Использование пенициллиназы в биотехнологии
Информация - Медицина, физкультура, здравоохранение
Другие материалы по предмету Медицина, физкультура, здравоохранение
?-лактамаз, находятся в бактериальной хромосоме или R-плазмиде и могут передаваться другим особям трансдукцией или трансформацией.
Продуценты пенициллиназ устойчивы к большинству препаратов пенициллинового и цефалоспоринового рядов.
Бета-лактамазы расширенного спектра являются плазмидными ферментами, продукция которых является общей для семейства Enterobacteriaceae, особенно для Klebsiella pneumoniae.
Ферментативное расщепление (гидролиз) беталактамного кольца ведет к полной инактивации беталактамного антибиотика. Это было показано на примере бензилпенициллинов еще в 1940-х гг. Э.Чейном, впервые очистившим пенициллин. Продукт ферментативного расщепления бензилпенициллина пенициллоиновая кислота полностью не активна. Это легко объяснимо, так как механизм действия беталактамных антибиотиков связан именно с расщеплением беталактамного кольца и ацилированием гидроксильной группы серина в активном центре ферментов-мишеней.
В случае же пенициллиназ беталактамное кольцо также расщепляется, и антибиотик быстро освобождается из активного центра этих ферментов с присоединением атома водорода и гидроксила.
В настоящие время пенициллиназы составляют обширную группу одинаковых по механизму действия, но разнящихся по субстратной специфичности ферментов, объединенных под общим названием беталактамазы.
Наиболее часто лекарственная устойчивость связана со способностью микроорганизмов вырабатывать ферменты, инактивирующие антибактериальные препараты.
Характерный пример устойчивости этого типа способность бета-лактамаз (пенициллиназ) бактерий гидролиэировать бета-лактамные кольца пенициллинов и цефалоспоринов. В результате разрыва бета-лактамной связи антибиотики теряют свою специфическую активность в отношении микроорганизмов.
Бета-лактамазы бывают как широкого спектра действия, расщепляющие пенициллины и цефалоспорины, так и узкого активные в отношении только одной из групп этих антибиотиков. Пенициллиназы грамположительных микроорганизмов служат индуцируемыми ферментами, поэтому их синтез начинается только в момент контакта бактерии с бета-лактамами. При этом пенициллиназа высвобождается из бактериальных клеток и инактивирует антибиотик в межклеточном пространстве.
В то же время бета-лактамазы грамотрицательных бактерий детоксицируют антибиотик в периплазматическом пространстве. Таким образом, они инактивируют проникшие через наружную мембрану бета-лактамы еще до того, как антибиотик связался с ферментами, участвующими в синтезе клеточной стенки. Пенициллиназы резистентных грамотрицательных микроорганизмов синтезируются конститутивно и постоянно находятся в периплазматическом пространстве.
Известно, что беталактамазы произошли от транспептидаз и D,D-карбоксипептидаз пептидогликана, т. е. из ферментов-мишеней в бактериальной клетке, необратимо инактивируемых беталактамами.
Гены беталактамаз, локализуются как в бактериальной хромосоме, так и в плазмидах, которые не находятся под столь строгим регуляторным контролем в клетке, как хромосомный генетический материал, и могут существовать во многих копиях, что повышает количество генов беталактамаз и уровень самих ферментов в клетке. Между хромосомами и плазмидами нередко происходит обмен генами, в частности беталактамаз.
Очень важно, что гены беталактамаз, локализованные в плазмиде, могут передаваться при конъюгации вместе с плазмидой в другую клетку. Это означает, что плазмидные гены быстро распространяются по клеточной популяции, для чего не нужно даже деления клеток.
Возможен и межвидовой перенос плазмидных генов беталактамаз, например, из клетки кишечной палочки в клетку сальмонеллы и т.п.
2. Классификация, свойства и механизм действия пенициллиназ
Беталактамазы могут быть как конституитивными (у одних штаммов бактерий), так и индуцибельными (у других штаммов).
Иногда в одной клетке могут оказаться две разных беталактамазы, причем одна из них образуется постоянно, т. е. конституитивно, тогда как другая обнаруживается, когда клетка попадает в среду с беталактамным антибиотиком.
Способность к индукции беталактамаз является отрицательным свойством беталактамных антибиотиков с позиций медицинской практики, поэтому новые беталактамные структуры оцениваются при изучении их свойств не только на устойчивость к ферментативной инактивации, но и на способность индуцировать беталактамазы. Последняя зависит от того, с какой мишенью, т.е. с каким из РВРs связывается беталактаммый антибиотик, так как именно РВРs являются сенсорами, запускающими сложный механизм индукции беталактамаз.
Схематически этот механизм выглядит следующим образом: беталактамный антибиотик, находящийся в среде, реагирует с одним из белков, принадлежащих к РВРs. Его взаимодействие с белком ведет к изменению конформации этого белка
Меняются биофизические параметры белка, сигнал об этом передается на специальный трансмембранный белок, молекула которого пересекает цитоплазматическую мембрану и выходит на ее внешнюю поверхность.
Далее сигнал последовательно передается на первый и второй цитоплазматические белки, включенные в систему индукции ферментов и, наконец, на белок-репрессор, уже непосредственно регулирующий экспрессию именно гена беталактамазы.
В результате репрессор перестает подавлять экспрессию этого гена. Соответственно, начинаются его экспрессия и синтез молекул информационной РНК, ко