Preview

Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология

Расширенный поиск

Анализ проблемы «супербактерий» и современные подходы к ее решению

https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-665-678

Полный текст:

Аннотация

Открытие антибактериальных препаратов (АБП) в форме антибиотиков имеет почти 100-летнюю историю. За это время были отмечены как расцвет их эффективности против многих патогенных бактерий, так и современный период возникновения к ним множественной лекарственной устойчивости (МЛУ). В данной обзорной работе проанализированы результаты исследований многих международных лабораторий, занимающихся разработкой как новых антибиотиков, так и других форм противобактериальных препаратов. Представлены современные подходы в области геномных, постгеномных и нанотехнологий, использование которых способствует созданию новых АБП. Благодаря этим технологиям уже получены первые результаты по использованию молекулярных пептидов, наночастиц в качестве АБП, литически действующих на мембрану бактерий. В последние годы в качестве АБП для борьбы с супербактериями вновь стали активно использоваться бактериофаги и их комбинации, получены данные об их способности лизировать патогены. Также проведен анализ результатов метаболомных исследований бактерий, на основе которых стало возможным создание чиповой конструкции – iChip, обеспечивающей высокопроизводительное культивирование бактерий в их естественной среде обитания, предоставляя доступ к «некультивируемым» микроорганизмам. В ряде исследований также на основе методов метаболомики представлены результаты идентификации «некультивируемых» микроорганизмов прямо из метагеномов. Этот подход позволяет далее их клонировать и экспрессировать в геномы протипированных бактерий. По мнению авторов, это позволяет быстро отбирать новые молекулы для открытия антибиотиков. Основным выводом данного обзора является необходимость исследований механизмов формирования у «супербактерий» как факторов МЛУ, так и их взаимодействия с клетками организма человека. В целом, учитывая обширные научные изыскания по созданию новых AБП, будущее в борьбе с «супербактериями» выглядит не столь угрожающим для человечества.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

Ю. П. Джиоев
Иркутский государственный медицинский университет
Россия

Джиоев Юрий Павлович, к.б.н., заведующий лабораторией молекулярной вирусологии и биотехнологии, НИИ биомедицинских технологий

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1



В. И. Злобин
Иркутский государственный медицинский университет
Россия

Злобин Владимир Игоревич, д.м.н., академик РАН, директор НИИ биомедицинских технологий, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1



В. П. Саловарова
Иркутский государственный университет
Россия

Саловарова Валентина Петровна, д.б.н., профессор, заведующая кафедрой физико-химической биологии

664011, г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5



Л. А. Степаненко
Иркутский государственный медицинский университет
Россия

Степаненко Лилия Александровна, к.м.н., старший научный сотрудник лаборатории молекулярной вирусологии и биотехнологии, НИИ биомедицинских технологий

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1



О. Н. Рева
Центр биоинформатики и компьютерной биологии
Южно-Африканская Республика

Рева Олег Николаевич, к.б.н., доцент кафедры биохимии, генетики и микробиологии, Центр биоинформатики и компьютерной биологии

Претория 0002, Private Bag X20, Hatfield, 0028



А. Ю. Борисенко
Иркутский государственный медицинский университет
Россия

Борисенко Андрей Юрьевич, ассистент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1



Н. П. Перетолчина
Иркутский государственный медицинский университет
Россия

Перетолчина Надежда Павловна, ассистент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1



Ю. С. Букин
Иркутский государственный университет; Лимнологический институт СО РАН
Россия

Букин Юрий Сергеевич, к.б.н., старший научный сотрудник

664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3



Список литературы

1. Laxminarayan R, Duse A, Wattal C, Zaidi AK, Wertheim HF, Sumpradit N, et al. Antibiotic resistance – the need for global solutions. The Lancet Infectious Diseases. 2013;13(12):1057–1098. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(13)70318-9

2. Ayukekbong JA, Ntemgwa M, Atabe AN. The threat of antimicrobial resistance in developing countries: causes and control strategies. Antimicrob Resist Infection Control. 2017;15(6):47. https://doi.org/10.1186/s13756-017-0208-x

3. Bloom DE, Cadarette D. Infectious Disease Threats in the Twenty-First Century: Strengthening the Global Response. Frontiers in Immunology. 2019;10:549. https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.00549

4. Collignon PJ, Conly JM, Andremont A, McEwen SA, Aidara-Kane A, et al. World Health Organization Ranking of Antimicrobials According to Their Importance in Human Medicine: A Critical Step for Developing Risk Management Strategies to Control Antimicrobial Resistance from Food Animal Production. Clinical Infection Diseases. 2016;63(8): 1087–1093. https://doi.org/10.1093/cid/ciw475

5. Adeniji F. Global analysis of strategies to tackle antimicrobial resistance. International Journal Pharmacy Practice. 2018;26(1):85–89. https://doi.org/ 10.1111/ijpp.12365

6. Veeraraghavan B, Walia K. Antimicrobial susceptibility profile & resistance mechanisms of Global Antimicrobial Resistance Surveillance System (GLASS) priority pathogens from India. Indian Journal of Medical Research. 2019;149(2):87–96. https://doi.org/10.4103/ijmr.IJMR_214_18

7. Davies J, Davies D.. Origins and evolution of antibiotic resistance Microbiol. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2010;74(3):417–433. https://doi.org/10.1128/MMBR.00016-10

8. Arepyeva MA, Kolbin AS, Sidorenko SV, Lawson R, Kurylev AA, Balykina YE, et al. A mathematical model for predicting the development of bacterial resistance based on the relationship between the level of antimicrobial resistance and the volume of antibiotic consumption. Journal of Global Antimicrobial Resistance. 2017;8:148–156. https://doi.org/10.1016/j.jgar.2016.11.010

9. Klein EY, Van Boeckel TP, Martinez EM, Pant S, Gandra S, Levin SA, et al. Global increase and geographic convergence in antibiotic consumption between 2000 and 2015. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2018;115(15):E3463–E3470. https://doi.org/10.1073/pnas.1717295115

10. Mohr KI. History of Antibiotics Research. Current Topics in Microbiology and Immunology. 2016;398:237–272. https://doi.org/10.1007/82_20 16_499

11. Rather IA, Kim B-C, Bajpai VK, Park Y-H. Self-medication and antibiotic resistance: Crisis, current challenges, and prevention. Saudi Journal of Biological Sciences. 2017; 24(4):808–812. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2017.01.004

12. Ribeiro da Cunha B, Fonseca LP, Calado CRC. Antibiotic Discovery: Where Have We Come from, Where Do We Go? Antibiotics (Basel). 2019;8(2). pii: E45. https://doi.org/10.3390 /antibiotics8020045

13. Antimicrobial resistance. Global Report on surveillance 2014. Available from: https://www.who.int/drugresistance/publications/infographic-antimicrobial-resistance-2014 0430.pdf [Accessed 10th October 2019].

14. Centers for Disease Control and Prevention. Antibiotic Use in the United States, 2017: Progress and Opportunities. US Department of Health and Human Service; Atlanta, GA, USA : 2017. P. 1–40. Available from: https://www.cdc.gov/antibiotic-use/stewardship-report/pdf/stewardship-report.pdf [Accessed 10th October 2019].

15. Cassini A, Högberg LD, Plachouras D, Quattrocchi A, Hoxha A, Simonsen GS, et al. Attributable deaths and disability-adjusted life-years caused by infections with antibiotic-resistant bacteria in the EU and the European Economic Area in 2015: a population-level modelling analysis. The Lancet Infectious Diseases. 2019;19(1):56–66. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(18)30605-4

16. Antimicrobial Resistance: Tackling a crisis for the health and wealth of nations. The Review on Antimicrobial Resistance. Available from: https://amr-rеview.org/sites/default/files/AMR%20review%20Paper%20%20Tackling%20a%20crisis%20for%20the%20health%20and%20wealth%2 0of%20nations_1.pdf [Accessed 10th October 2019].

17. Mulani MS, Kamble EE, Kumkar SN, Tawre MS, Pardesi KR. Emerging Strategies to Combat ESKAPE Pathogens in the Era of Antimicrobial Resistance: A Review. Frontiers in Microbiology. 2019;10:539. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00539

18. Santajit S, Indrawattana N. Mechanisms of antimicrobial resistance in ESKAPE pathogens. BioMed Research International. 2016;2016(2):1–8. https://doi.org/10.1155/2016/2475067

19. Tacconelli E, Carrara E, Savoldi A, Harbarth S, Mendelson M, Monnet DL, et al. Discovery, research, and development of new antibiotics: the WHO priority list of antibiotic-resistant bacteria and tuberculosis. The Lancet Infectious Diseases. 2018;18(3):318–327. https://doi.org/ 10.1016/S1473-3099(17)30753-3

20. Founou RC, Founou LL, Essack SY. Clinical and economic impact of antibiotic resistance in developing countries: a systematic review and meta-analysis. PLoS ONE. 2017;12(12):e0189621. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189621

21. Outterson K. New Business Models for Sustainable Antibiotics, Chatham House. 2014. Available from: https://ssrn.com/abstract=2397957 [Accessed 10th October 2019].

22. Muzammil S, Hayat S, Fakhar-E-Alam M, Aslam B, Siddique MH, Nisar MA, et al. Nanoantibiotics: Future nanotechnologies to combat antibiotic resistance. Frontiers in Bioscience (Elite Ed). 2018;10:352–374.

23. Wei X, Ran D, Campeau A, Xiao C, Zhou J, Dehaini D, et al. Multiantigenic Nanotoxoids for Antivirulence Vaccination against Antibiotic-Resistant Gram-Negative Bacteria. Nano Letters. 2019; 19(7):4760–4769. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01844

24. Lu L, Liu LJ, Chao WC, Zhong HJ, Wang M, Chen XP, et al. Identification of an iridium (III) complex with anti-bacterial and anti-cancer activity. Scientific Reports. 2015;5:14544. https://doi.org/ 10.1038/srep14544

25. Bisacchi GS. Origins of the quinolone class of antibacterials: An expanded “discovery story”. Journal of Medicinal Chemistry. 2015;58(12): 4874–4882. https://doi.org/10.1021/jm501881c

26. Seiple IB, Zhang Z, Jakubec P, LangloisMercier A, Wright PM, Hog DT, et al. A platform for the discovery of new macrolide antibiotics. Nature. 2016; 533:338–345. https://doi.org/10.1038/nature17967

27. Land M, Hauser L, Jun SR, Nookaew I, Leuze MR, Ahn TH, et al. Insights from 20 years of bacterial genome sequencing. Functional and Integrative Genomics. 2015;15(2):141–161. https://doi.org/ 10.1007/s10142-015-0433-4

28. Brinster S, Lamberet G, Staels B, TrieuCuot P, Gruss A, Poyart C. Type II fatty acid synthesis is not a suitable antibiotic target for Grampositive pathogens. Nature. 2009;458(7234):83–86. https://doi.org/10.1038/nature07772

29. Fields FR, Lee SW, McConnell MJ. Using bacterial genomes and essential genes for the development of new antibiotics. Biochemical Pharmacology. 2017;134:74–86. https://doi.org/10.1016/j. bcp.2016.12.002

30. Carneiro DG, Clarke T, Davies CC, Bailey D. Identifying novel protein interactions: Proteomic methods, optimisation approaches and data analysis pipelines. Methods. 2016;95:46–54. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2015.08.022

31. Hoerr V, Duggan GE, Zbytnuik L, Poon KKH, Große C, Neugebauer U, et al. Characterization and prediction of the mechanism of action of antibiotics through NMR metabolomics. BMC Microbiology. 2016;16:82. https://doi.org/10.1186/s12866-016- 0696-5

32. Nichols D, Cahoon N, Trakhtenberg EM, Pham L, Mehta A, Belanger A, et al. Use of ichip for high-throughput in situ cultivation of “uncultivable” microbial species. Applied and Environmental Microbiology. 2010;76(8):2445–2450. https://doi.org/10.1128/AEM.01754-09

33. Kolter R, van Wezel GP. Goodbye to brute force in antibiotic discovery? Nature Microbiology. 2016;1:15020. https://doi.org/10.1038/nmicrobiol. 2015.20

34. Zipperer A, Konnerth MC, Laux C, Berscheid A, Janek D, Weidenmaier C, et al. Human commensals producing a novel antibiotic impair pathogen colonization. Nature. 2016; 535(7613): 511–516. https://doi.org/10.1038/nature18634

35. Farrell LJ, Lo R, Wanford JJ, Jenkins A, Maxwell A, Piddock LJ.V. Revitalizing the drug pipeline: AntibioticDB, an open access database to aid antibacterial research and development. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2018; 73(9): 2284–2297. https://doi.org/10.1093/jac/dky208

36. Domingo-Calap P, Delgado-Martínez J. Bacteriophages: protagonists of a post-antibiotic era. Antibiotics (Basel). 2018;7(3):E66. https://doi.org/10.3390/antibiotics7030066

37. Jamal M, Andleeb S, Jalil F, Imran M, Nawaz MA, Hussain T, et al. Isolation, characterization and efficacy of phage MJ2 against biofilm forming multi-drug resistant Enterobacter cloacae. Folia Microbiologica (Praha) 2019;64(1):101–111. https://doi.org/10.1007/s12223-018-0636-x

38. Chan BK, Abedon ST, Loc-Carrillo C. Phage cocktails and the future of phage therapy. Future Microbioljgy. 2013;8(6):769–783. https://doi.org/10.2217/fmb.13.47

39. Villarroel J, Larsen MV, Kilstrup M, Nielsen M. Metagenomic Analysis of Therapeutic PYO Phage Cocktails from 1997 to 2014. Viruses. 2017;9(11):E328. https://doi.org/10.3390/v9110328

40. Philipson CW, Voegtly LJ, Lueder MR, Long KA, Rice GK, Frey KG, et al. Characterizing phage genomes for therapeutic applications. Viruses. 2018;10(4):188. https://doi.org/10.3390/v10 040188

41. Chang RYK, Das T, Manos J, Kutter E, Morales S, Chan HK. Bacteriophage PEV20 and Ciprofloxacin Combination Treatment Enhances Removal of Pseudomonas aeruginosa Biofilm Isolated from Cystic Fibrosis and Wound Patients. AAPS Journal. 2019;21(3):49. https://doi.org/10. 1208/s12248-019-0315-0

42. Chan BK, Turner PE, Kim S, Mojibian HR, Elefteriades JA, Narayan D. Phage treatment of an aortic graft infected with Pseudomonas aeruginosa. Evol Med Public Health. 2018;2018(1): 60–66. https://doi.org/10.1093/emph/eoy005

43. Parai D, Dey P, Mukherjee SK. Antimicrobial Peptides: An Approach to Combat Resilient Infections. Current Drug Discovery Technologies. 2019. https://doi.org/10.2174/1570163816666190620114338

44. Pfalzgraff A, Brandenburg K, Weindl G. Antimicrobial peptides and their therapeutic potential for bacterial skin infections and wounds. Frontiers in Pharmacology. 2018;9:281. https://doi.org/10.3389/fphar.2018.00281

45. Du H, Puri S, McCall A, Norris HL, Russo T, Edgerton M. Human salivary protein histatin 5 has potent bactericidal activity against ESKAPE pathogens. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2017;7:41. https://doi.org/10.3389/fcimb.2017.00041

46. Paranjape SM, Lauer TW, Montelaro RC, Mietzner TA, Vij N. Modulation of proinflammatory activity by the engineered cationic antimicrobial peptide WLBU-2. F1000Res. 2013;8(2):36. https://doi.org/10.12688/f1000research.2-36.v1

47. Gaglione R, Dell'Olmo E, Bosso A, Chino M, Pane K, Ascione F, et al. Novel human bioactive peptides identified in Apolipoprotein B: evaluation of their therapeutic potential. Biochemical Pharmacology. 2017;130:34–50. https://doi.org/10.1016/j. bcp.2017.01.009)

48. Al Akeel R, Mateen A, Syed R, Al-Qahtani MS, Alqahtani AS. Alanine rich peptide from Populus trichocarpa inhibit growth of Staphylococcus aureus via targetting its extracellular domain of Sensor Histidine Kinase YycGex protein. Microbial Pathogenesis. 2018;121:115–122. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2018.05.010

49. Xie J, Li Y, Li J, Yan Z, Wang D, Guo X, et al. Potent effects of amino acid scanned antimicrobial peptide Feleucin-K3 analogs against both multidrug-resistant strains and biofilms of Pseudomonas aeruginosa. Amino Acids. 2018;50(10): 1471–1483. https://doi.org/10.1007/s00726-018-2625-4

50. Otvos L, Ostorhazi E, Szabo D, Zumbrun SD, Miller LL, Halasohoris SA, [et al.]. Synergy between proline-rich antimicrobial peptides and small molecule antibiotics against selected gramnegative pathogens in vitro and in vivo. Frontiers in Chemistry. 2018;6:309. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00309

51. Wang S, Yan C, Zhang X, Shi D, Chi L, Luo G, et al. Antimicrobial peptide modification enhances the gene delivery and bactericidal efficiency of gold nanoparticles for accelerating diabetic wound healing. Biomaterials Science. 2018;6(10): 2757–2772. https://doi.org/10.1039/C8BM00807H


Для цитирования:


Джиоев Ю.П., Злобин В.И., Саловарова В.П., Степаненко Л.А., Рева О.Н., Борисенко А.Ю., Перетолчина Н.П., Букин Ю.С. Анализ проблемы «супербактерий» и современные подходы к ее решению. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019;9(4):665-678. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-665-678

For citation:


Dzhioev Y.P., Zlobin V.I., Salovarova V.P., Stepanenko L.A., Reva O.N., Borisenko A.Y., Peretolchina N.P., Bukin Y.S. Analysis of the “superbacteria” issue and contemporary approaches to its solution. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2019;9(4):665-678. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-665-678

Просмотров: 19


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-2925 (Print)
ISSN 2500-1558 (Online)