урбанізацію, міграцію людності, антропо- техногений тиск на довкілля, негативні екологічні зміни, природні та соці- альні катастрофи, ріст імунодефіцитних станів на популяційному та інди відуальному рівнях. А. Мокієнко, Н. Петренко, А. Гоженко СТІЙКІСТЬ БАКТЕРІЙ ЯК МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ПРОБЛЕМА Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів із погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії © МОКІЄНКО Андрій Вікторович. Доктор медичних наук. Провідний науковий співробітник ДП «Український науково-дослідний інститут медицини транспорту» Міністерства охорони здоров’я України. ПЕТРЕНКО Наталія Федорівна. Кандидат біологічних наук. Завідувач лабораторії гігієни довкілля ДП «УкрНДІ медицини транспорту» МОЗ України. ГОЖЕНКО Анатолій Іванович. Доктор медичних наук. Директор ДП «УкрНДІ медицини транспорту» МОЗ України. (Одеса). 2010. Автори вже робили спробу осмислити й узагальнити аналітичні та експери- ментальні матеріали стосовно проблеми «вода — водно-обумовлені інфекції» [1, 2]. Складність цієї проблематики, зокрема в питаннях вивчення природи резистент- ності бактерій до біоцидів як узагальне- ного поняття антимікробних засобів, а та- кож погіршення ситуації з інфекційними захворюваннями в Україні [3], зумовила необхідність продовження досліджень у даному напрямі. До інфекційних агентів, на думку видат- ного американського мікробіолога й епіде- міолога Тімоті Форда (Timothy Ford) [4], потрібно віднести кожен водний патоген зі сформованою стійкістю до антибіотиків чи зміненою вірулентністю. За уважимо, що множинна резистентність до антибіо- тиків поширена серед водних бактеріаль- них патогенів. Мультирезистентність до неводних патогенів становить чи не най- більшу загрозу здоров’ю людей. Приклади відомі для майже всіх бактеріальних па- 50 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 8 тогенів, що зумовлює неминуче застосу- вання антибіотиків. Передавання факто- рів антибіотикорезистентності і вірулент- ності біоплівками питної води — недостат- ньо досліджена галузь знань. Воду, до речі, можна розглядати як ідеальне середовище для горизонтального передавання генів. Гени підвищеної стійкості до хлору мо- жуть також передаватися біоплівками сис- тем водопостачання. Усе це безпосередньо стосується форму- вання незначної фракції бактерій у біоплів- ках, для яких характерна надзвичайно ви- сока резистентність [13]. Механізм цього процесу представлено в огляді Карла Ле- вайса (Karl Lewis) [6], присвяченому за- гадці існування майже невразливих клі- тин — персистерів. Показано, зокрема, що персистери значною мірою відповідальні за складність лікування інфекцій (близь- ко 60%), які викликані бактеріальними бі- оплівками. Дослідник розробив метод ви- ділення персистувальних клітин та отри- мав профіль експресії генів у персистерів Escherichia coli, виявив підвищену експре- сію модулів «токсин — антитоксин», а та- кож генів, здатних блокувати таку важли- ву клітинну функцію, як трансляція. Анти- біотики інактивують клітини, порушуючи трансляцію, що призводить до утворення токсичних пептидів. Припинення транс- ляції нівелює дію антибіотиків, що спри- чиняє появу толерантних персистерів, які жертвують власним розмноженням заради виживання родинних клітин за наявності летальних факторів. Детально проаналізувавши 547 спеціаль- них праць, присвячених дослідженню ме- ханізмів антимікробної активності анти- септиків і дезінфектантів, резистентності до них різних мікроорганізмів, Г. Мак-Дон- нел і A. Рассел (G. Mcdonnell, A. Russell) [7] від значили зростання занепокоєння вчених щодо паралельного формування ре- зистентності до біоцидів і антибіотиків. Зауважимо, що в механізмах стійкості, асоційованих із біоплівками, зростання ре- зистентності до антисептиків і частково де- зінфектантів зумовлене трансфером плаз- мід між клітинами в біоплівці. Анонсуючи розділ про резистентність, згадані дослід- ники висловили припущення, що ймовір- ний механізм формування стійкості бакте- рій у біоплівках і зростання резистентнос- ті до антисептиків та дезінфектантів зумов- лений трансфером плазмід між клітинами в біоплівці. Стійкість мікроорганізму вони пояснюють чотирма причинами: — вихідна (природна, властива /intrinsic/); — набута внаслідок мутацій; — та, що передається плазмідами як носія- ми позахромосомної ДНК (самомульти- плікування /self-replicating/); — та, що передається транспозонами (хро- мосомними чи інтегрованими плазміда- ми як носіями генних касет). Традиційно вважають, що еволюційна історія організмів відбита в структурі по- слідовностей ДНК. Відомо, що автоном- ні генетичні елементи, розташовані в цито- плазмі клітини (плазміди), передають гени навіть між досить віддаленими мікроорга- нізмами. Такі гени (епігени) є інфекційно трансферними структурами, подібними до пріонів (інфекційних білків) [8]. Іншими словами, горизонтальне, або ла- теральне, передавання генів — це будь- який процес, у якому мікроорганізм пе- редає генетичний матеріал неспорідненій клітині. Горизонтальне передавання генів — зви- чайне явище серед бактерій навіть відда- лених класів. Воно має три загальні меха- нізми дії: 1) трансформація — генетична зміна клі- тини через уведення в неї чужорідного генетичного матеріалу (ДНК або РНК): цей процес відносно частий у бактерій; 2) трансдукція — процес, у якому бакте- ріальна ДНК переміщується від однієї ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 8 51 бактерії до іншої вірусом (бактеріофа- гом або фагом); 3) кон’югація — процес переміщення ге- нетичного матеріалу від однієї бактері- альної клітини до іншої під час їхнього контакту. Прикладами горизонтального передаван- ня генів можуть бути результати майбутніх досліджень. Установлено, що механізм стійкості ви- значає геном qacЕ, який детермінує ак- тивний експорт із клітини антибіотика чи ксенобіотика під впливом протонної ру- хальної сили. Порівняння послідовності амінокислот показали, що qacЕ пов’язаний із множинними лікарськими експортними білками [9]. Результати досліджень свід- чать, що ген qacЕ delta 1 в E. coli може бути функціонально стійким до антисеп- тиків [10]. Одним із доказів взаємозв’язку генної стійкості до антибіотиків і дезінфектантів є результати спеціальних досліджень [11], що довели: дезінфектант (четвертинні амо- нієві сполуки) вищий у тих мікроорганіз- мів, які містять інтегрон класу 1 із генною касетою, що кодує стійкість до антибіоти- ка. У результаті аналізу 3000 грамнегатив- них бактерій, ізольованих від водного се- редовища естуарію, інтегрон класу 1 вияв- лено в 3,6 % ізолятів. З 85 ідентифікованих інтегронів 38 містили ген qacЕ, 19 — додат- кові чи інші генні касети, які відповідали за кодування стійкості до триметоприму, хлор- амфеніколу, аміноглікозидів, лактамази та еритроміцину. Цей факт засвідчує, що інте- грони в бактеріях виникли в природному середовищі. До речі, за відсутності трива- лого антибіотичного впливу інтегрони з генними касетами стійкості до антибіотика зберігаються [12]. Відомий у фахових колах A.П. Фрейз (A.P. Fraise) у своїй статті «Зловживання біоцидами та антимікробна стійкість — причина для занепокоєння?» [13] прово- дить деякі паралелі між резистентністю до біоциду, стійкістю до антибіотиків і вислов- лює припущення, що тривале застосування біоцидів може впливати на поширеність антибіотикостійких мікроорганізмів. На його думку, опосередкована плазмідою стій кість до біоцидів — цілком логічий фе- номен. Стійкість до четвертинних амоніє- вих сполук та інших біоцидів ідентифіко- вана в S. aureus, Pseu domonas spp., числен- них представників Enterobac teriaceae і де- термінується певними генами (qacА, B, C, D і E). qacА, B і C, описані для S. aureus, ви- значають стійкість через механізм активно- го виведення [14] і мають гомологію послі- довностей із геном, відповідальним за ана- логічний механізм для тетрацикліну [15]. qacЕ — опосередкований плазмідою ген стійкості, виявлений у грамнегативних мі- кроорганізмів, також закодовано для реалі- зації механізму енергозалежного множин- ного виведення ліків. Ці визначальні фак- тори стійкості пов’язані з резистентністю до різноманітних антибіотиків, включаючи триметоприм, сульфонаміди, оксацилін і аміно глікозиди. Чи не найяскравіший приклад стійкості до біоцидів, яка пов’язана з багаторазовою стійкістю до антибіотика, — mar (multiple an- ti biotic resistance) regulon [16]. Штами, які містять mar-протеїн, мають більш ніж 60 хромосомних удруге ушкоджених генів [17] і стійкі до тетрацикліну, хлорамфені- колу, триклозану і соснового масла [18]. Імовірно, така стійкість до структурно незв’язаних сполук зумовлена механізмом виведення. А.П. Фрейз робить висновок, що че- рез тотожність зв’язків стійкості до біоци- дів і стійкості до антибіотиків можливе по- силення антимікробної стійкості клінічно значущих мікроорганзмів унаслідок над- мірного застосування біоцидів. Брак адек- ватних епідеміологічних даних щодо впли- ву біоциду на антимікробну стійкість і її 52 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 8 поширеність не дає змоги визначити мас- штаби цього явища. 2003 р. П. Гілберт і А. Мак-Бейн (P. Gil- bert, A.J. McBain) проаналізували всю відо- му за 50 років фахову літературу (316 дже- рел) про застосування біоцидів і резистент- ність до них штамів in vivo з урахуванням потенційних ризиків [19]. К. Пул (K. Poole) у ще ґрунтовнішому огляді (568 джерел) констатував, що справжню стійкість до біо- цидів ще не реалізовано, незважаючи на зростання кількості випадків зниженої чут- ливості мікроорганізмів до біоцидів in vitro і in vivo [20]. Застосовуючи біоцидні засо- би, потрібно зважати на їхню стійкість до антибіотиків. Особливо важливе те, що ме- ханізми виведення як основа стійкості бак- терій спільні і для антибіотиків, і для біо- цидів. Такі механізми для певних лі кар- ських засобів закодовані плазмідами та/або іншими мобільними генетичними елемен- тами (транспозонами, інтегронами), які ма- ють додаткові гени стійкості й асоціюються з множинною лікарською стійкістю. Один із механізмів антибіотикорезис- тентності — активне витіснення структур- но незв’язаних препаратів із бактеріальної клітини [21]. І властиві, і набуті множин- ні лікарські транспортери відіграють важ- ливу роль у стійкості до антибіотика дея- ких інфекційних агентів, зокрема Neisseria gonorrhoeae, M. tuberculosis, S. aureus, Strep- tococcus pneumoniae, P. aeruginosa і V. cho le- rae. Нині вже вивчено відомі множинні лі- карські транспортери в бактерій і доведено, що ці білки здатні до експорту структурно незв’язаних сполук. Постає цілком закономірне питання: у чому ж полягає природа механізмів переда- вання генів резистентності, яка, врешті- решт, визначає нескінченність варіантів розвитку стійкості бактерій? Гадаємо, в основі цих процесів — фундаментальні принципи супрамолекулярної хімії, розроб- лені її основоположником Жаном Марі Ле- ном [22]. Супрамолекулярну хімію можна розділити на дві тісно взаємопов’язані га- лузі: – хімію супермолекул — чітко позна- чених олігомолекулярних часток, які з’являються в результаті міжмолекулярної асоціації кількох компонентів — рецептора та його субстрату (субстратів) за принци- пом молекулярного розпізнавання; – хімію молекулярних ансамблів — по- лімолекулярних систем, які виникають у результаті спонтанної асоціації невизначе- ної кількості компонентів із переходом у специфічну фазу, що має більш-менш чіт- ко позначену мікроскопічну організацію та залежні від її природи характеристики (на- приклад, мембрани). Супермолекули — наступний рівень складності організації матерії після елемен- тарних часток, ядер, атомів і молекул. Про- водячи паралелі з мовою, можна сказати, що атоми, молекули і супермолекули — це «бук- ви», «слова» і «речення» хімії. Отже, полі- молекулярний супрамолекулярний асо ціат — це «книга». Супрамолекулярна хімія охо- плює всі види молекулярних асоціатів — від мінімально можливого (димер) до найбіль- шого (організованих фаз). Об’єкти супрамолекулярної хімії — су- прамолекулярні ансамблі, які спонтан- но виникають із комплементарних фраг- ментів, що мають геометричну та хімічну відповідність (подібно до найскладніших просторових структур у живій клітині). Однією з фундаментальних проблем су- часної хімії є спрямоване конструювання таких систем, створення з молекулярних «будівельних блоків» високовпорядкова- них супрамолекулярних сполук із зада- ною структурою та властивостями. Су- прамолекулярні утворення характеризу- ються просторовим розташуванням своїх компонентів, їхньою архітектурою, «су- праструктурою», а також типами міжмо- лекулярних взаємодій, що утримують усі ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 8 53 компоненти разом. У цілому міжмолеку- лярні взаємодії слабкіші, ніж ковалентні зв’язки, тому супрамолекулярні асоціати термодинамічно менш стабільні, кінетич- но лабільніші та динамічно гнучкіші, ніж молекули. Згідно з термінологією супрамолеку- лярної хімії, компоненти супрамолекуляр- них асоціатів традиційно називають ре- цептором (ρ) і субстратом (σ), де субстрат — менший за розміром компонент, що вступає у зв’язок. Селективне зв’язування певного субстрату σ і його рецептора ρ з утворенням супермолекули σρ відбуваєть- ся під час молекулярного розпізнавання. Якщо рецептор, крім центрів зв’язування, містить реакційноздатні функціональні групи, то він може впливати на хімічні пе- ретворення на зв’язаному з ним субстраті, виступаючи супрамолекулярним каталіза- тором. Ліпофільний, розчинний у мембра- нах рецептор, здійснюючи перенесення зв’язаного субстрату, може виступати і в ролі його носія. Отже, молекулярне роз- пізнавання, перетворення, перенесення — це основні функції супрамолекулярних об’єктів. Здатність до молекулярного розпізна- вання визначає енергія взаємодії та ін- формація, яка зчитується в процесі селек- тивного зв’язування субстрату (субстра- тів) із певною молекулою-рецептором. Просте зв’я зування ще не є розпізнаван- ням. Розпізнавання — це цілеспрямоване зв’я зу ван ня, здійснене за допомогою пев- ного структурного набору міжмолекуляр- них взаємодій. Зв’язування ρ із σ може відбуватися селективно, утворюючи комп- лекс чи супермолекули, які характеризу- ються термодинамічною та кінетичною стійкістю; процес зв’язування сполуче- ний з обміном енергією та інформацією. Молекулярне розпізнавання передбачає зберігання (на молекулярному рівні) і зчитування (на супрамолекулярному рів- ні) інформації як основи програмуваль- них супрамолекулярних систем. Заува- жимо, що поняття розпізнавання та ін- формації застосовували і раніше для ана- лізу біологічних систем. Розпізнавання передбачає комплемен- тарність (геометричну і на рівні взаємодій) партнерів, що утворюють асоціат, тобто оптимальне співвідношення інформації ре- цептора й інформації, яку здатний сприй- няти субстрат. У цьому полягає узагальню- вальний принцип подвійної комплементар- ності, який визначає геометричну та енер- гетичну відповідність. Останні досягнення в супрамолекуляр- ній хімії і найперспективніші галузі засто- сування результатів її досліджень пов’язані з процесами молекулярного розпізнавання й утворення нових структур на основі так званих «самопроцесів». Поняття самоскла- дання (self-assembling) і самоорганізації (self-organization) перенесені в супрамоле- кулярну хімію з біохімії, де вони ще раніше зайняли важливе місце, бо на основі «само- процесів» може здійснюватися біосинтез. Найяскравіший прояв цього явища в жи- вій природі — самоскладання молекул ну- клеїнових кислот, матричний синтез білків; на визначальну роль самоскладання вказує чітка конкретна просторова структура фер- ментів і рецепторів [23–25]. Інше застосування мультирезистент- ності мікроорганізмів супрамолекулярна хімія знаходить у контексті спрямованого мутагенезу М. Сміта (М. Smith) і К. Мул- ліса (К. Mullis) 1, який складає олігону- клеотидні фрагменти, що забезпечують бажану мутацію. У природі такі випадкові мутації відбуваються постійно і узгоджу- ються з теорією еволюції. Більшість при- родних мутацій смертельна для організму, 1 Нобелівська премія 1993 р. з хімії за розвиток спря- мованого мутагенезу і полімеразної ланцюгової ре- акції. 54 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 8 але керований мутагенез може бути до- сить корисним. Корисні зміни виникають підо впли- вом біоциду як мутагену, який перекодо- вує ДНК бактерій і є промотором синтезу множинних білків-транспортерів. Основна функція цих протеїнів полягає в трансфері клітин-ксенобіотиків, що інактивують бак- терію. Сучасні теоретичні та експерименталь- ні дослідження свідчать про єдність при- роди резистентності, яка в останні десяти- ліття розвивалася як інтегральна стійкість до антимікробних засобів у найширшо- му розумінні цього слова (дезінфектантів, біоцидів, бактеріостатиків, антибіотиків, сульфамідів тощо) [26]. У цій багатолан- ковій структурі біоплівки треба розгляда- ти як ідеальний субстрат для горизонталь- ного передавання генів на мобільних гене- тичних носіях між мікроорганізмами різ- них форм резистентності. Роль і місце супрамолекулярної хімії як основи хімії адаптивної в поясненні цього явища раніше не розглядали. Єдність про- цесу формування резистентності бактерій продемонстровано на схемі (див. рисунок). Під час впливу на ДНК біоциду як мутаге- ну відбувається зміна генетичного коду й виникають сегменти резистентності. Це має подвійні наслідки. По-перше, негайна реак- ція на вплив біоциду-ксенобіотика полягає в ініціації синтезу специфічних протеїнів- транспортерів (рецепторів). Виведення із клітини антибіотика / ксенобіотика / біо- циду (субстрату) полягає в активному екс- порті під впливом протонної рухальної сили (активне виведення). По-друге, реплі- кування інформації зі змінених регулятор- них генів (субстратів) на мобільні генетич- ні носії (МГН): плазміди, транспозони, ін- тегрони (рецептори) з урахуванням прин- ципу подвійної комплементарності, тобто оптимального співвідношення інформації субстрату й інформації, яку здатний сприй- няти рецептор. «Місцем зустрічі» бактерій із різними формами резистентності є біоплівки на будь-яких поверхнях, наприклад: внутріш- ня поверхня труби водогону [27], пласти- кові поверхні медичного інструменту й апа- ратури [28], судини людини і теплокров- Механізм формування резистентності бактерій до біоцидів ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 8 55 них тварин у патологічних станах, біоплів- ки кишечника, мигдалин тощо. Як свідчить наведений вище огляд літе- ратури [7] десятирічної давності, питання про роль плазмід у формуванні резистент- ності розглядали як суперечливе. Сьогодні необхідно замінити поставлений дослідни- ками знак питання на знак оклику чи на три крапки. Продовжуючи лінгвістично- семантичні паралелі, наведені Ж.М. Леном, щодо ієрархії рівнів організації матерії, можна зробити висновок, що МГН бакте- рій у біоплівці — це «бібліотека», яка пере- буває в процесі перманентного самовпо- рядкування, самооновлення і своєрідної «самокаталогізації». * * * Чарльз Дарвін у «Походженні видів» за- уважив, що жодне з положень його теорії еволюції не є беззаперечним. Безсумнівно, наш погляд щодо механізмів мультирезис- тентності бактерій не виходить за межі гі- потези. Тому, зважаючи на міждисциплі- нарність цієї проблеми, необхідно і далі об- мінюватися думками, проводити відповідні аналітичні й експериментальні досліджен- ня. Будемо щиро вдячні фахівцям усіх спо- ріднених галузей наук і дисциплін за опри- люднення своїх міркувань, пропозицій, ідей та гіпотез. 1. Мокиенко А.В., Гоженко А.И., Петренко Н.Ф. и др. Вода и водно-обусловленные инфекции. — Одес- са: «Лерадрук», 2008. — Т. 1. — 412 с. 2. Мокиенко А.В., Гоженко А.И., Петренко Н.Ф. и др. Вода и водно-обусловленные инфекции. — Одесса: ООО «РА «АРТ — В», 2008. — Т. 2. — 288 с. 3. Андрійчин М.А. Інфекційні хвороби і демографіч- на криза в Україні // Журнал Академіії медичних наук. — 2007. — Т. 13. — №3. — С. 533–542. 4. Ford T.E. Microbiological Safety of Drinking Water: United States and Global Perspectives // Environ. Health Perspect. — 1999. — Vol. 107 (Suppl. 1). — P. 191–206. 5. Roberts M.E., Stewart P.S. Modelling protection from antimicrobial agents in biofilms through the formation of persister cells // Microbiology. — 2005. — Vol. 15. — P. 75–80. 6. Lewis K. Persister Cells and the Riddle of Biofilm Survival // Biochemistry. — 2005. — Vol. 70. — I. 2. — P. 327–336. 7. McDonnell G., Russell A.D. Antiseptics and Disinfec- tants: Activity, Action, and Resistance // Clinical Microbiology Reviews. — 1999. — Vol. 12. — №1. — P. 147–179. 8. Heineman J.A., Roughan P.D. New Hypotheses on the Material Nature of Horizontally Mobile Genes // Ann. N. Y. Acad. Sci. — 2000. — Vol. 96. — P. 169– 186. 9. The 3’ conserved segment of integrons contains a gene associated with multidrug resistance to anti- septics and disinfectants / Paulsen I.T., Littlejohn T.G., Rådström P. et al. // Antimicrob. Agents Chemo ther. — 1993. — Vol. 37. — №4. — P. 761– 768. 10. Characterization of the antiseptic-resistance gene qacE delta 1 isolated from cеll / Kazama H., Ha- mashima H., Sasatsu M. et al. // FEMS Microbiol. Lett. — 1999. — Vol. 74. — P. 379–384. 11. Incidence of Class 1 Integrons in a Quaternary Am- monium Compound-Polluted Environment / Gaze W.H., Abdouslam N., Hawkey P.M. et al. // Anti- microbial Agents and Chemotherapy. — 2005. — Vol. 49. — №5. — P. 1802–1807. 12. Rosser S.J., Young H.-K. Identification and charac- terization of class 1 integrons in bacteria from an aquatic environment // Journal of Antimicrobial Chemotherapy. — 1999. — Vol. 44. — P. 11–18. 13. Fraise A.P. Biocide abuse and antimicrobial resist- ance — a cause for concern? // Journal of Anti- microbial Chemotherapy. — 2002. — Vol. 49. — P. 11–12. 14. Substrate specificity and energetics of antiseptic and disinfectant resistance in Staphylococcus au- reus / Littlejohn T.G., Paulsen I.T., Gillespie M.T. et al. // FEMS Microbiological Letters. — 1992. — Vol. 95. — P. 259–266. 15. Efflux-mediated antiseptic gene qacA from Sta- phy lococcus aureus: common ancestry with tetra- cycline — and sugar — transport proteins / Rouche D.A., Cram D.S., DiBernadino D. et al. // Molecu- lar Microbiology. — 1999. — Vol. 4. — P. 2051– 2062. 16. Alekshun M.N., Levy S.B. The mar regulon: multi- ple resistance to antibiotics and other toxic chem- icals // Trends Microbiol. — 1999. — Vol. 7. — P. 410–413. 17. Barbosa T.M., Levy S.B. Differential expression of over 60 chromosomal genes in Escherichia coli by constitutive expression of MarA // Journal of Bacteriology. — 2001. — Vol. 182. — P. 3467– 3474. 56 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2010, № 8 18. Overexpression of marA, soxS or acrAB produces resistance to triclosan in laboratory and clinical strains of Escherichia coli / McMurry L.M., Oethinger M., Levy S.B. // FEMS Microbiology Letters. — 1998. — Vol. 166. — P. 305–309. 19. Gilbert P., McBain A.J. Potential Impact of Increased Use of Biocides in Consumer Products on Preva- lence of Antibiotic Resistance // Clinical Microbi- ology Reviews. — 2003. — Vol. 16. — №2. — P. 189– 208. 20. Poole K. Efflux-mediated antimicrobial resistance // Journal of Antimicrobial Chemotherapy. — 2005. — Vol. 56. — №1. — P. 20–51. 21. Molecular Properties of Bacterial Multidrug Transporters / Putman M., van Veen H.W., Kon- ings W.N. // Microbiology and Molecular Biology Reviews. — 2000. — Vol. 64. — №4. — P. 672–693. 22. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия: Концеп- ции и перспективы / Пер. с англ. — Новоси- бирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1998. — 334 с. 23. Супрамолекулярная химия: в 2 т. / Джонатан В. Стид, Джерри Л. Этвуд / Пер. с англ. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. — Т. 1. — 2007. — 480 с.; Т. 2. — 2007. — 416 с. 24. Зоркий П.М., Лунина И.Е. Супрамолекулярная химия: возникновение, развитие, перспекти- вы // Вестн. Моск. ун-та. Серия 2. Химия. — 1999. — С. 300–307. 25. Пожарский А.Ф. Супрамолекулярная химия. Часть II. Самоорганизующиеся молекулы // Со- росовский образовательный журнал. — 1997. — №9. — С. 40–47. 26. Сердюк А.М., Гоженко А.І., Мокієнко А.В. та ін. Питна вода та інфекційні хвороби: аналітичне та концептуальне дослідження ризику для здоров’я (огляд літератури та власних досліджень) // Журнал Академії медичних наук. — 2008. — Т. 14. — №4. — С. 705–718. 27. Петренко Н.Ф., Мокиенко А.В. Диоксид хлора: применение в технологиях водоподготовки // Одесса: Изд-во «Optimum», 2005. — 486 с. 28. Пушкина В.А., Шафран Л.М., Бощенко Ю.А. и др. Значение полимеров в формировании микро- биоты больничного пространства // Довкілля та здоров’я. — 2004. — №2. — С. 8–12. А. Мокієнко, Н. Петренко, А. Гоженко СТІЙКІСТЬ БАКТЕРІЙ ЯК МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ПРОБЛЕМА Механізм формування адаптивної мультирезистентності бактерій до біоцидів з погляду фундаментальних основ супрамолекулярної хімії Автори опрацювали великий масив публікацій і лі- тератури щодо сучасного трактування природи ре- зистентності бактерій до біоцидів як інтегрального поняття антимікробних засобів. Виявлено спільність механізмів формування стійкості та важливість біо- плівок як субстрату для горизонтального передаван- ня генів резистентності. Висловлено гіпотезу, згідно з якою механізм формування адаптивної мультирезис- тентності бактерій до біоцидів зумовлений утворен- ням супрамолекулярних ансамблів рецепторів і суб- стратів з передаванням генів резистентності на основі принципу подвійної комплементарності. Ключові слова: резистентність, рецептор, субстрат, комплементарність. A. Mokienko, N. Petrenko, A. Gozhenko BACTERIA RESISTENCE AS AN INTERDISCIPLINARY PROBLEM The mechanism of formation of the adaptable multiresistance of bacteria to biocides with the points of view of fundamental bases of supramolecular chemistry S u m m a r y In article the short review of data of the literature concerning modern sights at the nature of a resistance of bacteria to biocides is presented as integrated concept of the antimicrobial means. The generality of mechanisms of formation of stability and importance of biofilms as substrate for horizontal transfer of genes of a resistance are emphasized. The hypothesis according to which the mechanism of formation of an adaptable multiresistance of bacteria to biocides is caused by formation supramolecular ensembles of receptors and substrates with transfer of genes of a resistance on the basis of a principle double complementarity is stated. Keywords: bacteria, biocides, resistance, supramolecular chemistry, receptor, substrate, complementarity

Institution

Similar Items