Хемоинформационное исследование спирамицина в сравнении с другими антибиотиками

ВВЕДЕНИЕ / INTRODUCTION

Клиническая практика указывает на широкое распространение бактериальных штаммов с лекарственной устойчивостью. Например, не менее 40% штаммов патогена Streptococcus pneumoniae (вызывает внебольничные пневмонии, бактериемии, менингит, отиты, синуситы) в европейских популяциях характеризуются резистентностью к β-лактамам и макролидам [1]. В Китае и Японии резистентность S. pneumoniae к эритромицину распространена среди 94% штаммов [2], а в северном Китае более 99% штаммов S. pneumoniae резистентны одновременно к макролидам, линкозамидам и стрептограминам [3]. Среди россиян резистентность S. pneumoniae к эритромицину найдена для 24% штаммов, к кларитромицину – для 29%, к азитромицину – для 31% [4].

В условиях широкого распространения резистентности к антибиотикам среди бактериальных патогенов становится особенно важен поиск стратегий для эффективной и безопасной антибиотикотерапии. Одной из таких стратегий является использование антибиотиков, которые не так часто применялись в предыдущие десятилетия в той или иной популяции, поэтому резистентность к ним не имеет массового характера.

Cпирамицин – природный антибиотик из группы макролидов (с 16-членным макроциклическим лактонным кольцом). Как известно, макролиды имеют весьма высокий уровень безопасности и в целом хорошо переносятся пациентами различного возраста. Спектр антимикробной активности макролидов включает преимущественно грамположительные возбудители и ряд грамотрицательных бактерий [5]. Исходно спирамицин был обнаружен в продуктах жизнедеятельности Streptomyces ambofaciens и поэтому считается антибиотиком природного происхождения. Он по-прежнему характеризуется минимальным уровнем потребления в России [6].

Спирамицин проявляет бактериостатическое и бактерицидное действие, взаимодействуя с активным центром пептидилтрансферазы рибосом, формируя остановку синтеза белков бактериями, в т.ч. среди штаммов с устойчивостью к пенициллину. Бактерицидный/бактериостатический эффект спирамицина, как и других макролидов, дозозависим (дозы более 3 млн МЕ соответствуют преимущественно бактерицидному действию) [7]. Установлен весьма умеренный профиль побочных эффектов спирамицина – тошнота, диарея, повышение активности трансаминаз (редко), в то время как воздействие на показатели электрокардиограммы и свертывание крови практически не встречается.

Спирамицин продемонстрировал высокую активность против Staphylococcus aureus, коагулазоотрицательных стафилококков, β-гемолитических стрептококков, пневмококков, Haemophilus influenzae, ряда патогенов Neisseria, Bordetella, Corynebacterium, E. сoli, риккетсий, легионелл, хламидий, микоплазм, токсоплазм и др., а среди грамотрицательных микроорганизмов – против Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa. В клинических исследованиях показана эффективность спирамицина для эрадикации H. рylori, при инфекциях дыхательных путей, инфекциях C. pneumoniae, C. trachomatis и токсоплазмозе беременных. Важно отметить, что при концентрации спирамицина в среде питания бактерий более 30 мкг/мл (что соответствует приему взрослым человеком порядка 150 мг спирамицина, т.е. около 600 тыс. МЕ) он тормозит формирование биопленок в 2 раза и более [6].

Для спирамицина характерны плейотропные эффекты, не связанные собственно с антибактериальным действием: противовирусный (против вируса гриппа H1N1, энтеровируса A71, коксакивируса A16), регенераторный (клетки печени, селезенки и головного мозга), противовоспалительный (снижение секреции макрофагами интерлейкинов ИЛ-6 и ИЛ-1β, индуцибельной синтазы оксида азота, ядерного фактора каппа В (англ. nuclear factor kappa B, NF-κB), митоген-активируемых протеинкиназ (англ. mitogen-activated protein kinase, MAPK), молекул адгезии на нейтрофилах и эндотелиоцитах), иммуномодулирующий, антипролиферативный [7].

Другие макролиды, в отличие от спирамицина, имеют более выраженные побочные эффекты, включающие не только негативное воздействие на желудочно-кишечный тракт (снижение аппетита, изжога, тошнота, рвота, метеоризм, диарея), но и аллергические реакции, а также последствия негативного влияния на ионные каналы, поддерживающие обмен минералов и электрический потенциал клетки.

Например, для джозамицина характерны аллергические реакции (крапивница), нарушения функции печени (повышение уровней аспартатаминотрансферазы, аланинаминотрансферазы, холестатический гепатит), псевдомембранозный энтероколит, гиповитаминозы и дисмикроэлементозы, снижение слуха, отеки.

Для азитромицина (15-членный макролид) наиболее частыми побочными эффектами являются диарея (5%), тошнота (3%), боли в животе (3%), нервозность, кожные реакции, холестаз, аномальные изменения в электрической активности сердца (удлинение интервала Q–T на фоне гипокалиемии и гипомагнеземии), наращивание избыточной массы тела.

Для кларитромицина (14-членный макролид) характерны побочные эффекты со стороны нервной системы (головная боль, головокружение, тревожность, страх, бессонница, редко – дезориентация, галлюцинации, спутанность сознания, шум в ушах, дисгевзия), дисфункция печени (повышение трансаминаз, холестатический гепатит), нарушения системы гемостаза (тромбоцитопения и кровотечения).

Считаем важным отметить, что в одном из последних руководств по инфекциям нижних дыхательных путей эксперты Европейского респираторного общества (англ. European Respiratory Society, ERS) рекомендуют добавление именно макролидов, а не респираторных фторхинолонов к β-лактамным антибиотикам для эмпирической терапии [8].

Антибиотики других групп могут проявлять еще более выраженные побочные эффекты. Необходимо помнить, что, несмотря на микробиологическую эффективность фторхинолонов, их применение ограничено второй линией терапии вследствие неблагоприятного профиля безопасности. В частности, моксифлоксацин (фторхинолон ІV поколения), имея широкий спектр антибактериальной активности, характеризуется при этом многочисленными побочными эффектами, обусловленными, прежде всего, негативным воздействием на минеральный обмен организма (нарушение активности белков-транспортеров ионов К⁺/Na⁺⁺/Ca²⁺, усиленное выведение ионов Mg²⁺). Побочные эффекты моксифлоксацина включают не только обычные диарею, головокружение и головную боль, но и обострение миастении и даже спонтанные разрывы сухожилий, повреждение нервов, тахикардию, повышение артериального давления, усиление сердцебиения, боль в груди, удлинение интервала Q–T. Многие из этих эффектов очевидным образом связаны с потерями магния [9]. Между ионами магния и определенными антибиотиками (прежде всего, аминогликозидами и фторхинолонами) существуют антагонистические взаимодействия: антибиотикотерапия вызывает выраженную гипомагнеземию, что обусловливает необходимость назначения препаратов магния [6].

Таким образом, спирамицин является перспективным антибиотиком для широкого применения в амбулаторной клинической практике, характеризующимся умеренным профилем побочных эффектов и хорошей эффективностью против широкого круга бактериальных внутриклеточных патогенов. Перед проведением обширных экспериментальных и клинических исследований представляется перспективным оценить антибиотические эффекты спирамицина в сравнении с другими антибиотиками.

Информационные технологии хемомикробиомного и фармакоинформационного анализа, разработанные в научной школе академика РАН Ю.И. Журавлёва, позволяют определять свойства различных молекул по сотням и даже тысячам показателей и сравнивать исследуемые молекулы между собой. Посредством хемомикробиомных скринингов препаратов, проводимых на основе современных информационных технологий анализа больших данных, можно оценивать эффекты веществ на различные типы бактерий-комменсалов в желудочно-кишечном тракте человека и на различные штаммы болезнетворных бактерий [10][11].

Цель – хемоинформационное исследование спирамицина в сравнении с другими макролидами (джозамицином, азитромицином, кларитромицином) и респираторным фторхинолоном (моксифлоксацином).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ / MATERIAL AND METHODS

Исследованные молекулы / The studied molecules

Проведено хемоинформационное исследование для оценки эффектов спирамицина, джозамицина, азитромицина, кларитромицина и моксифлоксацина. Химические структуры изученных молекул приведены на рисунке 1.

Методы анализа / Methods for analysis

Хемомикробиомный анализ [10] основан на хемоинформационном подходе и теории анализа размеченных графов [12], теории метрического анализа данных, комбинаторной теории разрешимости [13], топологической теории анализа плохо формализованных задач [14] и новейших методов прогнозирования значений числовых переменных [15][16].

Для каждой из исследованных молекул были получены оценки значений площади под кривой роста для репрезентативной выборки микробиоты человека, включившей 152 болезнетворные бактерии, которые более подробно описаны в работах [10–12]. Для всех молекул, представленных на рисунке 1, выполнены:

– определение значений минимальных ингибирующих концентраций (англ. minimum inhibitory concentration, MIC) на основании информации в базах данных Human Microbiome Project [17], iHMP [18], PubChem [19];

– оценка свойств антибиотиков (по данным AntibioticDB [20]);

– хемогеномное [21] исследование (оценка механизмов действия и формирования резистентности);

– фармакоинформационное исследование (оценка антимикронутриентных свойств антибиотиков);

– хемомикробиомный анализ (оценки воздействия молекул на штаммы различных бактериальных патогенов);

– анализ механизмов действия антибиотиков (по алгоритмам, полученным по базе данных AntibioticsDB);

– хемогеномный анализ (воздействие исследованных молекул на библиотеку мутантов E. coli с целью формулировки механизмов действия и резистентности);

– анализ антивитаминных и антимикроэлементных свойств антибиотиков.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ / RESULTS AND DISCUSSION

Хемомикробиомный анализ / Chemomicrobiomic analysis

Хемомикробиомный анализ эффектов изученных антибиотиков на различные штаммы ряда представителей патогенной флоры (табл. 1) показал, что антибактериальное действие спирамицина не уступает антибиотикам сравнения. Среднее значение констант ингибирования MIC составило 9,8 мкг/мл, что сопоставимо с эффектами азитромицина (9,5 мкг/мл), кларитромицина (9,8 мкг/мл), джозамицина (11 мкг/мл) и существенно эффективнее по сравнению с фторхинолоном моксифлоксацином (45,4 мкг/мл). В ряде случаев спирамицин показал наилучшее антибактериальное действие – например, для Haemophilus influenza (2,7 мкг/мл; остальные молекулы: 2,9–21,4 мкг/мл) и для метициллинорезистентного штамма Staphylococcus aureus MRSA (3,7 мкг/мл; остальные молекулы: 4,1–19,4 мкг/мл).

Более детальный анализ показал, что антибактериальные эффекты спирамицина в существенной степени зависят от конкретных штаммов исследованных патогенов. Рассмотрим эти отличия на примерах профилей штамм-специфического действия рассматриваемых веществ против Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes (рис. 2).

В случае Klebsiella pneumoniae (патоген, вызывающий внутрибольничные инфекции, включая пневмонию, сепсис, инфекции мочевыводящих путей, бактериемию, менингит, абсцессы в печени, особенно при иммунодефицитах) спирамицин был наиболее эффективен против штаммов «09-8» (15 мкг/мл; остальные молекулы: 30–35 мкг/мл) и «13882» (2,4 мкг/мл; остальные: 2,4–19 мкг/мл). Против всех остальных штаммов эффективность спирамицина была сопоставима с эффективностью других исследованных антибиотиков.

Для Staphylococcus aureus (внутрибольничные инфекции, кожные инфекции – прыщи, целлюлит, карбункулы, пневмония, менингит, эндокардит, бактериемия, сепсис) спирамицин более эффективно, чем остальные молекулы, ингибировал штаммы «1095» (15 мкг/мл; остальные: 15–25 мкг/мл), «45» (10 мкг/мл; остальные: 12–30 мкг/мл), «6538/P» (17 мкг/мл; остальные: 25–29 мкг/мл), «A15090» (2,5 мкг/мл; остальные: 5–12 мкг/мл).

Для патогена Streptococcus pneumoniae (возбудитель внебольничной пневмонии, менингита, среднего отита, синусита, эндокардита, септического артрита, перитонита) спирамицин был наиболее эффективен против штаммов «1055» (9,87 мкг/мл; остальные: 15–19 мкг/мл), «2686» (2,36 мкг/мл; остальные: 2,36–4,8 мкг/мл), «A 9585» (0,10 мкг/мл; остальные: 0,3–10,5 мкг/мл), «ATCC 13883» (1,61 мкг/мл; остальные: 2–23 мкг/мл).

Механизмы действия исследованных антибиотиков / Mechanisms of action of studied antibiotics

Результаты хемореактомного моделирования исследованных антибиотиков на основе базы данных AntibioticDB показали, что различия между молекулами связаны, в первую очередь, с механизмами действия на бактериальные патогены (рис. 3а).

Характерными особенностями действия спирамицина были ингибирование синтеза белка посредством воздействия на рибосомы (субъединицы 50S) с возможными ингибированием бактериальной топоизомеразы, синтеза ДНК и антимембранной активностью, в т.ч. посредством ионофорных механизмов (т.е. через усиление транспорта ионов через клеточные мембраны патогена). Различий в бактериостатическом действии изученных молекул не обнаружено. Спирамицин может использоваться как антибиотик-адъювант при пневмониях, он потенциально эффективен против мультирезистентных штаммов, ванкомицинорезистентных энтерококков и ряда других бактериальных патогенов: Corynebacterium diphtheriae, Haemophilus influenzae, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes (рис. 3b).

Генетическая природа антибиотикорезистентности бактерий / Genetic nature of bacterial antibiotic resistance

Приведенную выше характеристику антибиотиков с точки зрения патогенов и механизмов действия целесообразно дополнить данными о возможных механизмах формирования резистентности к каждому из них. Общеизвестно, что наличие антибиотикорезистентности у тех или иных штаммов патогенных бактерий обычно связывают с наличием отдельных генов устойчивости к антибиотикам (ГУА). Действительно, патогенные бактерии могут приобретать ряд ГУА посредством обмена плазмидами (кольцеобразными фрагментами негеномной ДНК), чему сопутствует выраженная резистентность к тетрациклинам (гены TET), сульфаниламидам (гены SUL), β-лактамам (гены BLA), макролидам (гены ERM), аминогликозидам (гены AAC), фторхинолонам (гены FCA, GYR), ванкомицину (гены VAN), а также мультилекарственная резистентность (гены MDR) [22]. Переносу ГУА способствует и перегрузка среды токсичными микроэлементами (так называемыми тяжелыми металлами) [23].

Однако помимо антибиотикорезистентности, приобретаемой посредством генов на плазмидах, существует еще и внутренняя, фенотипическая устойчивость бактерий к определенному антибиотику, обусловленная присущими данной бактерии структурными и/или функциональными свойствами. Такая устойчивость бактерий к лекарственным препаратам может быть врожденной, возникать вследствие мутаций или приобретаться через бактериальную рекомбинацию – перенос геномной (неплазмидной) ДНК из одних бактерий в другие. В частности, внутри биопленок существует огромное количество внеклеточной ДНК, которая может распространяться между бактериями в биопленке [24]. Молекулярные механизмы формирования такой резистентности существенно различаются.

Во-первых, внутриклеточная концентрация антибиотиков снижается из-за улучшенного оттока антибиотиков. Некоторые антибиотики могут быть эффективно устранены из бактериальной клетки посредством механизмов оттока ксенобиотиков (конечно, после того, как они проникли в клетки через пориновые белки в мембране). Другие антибиотики могут даже не проникать через пориновые белки определенных бактериальных штаммов. Экспрессия бактериальных систем лекарственного оттока обычно контролируется транскрипционными регуляторами, которые ингибируют или активируют транскрипцию. Например, сниженная экспрессия белков-поринов в Pseudomonas spp. и Acinetobacter spp. способствует поддержанию устойчивости этих бактерий к карбапенему и цефалоспоринам [25].

Во-вторых, антибиотики внутри бактерий могут инактивироваться посредством химических модификаций [26][27]. Ферментативно катализируемые реакции модификации антибиотиков (гидролиз, модификация β-лактамазами, ацетилтрансферазами, фосфотрансферазами, нуклеотидилтрансферазами и др.) являются основными механизмами антибиотикорезистентности.

В-третьих, большинство антибиотиков действуют, связываясь с целевым белком с высоким сродством и специфичностью, тем самым подавляя нормальную активность и функцию таргетного белка. Таргетные белки антибиотиков в бактериях могут модифицироваться в результате мутаций генома или же посттрансляционных модификаций целевого белка, сложным образом зависящих от состояния среды, окружающей бактериальную клетку. Важно отметить, что такие изменения в структуре целевого белка могут эффективно предотвращать связывание им антибиотиков, не влияя на внутриклеточную функцию этого таргетного белка [26].

В-четвертых, существуют малоизученные и недостаточно понимаемые механизмы антибиотикорезистентности. Например, известен механизм, посредством которого белки аденозинтрифосфатаз (АТФаз) типа «ABC» участвуют в резистентности к многочисленным клинически важным классам антибиотиков, поддерживая рибосомальную резистентность [28].

Хемогеномный анализ спирамицина и молекул сравнения на модели E. coli / Chemogenomic analysis of spiramycin and comparison molecules on E. coli model

Представленные выше результаты хемомикробиомного анализа указывают на различия в эффектах исследованных молекул антибиотиков на штаммы ряда бактериальных патогенов. Оценить различия в возможных механизмах молекулярного действия антибиотиков возможно с использованием хемогеномного анализа, в ходе которого оцениваются эффекты исследуемых молекул на мутантные штаммы бактерий (так называемые одногенные делеции). С целью определения механизмов резистентности рассматриваемых антибиотиков проведен хемогеномный анализ E. coli, в результате которого получены оценки воздействия исследованных молекул на библиотеку одногенных мутантов E. coli.

Хемогеномный анализ позволяет получить количественные оценки воздействия антибиотиков на мутантные формы бактерий (в т.ч. и те, которые проявляют резистентность или, наоборот, повышенную чувствительность к антибиотикам). Для этого вычисляются оценки эффектов исследуемых молекул на обширной библиотеке одногенных мутантов одной и той же бактерии. В настоящее время такая библиотека имеется только для грамотрицательной бактерии E. coli: в базе данных ACDB¹ [29] представлены результаты измерения эффектов более 80 молекул на жизнеспособность 3950 одногенных мутантов E. coli (что соответствует ингибированию 3950 из 4531 известного гена бактерии), полученные в рамках обширного хемогеномного эксперимента [21].

Для заданной молекулы антибиотика и его концентрации хемогеномный анализ позволяет получить профиль воздействия молекулы на интенсивность роста мутантных бактерий из исследуемой библиотеки мутантов. Компонентами этого профиля (3950-мерный вектор в случае анализируемой библиотеки мутантов E. coli) являются числа от –10 до +10, количественно характеризующие интенсивность роста колонии бактерий в условных единицах: положительные числа указывают на повышение интенсивности роста, а отрицательные – на ингибирование роста соответствующих мутантов.

Анализ корреляций между этими хемогеномными профилями (табл. 2) продемонстрировал выраженную схожесть хемогеномных эффектов трех из пяти исследованных молекул. Так, значения попарных коэффициентов корреляции для джозамицина, азитромицина, кларитромицина лежали в диапазоне 0,49–0,64, что указывает на высокую схожесть хемогеномных эффектов этих трех молекул. В то же время хемогеномные эффекты спирамицина и моксифлоксацина существенно отличались (абсолютные значения коэффициентов корреляции составили <0,3).

Анализ дозозависимых эффектов каждого из антибиотиков на каждый из 3950 мутантов проводился для «низкой», «средней» и «высокой» концентраций. Абсолютные значения этих концентраций отличаются для индивидуальных молекул: например, для амоксициллина они составляют 0,25, 0,5 и 1 мкг/мл, а для ампициллина – 1, 4 и 8 мкг/мл [21].

При оценке дозозависимости эффектов молекулы может быть найдена отрицательная дозозависимость (возрастание концентрации антибиотика сильнее снижает рост бактерий-мутантов) или положительная (неотрицательная) дозозависимость (возрастание концентрации антибиотика не ингибирует рост бактерий-мутантов). Отрицательная дозозависимость соответствует повышению чувствительности бактерии к антибиотику при делеции гена и указывает на механизмы резистентности к антибиотику. Положительная дозозависимость указывает на то, что при делеции того или иного гена эффект антибиотика существенно ослабляется, что означает участие данного гена в реализации молекулярных эффектов этого антибиотика.

Отрицательная дозозависимость для спирамицина (соответствующая механизмам резистентности) наблюдалась для мутантов E. coli, полученных при делециях отдельных генов из функциональных групп «сборка наружной мембраны грамотрицательных бактерий», «комплекс белков Bam» (фолдинг и вставка β-бочкообразных белков-поринов во внешнюю мембрану грамотрицательных бактерий), «транспорт сорбитола», «активность трансмембранного транспортера L-лейцина», «активность цитохрома bo3 убихинолоксидазы» и др. (рис. 4а). Иначе говоря, активность генов в этих группах противодействует антибиотическому действию спирамицина. Штаммы, в которых эти гены менее активны, будут более восприимчивы к воздействию спирамицина.

Положительная дозозависимость для спирамицина наблюдалась у одногенных мутантов E. coli, полученных при делециях генов из следующих функциональных групп: «биосинтез пуриновых нуклеотидов», «комплекс транспортера АТФ-связывающей кассеты ABC», «метаболизм соединений серы», «активность АТФазы», «бактериальный жгутикосекреторный аппарат», «система III секреции белка», «сборка бактериальных жгутиков» и др. Другими словами, гены из этих функциональных групп участвуют в механизмах реализации антибиотических (как бактериостатических, так и бактерицидных) эффектов спирамицина (рис. 4b). Штаммы, в которых активность этих генов снижена, будут менее восприимчивы к спирамицину.

В случае моксифлоксацина очевидны существенные отличия в списках генов с отрицательной и положительной дозозависимостью. Одногенные мутанты E. coli, показавшие отрицательную дозозависимость для моксифлоксацина, отражают возможные механизмы врожденной резистентности к этому антибиотику. Эти гены относятся к функциональным группам «активность ДНК-хеликазы», «транспорт органического фосфоната», «окисление формиата», «протеин-фосфоцистеин фосфотрансфераза», «катаболизм глюкозы» и др. Отрицательная дозозависимость по отношению к моксифлоксацину одногенных мутантов E. coli, сформированных делециями генов из вышеперечисленных функциональных групп, указывает на то, что бактериальные штаммы, в которых эти гены менее активны, будут более восприимчивы к воздействию моксифлоксацина.

Одногенные мутанты E. coli с положительной дозозависимостью, характеризующие дополнительные механизмы антибиотического действия моксифлоксацина, были получены при делециях генов, вовлеченных в биосинтез пуриновых нуклеотидов, секрецию жгутиков бактериального типа, метаболизм серных соединений, биосинтез жирных кислот, метаболизм глутамина, путресцина, инозинфосфата (рис. 5). Положительная дозозависимость одногенных мутантов на основе генов из вышеперечисленных функциональных групп указывает на то, что штаммы, в которых активность этих генов снижена, будут менее восприимчивы к моксифлоксацину.

Для кларитромицина (как и джозамицина, азитромицина, принимая во внимание схожесть их хемогеномных профилей – см. табл. 2) отрицательная дозозависимость (наличие которой отражает механизмы антибиотикорезистентности) установлена для одногенных мутантов E. coli, полученных в результате делеций генов из функциональных групп «вставка белка в мембрану», «активность изомеразы протеина дисульфида», «транспорт бактериоцина», «комплекс белка Bam», «транспорт кобаламина», «биосинтез жирных кислот», «метаболизм глутамина». Иначе говоря, отрицательная дозозависимость генов этих групп указывает на то, что бактериальные штаммы, в которых данные гены менее активны, будут более восприимчивы к воздействию кларитромицина.

Положительная дозозависимость одногенных мутантов E. coli (которая отражает механизмы действия кларитромицина) связана с генами, белки которых участвуют в функционировании протонотранспортирующей АТФ-синтазы, импорте железа в клетку, секреции жгутиков бактерий, биосинтезе убихинона и транскрипции РНК-полимеразы. Иначе говоря, положительная дозозависимость с практической точки зрения указывает штаммы, которые будут менее восприимчивы к кларитромицину вследствие сниженной активности генов из этих функциональных групп (рис. 6).

Воздействие антибиотиков на обмен микронутриентов / The effect of antibiotics on micronutrient metabolism

Различные фармацевтические препараты, в особенности антибиотики, зачастую проявляют побочное действие через отрицательное влияние на обмен витаминов и микроэлементов, стимулируя усиленные потери эссенциальных микронутриентов организмом. Практически все микронутриенты в той или иной форме участвуют в поддержке антибактериального и противовирусного иммунитета, проявляют выраженные противовоспалительные и антиоксидантные свойства [30]. Поэтому анализ свойств лекарств с точки зрения профилей антимикронутриентного воздействия имеет большое значение для оценки безопасности исследуемых соединений. Проведенный анализ указал на существенные различия изученных молекул антибиотиков по данному параметру.

Наиболее выраженным антимикронутриентным действием характеризовались моксифлоксацин и кларитромицин, которые могут стимулировать выведение витаминов группы В (В1, В2, В6), витаминов С, D и K (рис. 7а), лития, магния, цинка, железа, калия (рис. 7b). В то же время спирамицин продемонстрировал наилучший профиль безопасности с этой точки зрения: суммарный балл антивитаминного действия составил всего 0,90±0,08, антиминеральных эффектов – 0,66±0,07 (рис. 7с). Суммарный балл для спирамицина по витаминам и микроэлементам составил 1,56, что соответствует в среднем увеличению риска выведения того или иного микронутриента всего на 7%. Очевидно, что для других антибиотиков суммарные баллы антимикронутриентного действия существенно выше (от 3,6 для джозамицина до 7,3 для моксифлоксацина).

Таким образом, спирамицин характеризуется наиболее благоприятным профилем воздействия на гомеостаз микронутриентов. Важно отметить, что минимальный отрицательный эффект спирамицина на обмен магния полностью соответствует тому, что препараты на его основе практически не влияют на длительность интервала Q–T на электрокардиограмме.

Спирамицин в составе препарата Дорамитцин ВМ / Spiramycin in Doramitcin WM composition

В России зарегистрировано несколько препаратов спирамицина, в т.ч. Дорамитцин ВМ (World Medicine, Турция) (код анатомо-терапевтическо-химической классификации J01FA02), который послужил предметом хемоинформационного исследования.

Спирамицин применяется для лечения инфекций верхних и нижних дыхательных путей, острых риносинуситов, отитов, тонзиллофарингитов, негонококкового уретрита, бактериального простатита, хламидиоза, токсоплазмоза, инфекций кожи и мягких тканей (пиодермия, рожа, фурункулы, импетиго), стоматита, периодонтита, гингивита, а также является препаратом выбора при аллергии к β-лактамам.

В 2024 г. Межрегиональная ассоциация по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии протестировала in vitro активность фармацевтической субстанции спирамицина, из которой производится Дорамитцин ВМ. Исследование было проведено на библиотеке из 350 штаммов S. pneumoniae и S. pyogenes от пациентов с внебольничными инфекциями дыхательных путей из 16 городов России. В целом 70,5% штаммов S. pneumoniae и 94,7% штаммов S. pyogenes были чувствительны к спирамицину. При этом 25–36% штаммов S. pneumoniae и 69,6–97,3% изолятов S. pyogenes, устойчивых к 14- и 15-членным макролидам (эритромицину, кларитромицину, азитромицину), сохраняли чувствительность к спирамицину².

In vitro анализ 350 клинических изолятов от пациентов с внебольничными инфекциями дыхательных путей (200 – S. рneumoniae, 150 – S. рyogenes) оценил активность макролидных антибиотиков. Резистентными к 14- и 15-членным макролидам эритромицину, кларитромицину, азитромицину были 41,5%, 42% и 40,5% изолятов S. pneumoniae. Как чувствительные к спирамицину оценены 70,5% изолятов S. pneumoniae. Среди исследованных изолятов S. pyogenes резистентными к 14- и 15-членным макролидам эритромицину, кларитромицину, азитромицину были 19,3%, 22% и 26,7%, а как чувствительные к спирамицину могут быть расценены 94,7%. Таким образом, 16-членный макролид спирамицин может сохранять in vitro активность в отношении существенной доли изолятов S. pneumoniae и S. pyogenes [31].

В проспективном исследовании с участием 50 пациентов 28–59 лет с инфекциями нижних дыхательных путей (20 (40%) с пневмонией, 10 (20%) с хронической обструктивной болезнью легких в стадии обострения, 9 (18%) с хроническим бронхитом в стадии обострения, 11 (22%) с острым бронхитом) оценены эффекты применения спирамицина в дозе 3 млн МЕ 3 раза в сутки в течение 10 сут на фоне базовой терапии (бронходилататоры короткого действия, мукоактивные средства). Использование спирамицина привело к клиническому, лабораторному и рентгенологическому улучшению у всех больных независимо от нозологии. В результате терапии у всех пациентов отмечена нормализация температуры тела, уменьшилось число больных с кашлем, гнойным характером мокроты, одышкой. Среди объективных показателей констатировали исчезновение хрипов в легких, снижение уровня С-реактивного белка и достижение нормальных показателей лейкоцитов периферической крови. У пациентов с пневмонией удалось достигнуть уменьшения/редукции инфильтративно-очаговых изменений в легких. Нежелательных явлений не зарегистрировано [32].

Результаты проспективного когортного исследования 246 новорожденных с риском врожденного токсоплазмоза, проведенного в Бразилии с октября 2003 г. по октябрь 2011 г., показали эффективность лечения матерей спирамицином. Благоприятный профиль безопасности позволяет назначать препарат беременным с I триместра. При применении спирамицина во время беременности в I триместре отмечено уменьшение риска передачи токсоплазмоза плоду с 25% до 8%, а при использовании антибиотика во II триместре – снижение риска с 65% до 44% [33]. В целом по данным многолетних наблюдений при применении препарата Дорамитцин ВМ в преконцепции и во время беременности не отмечено тератогенных или фетотоксических нежелательных эффектов³.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ / CONCLUSION

Хемоинформационное исследование спирамицина, природного антибиотика из группы 16-членных макролидов, проводилось в сравнении с моксифлоксацином, джозамицином, азитромицином и кларитромицином. Анализ подтвердил, что основное действие спирамицина и других макролидов осуществляется посредством ингибирования рибосомального синтеза белка. Отличительными особенностями дополнительных механизмов действия спирамицина являются возможное ингибирование бактериальной топоизомеразы, синтеза ДНК и дестабилизации мембран, в т.ч. через ионофорные механизмы.

Хемогеномный анализ эффектов спирамицина на библиотеке мутантов E. coli позволил детализировать потенциальные механизмы антибактериального действия спирамицина. К этим механизмам осуществления бактериостатического и бактерицидного (в зависимости от дозы) эффектов спирамицина относятся ингибирование биосинтеза пуриновых нуклеотидов, активности транспортных белков (комплекс транспортера АТФ-связывающей кассеты ABC), угнетение энергетического метаболизма (снижение активности АТФазы и метаболизма серосодержащих соединений), а также торможение процессов сборки бактериальных жгутиков. Потенциальные механизмы резистентности к спирамицину включают активности белков из функциональных групп «сборка наружной мембраны грамотрицательных бактерий», «транспорт сорбитола», «трансмембранный транспортер L-лейцина».

Анализ корреляций между хемогеномными профилями указал на выраженную схожесть эффектов трех из пяти исследованных молекул (джозамицина, азитромицина, кларитромицина) при существенном отличии действия спирамицина от свойств других изученных макролидов.

Спирамицин характеризовался наилучшим профилем безопасности среди исследованных антибиотиков с точки зрения антимикронутриентных эффектов. Принимая во внимание весьма умеренные антивитаминные и антиминеральные показатели (в частности, минимальное воздействие на обмен магния), у спирамицина очевидным образом отсутствуют такие серьезные побочные эффекты, обычно ассоциируемые с влиянием макролидов и фторхинолонов на К⁺/Ca⁺⁺ и Na⁺-каналы, поддерживающие электрический потенциал клеток, как артериальная гипотония, удлинение интервала Q–T по данным электрокардиографии (ассоциировано с гипомагнеземией), развитие пароксизмальной желудочковой тахикардии (связана с гипокалиемией, гипомагнеземией), гепатотоксичности (характерна для азитромицина, кларитромицина, эритромицина), прокинетических болей при приеме препарата и диареи (характерна для эритромицина).

Существенное отличие хемогеномных, хемомикробиомных и фармакоинформационных профилей спирамицина от остальных антибиотиков (в т.ч. других макролидов) в сочетании с плейотропными эффектами данной молекулы (противовирусный, противоопухолевый, снижение избыточной массы тела) позволяет предполагать низкую популяционную резистентность к данному препарату.