Генетические основы устойчивости

Гены, определяющие устойчивость к ХТВ, мо- гут составлять часть бактериальной хромосомы либо располагаться на плазмидах и транспозонах. Плазми- ды, несущие эти гены, обозначаются как R-фактор (R-плазмиды). Они обладают не только внутривидо- вой, но и межвидовой трансмиссивностью, т. е. спо- собны к горизонтальному переносу, приводящему к распространению резистентности от бактерий одно- го рода, вида или штамма к другим. R-плазмида опре- деляет множественную устойчивость микроорганиз- мов, поскольку содержит гены, кодирующие фаноры устойчивости к разнообразным ХТВ. Транспозоны — мобильные генетические элементы, способствуют об- мену информацией между плазмидами и хромосомой. В бактериальной клетке постоянно происходит пере- распределение локализации генов резистентности: чем более важен ген для обеспечения жизнеспособно- сти клетки, тем менее вероятно, что он может длитель- ное время сохраняться вне хромосомы. Кроме того, локализация генов резистентности до некоторой сте- пени отражает ее биохимические механизмы. Напри- мер, устойчивость пневмококков к сульфамидам свя- зана с хромосомной мутацией гена ДПС, устойчивость к стрептомицину — с мутацией хромосомного гена, ко- дирующего определенный белок рибосомы, тогда как R-плазмида несет гены, контролирующие синтез фер- ментов, инактивирующих антибиотики (β -лактамазы, ацетилазы, фосфорилазы, аденилазы и др.).

Геномы бактерий часто являются мозаичными, т. е. содержат вставки чужеродной ДНК различной протя- женности. Мозаичность возникает в результате гори- зонтального переноса генов путем генетической реком- бинации (трансформации, трансдукции, конъюгации).

Наиболее часто такая мозаичность обнаруживается сре- ди генов, определяющих факторы вирулентности, и ге- нов устойчивости к лекарственным препаратам и связа- на с существованием генных кассет. Кассеты с генами резистентности к антибиотикам являются самыми ма- ленькими по размеру мобильными генетическими эле- ментами. Они содержат один ген и специфическую последовательность, выполняющую функцию реком- бинационного сайта. Кассеты являются дискретными генетическими элементами, объединенными в более крупную мобильную структуру — интегрон. Кассет- ный ген обычно не содержит промотора и его экспрес- сия зависит от промотора интегрона.

Гены, кодирующие резистентность, могут стабиль- но существовать, будучи невостребованными, т.е. в от- сутствие селективного давления, это подтверждается существованием устойчивых к биоцидам штаммов в природных субстратах, не содержащих ХТВ. Однако не исключается возможность, что факторами отбора мо- гут быть и другие вещества, например, тяжелые метал- лы, т.к. гены резистентности могут быть интегрированы в генные кассеты (кластеры), являющиеся оперонами, соединяющими гены устойчивости ко многим неблаго- приятным факторам. Сохранению генов резистентности в природе благоприятствует широкий круг их хозяев, способность к взаимодействию которых столь выраже- на, что селекция, определяющая приспособляемость, должна была происходить задолго до эры антибиотиков, созданной человеком (например, в почвенном биоценозе, содержащем продуценты антибиотиков).

Наряду с известными ранее способами горизон- тального переноса генов резистентности описан новый механизм передачи генов — ретранспорт, на первом этапе которого трансмиссивная плазмида донора про- никает в клетку-реципиент и интегрирует с мобилизу- емой ею плазмидой; на втором этапе она возвращается в клетку донора, обогащенная новыми генами. Моби- лизуемыми элементами могут быть не только плазми- ды, но и сегменты хромосомы, которые вырезаются с участием конъюгативных транспозонов.