Антибиотикорезистентность и новые антимикробные стратегии: изучение проблем устойчивости к антибиотикам и разработки новых лекарственных средств

Авторы

  • Денис Бурмистров Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы, Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
  • Алена Гречман Южно-Уральский государственный медицинский университет, Российская Федерация, 454092, Челябинск, ул. Воровского, 64 https://orcid.org/0009-0001-8180-0266
  • Руслан Чернецов Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова, Российская Федерация, 197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6–8 https://orcid.org/0009-0006-7257-3440
  • Вероника Юзюк Северо-Западный государственный медицинский университет имени И. И. Мечникова, Российская Федерация, 191015, Санкт-Петербург, ул. Кирочная, 41 https://orcid.org/0009-0008-6319-6801
  • Алия Бекмурзаева Сургутский государственный университет, Российская Федерация, 628412, Сургут, пр. Ленина, 1

DOI:

https://doi.org/10.21638/spbu11.2024.306

Аннотация

Устойчивость к антибиотикам представляет собой серьезную глобальную угрозу для эффективности антибактериальной терапии и здравоохранения в целом, требуя немедленного внимания со стороны исследователей, медицинских работников и фармацев-тических компаний, а также государственных организаций. В данном обзоре подробно рассматриваются основные механизмы антибиотикорезистентности, такие как эффлюксные насосы, ферментативная инактивация антибиотиков, изменения в клеточных мишенях и биопленки, которые играют ключевую роль в защите бактерий от внешнего воздействия, способствуя их выживанию. Также обсуждаются альтернативные стратегии разработки новых антимикробных препаратов, направленных на преодоление этих механизмов и предотвращение дальнейшего распространения устойчивости. Особое внимание уделяется инновационным подходам, таким как фаготерапия, использование антимикробных пептидов, наноантибиотиков, методов иммунной терапии и технологий CRISPR-Cas, открывающих перспективы для преодоления резистентности. Рассматриваются новые препараты, требующие дальнейшего изучения их эффективности, взаимодействия с бактериями, обсуждается использование биоматериалов и наночастиц для доставки. В настоящем обзоре анализируются возможные пути улучшения эффективности клинических испытаний новых препаратов. Подчеркивается важность привлечения частного и государственного финансирования для поддержки исследований.

Ключевые слова:

антибиотикорезистентность, новые антимикробные стратегии, антибиотики, механизмы резистентности, фаготерапия, антимикробные пептиды

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.
 

Библиографические ссылки


References

Antimicrobial Resistance Collaborators. Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis. Lancet, 2022, vol. 399, no. 10325, pp. 629–655. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)02724-0

Klein E. Y., Van Boeckel T. P., Martinez E. M., Pant S., Gandra S., Levin S. A., Goossens H., Laxminarayan R. Global increase and geographic convergence in antibiotic consumption between 2000 and 2015. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2018, vol. 115, no. 15, pp. E3463–E3470. https://doi.org/10.1073/pnas.1717295115

Du D., Wang-Kan X., Neuberger A., van Veen H. W., Pos K. M., Piddock L. J. V., Luisi B. F. Multidrug efflux pumps: structure, function and regulation. Nat. Rev. Microbiol., 2018, vol. 16, no. 9, pp. 523–539. https://doi.org/10.1038/s41579-018-0048-6

Imai Y., Meyer K. J., Iinishi A., Favre-Godal Q., Green R., Manuse S., Caboni M., Mori M., Niles S., Ghiglieri M., Honrao C., Ma X., Guo J. J., Makriyannis A., Linares-Otoya L., Böhringer N., Wuisan Z. G., Kaur H., Wu R., Mateus A., Typas A., Savitski M. M., Espinoza J. L., O’Rourke A., Nelson K. E.,Hiller S., Noinaj N., Schäberle T. F., D’Onofrio A., Lewis K. A new antibiotic selectively kills Gramnegative pathogens. Nature, 2019, vol. 576, no. 7787, pp. 459–464. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1791-1

Halawa E. M., Fadel M., Al-Rabia M. W., Behairy A., Nouh N. A., Abdo M., Olga R., Fericean L., Atwa A. M., El-Nablaway M., Abdeen A. Antibiotic action and resistance: Updated review of mechanisms, spread, influencing factors, and alternative approaches for combating resistance. Front. Pharmacol., 2024, vol. 14, p. 1305294. https://doi.org/10.3389/fphar.2023.1305294

Singh S., Singh S. K., Chowdhury I., Singh R. Understanding the Mechanism of Bacterial Bio- films Resistance to Antimicrobial Agents. Open Microbiol. J., 2017, vol. 11, pp. 53–62. https://doi.org/10.2174/1874285801711010053

Fernández-Billón M., Llambías-Cabot A. E., Jordana-Lluch E., Oliver A., Macià M. D. Mechanisms of antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa biofilms. Biofilm, 2023, vol. 5, p. 100129. https://doi.org/10.1016/j.bioflm.2023.100129

Sodhi K. K., Singh C. K., Kumar M., Singh D. K. Whole-genome sequencing of Alcaligenes sp. strain MMA: Insight into the antibiotic and heavy metal resistant genes. Front. Pharmacol., 2023, vol. 14,pp. 1144561–1144611. https://doi.org/10.3389/fphar.2023.1144561

Hirsch J., Klostermeier D. What makes a type IIA topoisomerase a gyrase or a Topo IV? Nucleic Acids Res., 2021, vol. 49, no. 11, pp. 6027–6042. https://doi.org/10.1093/nar/gkab270

Bodoev I. N., Smirnov G. B., Shitikov E. A., Ilina E. N. Formation of resistance to quinolones in Escherichia coli strains with defects in replication, recombination, and repair genes. Problemy meditsinskoi mikologii, 2020, vol. 22, no. 3, pp. 52–52. (In Russian)

Peschel A., Vuong C., Otto M., Götz F. The D-alanine residues of Staphylococcus aureus teichoic acids alter the susceptibility to vancomycin and the activity of autolytic enzymes. Antimicrob. Agents Chemother., 2000, vol. 44, no. 10, pp. 2845–2847. https://doi.org/10.1128/AAC.44.10.2845-2847.2000

Patel Y., Soni V., Rhee K. Y., Helmann J. D. Mutations in rpoB That Confer Rifampicin Resistance Can Alter Levels of Peptidoglycan Precursors and Affect β-Lactam Susceptibility. mBio, 2023, vol. 14, no. 2,e0316822. https://doi.org/10.1128/mbio.03168-22

Hasan C. M., Dutta D., Nguyen A. N. T. Revisiting Antibiotic Resistance: Mechanistic Foundations to Evolutionary Outlook. Antibiotics (Basel), 2021, vol. 11, no. 1, p. 40. https://doi.org/10.3390/antibiot-ics11010040

Chavada J., Muneshwar K. N., Ghulaxe Y., Wani M., Sarda P. P., Huse S. Antibiotic Resistance: Challenges and Strategies in Combating Infections. Cureus, 2023, vol. 15, no. 9, e46013. https://doi.org/10.7759/cureus.46013

Varela M. F., Stephen J., Lekshmi M., Ojha M., Wenzel N., Sanford L. M., Hernandez A. J., Parvathi A., Kumar S. H. Bacterial Resistance to Antimicrobial Agents. Antibiotics (Basel), 2021, vol. 10, no. 5, p. 593. https://doi.org/10.3390/antibiotics10050593

Paul S. M., Mytelka D. S., Dunwiddie C. T., Persinger C. C., Munos B. H., Lindborg S. R., Schacht A. L. How to improve R&D productivity: The pharmaceutical industry’s grand challenge. Nat. Rev. Drug Discov., 2010, vol. 9, no. 3, pp. 203–214. https://doi.org/10.1038/nrd3078

Oselusi S. O., Dube P., Odugbemi A. I., Akinyede K. A., Ilori T. L., Egieyeh E., Sibuyi N. R., Meyer M.,Madiehe A. M., Wyckoff G. J., Egieyeh S. A. The role and potential of computer-aided drug discovery strategies in the discovery of novel antimicrobials. Comput. Biol. Med., 2024, vol. 169, p. 107927. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2024.107927

Aminov R. I. A brief history of the antibiotic era: lessons learned and challenges for the future. Front. Microbiol., 2010, vol. 1, p. 134. https://doi.org/10.3389/fmicb.2010.00134

Stokes J. M., Yang K., Swanson K., Jin W., Cubillos-Ruiz A., Donghia N. M., MacNair C. R., French S.,Carfrae L. A., Bloom-Ackermann Z., Tran V. M., Chiappino-Pepe A., Badran A. H., Andrews I. W.,Chory E. J., Church G. M., Brown E. D., Jaakkola T. S., Barzilay R., Collins J. J. A Deep Learning Approach to Antibiotic Discovery. Cell, 2020, vol. 180, no. 4, pp. 688–702.e13. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.021

Miller R. D., Iinishi A., Modaresi S. M., Yoo B.-K., Curtis T. D., Lariviere P. J., Liang L., Son S., Nicolau S., Bargabos R., Morrissette M., Gates M. F., Pitt N., Jakob R. P., Rath P., Maier T., Malyutin A. G., Kaiser J. T., Niles S., Karavas B., Ghiglieri M., Bowman S. E. J., Rees D. C., Hiller S., Lewis K. Computational identification of a systemic antibiotic for gram-negative bacteria. Nat. Microbiol., 2022, vol. 7, no. 10, pp. 1661–1672. https://doi.org/10.1038/s41564-022-01227-4

2020 Antibacterial agents in clinical and preclinical development: An overview and analysis. Geneva, World Health Organization, 2021, 59 p.

Felden B., Cattoir V. Bacterial Adaptation to Antibiotics through Regulatory RNAs. Antimicrob. Agents Chemother., 2018, vol. 62, no. 5, e02503-17. https://doi.org/10.1128/AAC.02503-17

Lewis K. The Science of Antibiotic Discovery. Cell, 2020, vol. 181, no. 1, pp. 29–45. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.056

McDevitt D., Rosenberg M. Exploiting genomics to discover new antibiotics.Trends Microbiol., 2001, vol. 9, no. 12, pp. 611–617. https://doi.org/10.1016/s0966-842x(01)02235-1

Mahey N., Tambat R., Kalia R., Ingavale R., Kodesia A., Chandal N., Kapoor S., Verma D. K., Thakur K. G., Jachak S., Nandanwar H. Pyrrole-based inhibitors of RND-type efflux pumps reverse antibiotic resistance and display anti-virulence potential. PLoS Pathog., 2024, vol. 20, no. 4, e1012121. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1012121

Pugh B. A., Rao A. B., Angeles-Solano M. Design and evaluation of poly-nitrogenous adjuvants capable of potentiating antibiotics in Gram-negative bacteria. RSC Med. Chem., 2022, vol. 13, no. 9,pp. 1058–1063.

Mu S., Zhu Y., Wang Y., Qu S., Huang Y., Zheng L., Duan S., Yu B., Qin M., Xu F. J. Cationic Polysaccharide Conjugates as Antibiotic Adjuvants Resensitize Multidrug-Resistant Bacteria and Prevent Resistance. Adv. Mater., 2022, vol. 34, no. 41, e2204065. https://doi.org/10.1002/adma.202204065

Leptihn S., Loh B. Complexity, challenges and costs of implementing phage therapy. Future Microbiol.,2022, vol. 17, pp. 643–646. https://doi.org/10.2217/fmb-2022-0054

Dedrick R. M., Smith B. E., Cristinziano M., Freeman K. G., Jacobs-Sera D., Belessis Y., Brown A. W.,Cohen K. A., Davidson R. M., van Duin D., Gainey A., Garcia C. B., George C. R. R., Haidar G., Ip W.,Iredell J., Khatami A., Little J. S., Malmivaara K., McMullan B. J., Michalik D. E., Moscatelli A., Nick J. A.,Ortiz M. G. T., Polenakovik H. M., Robinson P. D., Skurnik M., Solomon D. A., Soothill J., Spencer H.,Wark P., Worth A., Schooley R. T., Benson C. A., Hatfull G. F. Phage Therapy of Mycobacterium Infections: Compassionate Use of Phages in 20 Patients with Drug-Resistant Mycobacterial Disease. Clin.Infect. Dis., 2023, vol. 76, no. 1, pp. 103–112. https://doi.org/10.1093/cid/ciac453

Zalewska-Piątek B. Phage Therapy-Challenges, Opportunities and Future Prospects. Pharmaceuticals(Basel), 2023, vol. 16, no. 12, p. 1638. https://doi.org/10.3390/ph16121638

Vakarina A. A., Kataeva L. V., Stepanova T. F. Effect of bacteriophages on the sensitivity of conditionally pathogenic bacteria to antibacterial drugs. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii,2019, vol. 96, no. 2, pp. 3–7. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-2-3-7 (In Russian)

McCallin S., Sacher J. C., Zheng J., Chan B. K. Current State of Compassionate Phage Therapy. Viruses,2019, vol. 11, no. 4, p. 343. https://doi.org/10.3390/v11040343

The unregulated potential of phages. The Lancet Microbe, 2023, vol. 4, no. 3, e126.

Ndugire W., Raviranga N. G. H., Lao J., Ramström O., Yan M. Gold Nanoclusters as Nanoantibiotic Auranofin Analogues.Adv. Healthc. Mater., 2022, vol. 11, no. 9, e2101032. https://doi.org/10.1002/adhm.202101032

Khalid A., Ahmad P., Alharthi A. I., Muhammad S., Khandaker M. U., Faruque M. R. I., Din I. U., Alotaibi M. A., Khan A. Synergistic effects of Cu-doped ZnO nanoantibiotic against Gram-positive bacterial strains. PLoS One, 2021, vol. 16, no. 5, e0251082. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251082

Singh C. K., Kaur Sodhi K. The emerging significance of nanomedicine-based approaches to fighting COVID-19 variants of concern: a perspective on the nanotechnology’s role in COVID-19 diagnosis and treatment. Front. Nanotechnol., 2023, vol. 4, pp. 1–13. https://doi.org/10.3389/fnano.2022.1084033

Zelenev V. V., Laskina T. A. Study of the antibacterial activity of drugs modified using nanotechnology and the ability of microorganisms to adapt to them. Aktual’nye Problemy Meditsiny i Biologii,2020,vol. 1, pp. 25–34. (In Russian)

De Vor L., Van Dijk B., Van Kessel K., Kavanaugh J. S., De Haas C., Aerts P. C., Viveen M. C., Boel E. C.,Fluit A. C., Kwiecinski J. M., Krijger G. C., Ramakers R. M., Beekman F. J., Dadachova E., Lam M. G., Vogely H. C., Van der Wal B. C., Van Strijp J. A., Horswill A. R., Weinans H., Rooijakkers S. H. Human monoclonal antibodies against Staphylococcus aureus surface antigens recognize in vitro and in vivo biofilm. Elife, 2022, vol. 11, e67301. https://doi.org/10.7554/eLife.67301

Nielsen T. B., Yan J., Slarve M., Lu P., Li R., Ruiz J., Lee B., Burk E., Talyansky Y., Oelschlaeger P.,Hurth K., Win W., Luna B. M., Bonomo R. A., Spellberg B. Monoclonal Antibody Therapy against Acinetobacter baumannii. Infect. Immun., 2021, vol. 89, no. 10, e0016221. https://doi.org/10.1128/IAI.00162-21

Lentini G., Famà A., De Gaetano G. V., Coppolino F., Mahjoub A. K., Ryan L., Lien E., Espevik T., Beninati C., Teti G. Caspase-8 inhibition improves the outcome of bacterial infections in mice by pro-moting neutrophil activation. Cell Rep. Med., 2023, vol. 4, no. 7, p.101098. https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2023.101098

Lazzaro B. P., Zasloff M., Rolff J. Antimicrobial peptides: Application informed by evolution. Science, 2020, vol. 368, no. 6490, eaau5480. https://doi.org/10.1126/science.aau5480

Bazikov I. A., Maltsev A. N., Sedykh O. I., Baturin V. A., Bolatchiev A. D., Efremenko A. A. Isolation of endogenous antimicrobial peptides from blood cells. Bakteriologiia, 2020, vol. 5, no. 1, pp. 33–36.(In Russian)

Mermer S., Turhan T., Bolat E., Aydemir S., Yamazhan T., Pullukcu H., Arda B., Sipahi H., Ulusoy S.,Sipahi O. R. Ceftaroline versus vancomycin in the treatment of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) in an experimental MRSA meningitis model. J. Glob. Antimicrob. Resist., 2020, vol. 22,pp. 147–151. https://doi.org/10.1016/j.jgar.2020.02.001

Amiss A. S., von Pein J. B., Webb J. R., Condon N. D., Harvey P. J., Phan M. D., Schembri M. A., Currie B. J., Sweet M. J., Craik D. J., Kapetanovic R., Henriques S. T., Lawrence N. Modified horseshoe crabpeptides target and kill bacteria inside host cells. Cell Mol. Life Sci., 2021, vol. 79, no. 1, p. 38. https://doi.org/10.1007/s00018-021-04041-z

Yang P., Guo W., Ramamoorthy A., Chen Z. Conformation and Orientation of Antimicrobial Peptides MSI-594 and MSI-594A in a Lipid Membrane. Langmuir, 2023, vol. 39, no. 15, pp. 5352–5363. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c03430

Greene A. C. CRISPR-Based Antibacterials: Transforming Bacterial Defense into Offense. Trends Biotechnol., 2018, vol. 36, pp. 127–130. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2017.10.021

Javed M. U., Hayat M. T., Mukhtar H., Imre K. CRISPR-Cas9 System: A Prospective Pathway to- ward Combatting Antibiotic Resistance. Antibiotics (Basel), 2023, vol. 12, no. 6, p.1075. https://doi.org/10.3390/antibiotics12061075

Kiga K., Tan X. E., Ibarra-Chávez R. Development of CRISPR-Cas13a-based antimicrobials capable of sequence-specific killing of target bacteria. Nat. Commun., 2020, vol. 11, no. 1, p. 2934.

Inchagova K. S. Quorum sensing suppression of Chromobacterium violaceum by combinations ofamikacin with activated carbon or small molecules of plant origin (pyrogallol and coumarin). Mikro-biologiia, 2019, vol. 88, no. 1, pp. 72–82. (In Russian)

Zhang J. W., Guo C., Xuan C. G., Gu J. W., Cui Z. N., Zhang J., Zhang L., Jiang W., Zhang L. Q. High-Throughput, Quantitative Screening of Quorum-Sensing Inhibitors Based on a Bacterial Biosensor.ACS Chem. Biol., 2023, vol. 18, no. 12, pp. 2544–2554. https://doi.org/10.1021/acschembio.3c00537

Beus M., Savijoki K., Patel J. Z., Yli-Kauhaluoma J., Fallarero A., Zorc B. Chloroquine fumardiamides as novel quorum sensing inhibitors. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2020, vol. 30, no. 16, p. 127336. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2020.127336

Almohaywi B., Yu T. T., Iskander G., Chan D. S. H., Ho K. K. K., Rice S., Black D. S., Griffith R., Kumar N. Dihydropyrrolones as bacterial quorum sensing inhibitors. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2019,vol. 29, no. 9, pp. 1054–1059. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2019.03.004

Загрузки

Опубликован

22.01.2025

Как цитировать

Бурмистров, Д., Гречман , А., Чернецов , Р., Юзюк , В., & Бекмурзаева , А. (2025). Антибиотикорезистентность и новые антимикробные стратегии: изучение проблем устойчивости к антибиотикам и разработки новых лекарственных средств. Вестник Санкт-Петербургского университета. Медицина, 19(3), 265–277. https://doi.org/10.21638/spbu11.2024.306

Выпуск

Том 19 № 3 (2024)

Раздел

Эпидемиология

Лицензия

Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Медицина» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.