Российские эпидемические штаммы возбудителя туберкулеза приобретают устойчивость к бедаквилину

Появление и распространение штаммов Mycobacterium tuberculosis с множественной или широкой лекарственной устойчивостью (МЛУ/ШЛУ)  требует разработки новых противотуберкулезных препаратов. Однако практическое использование в лечении таких препаратов влечет за собой проблемы. Новые антибиотики достаточно дорогие, имеют побочные эффекты, результат зависит от того, насколько строго пациент соблюдает схему лечения. Кроме того, длительный курс лечения дает патогену достаточно времени для адаптации.

Молекулярный анализ изолятов возбудителя, последовательно выделенных от пациента в процессе длительного лечения, позволяет выявить особенности такой адаптации. Исследователи из Санкт-Петербурга и Калининграда под руководством Анны Вязовой (НИИЭМ имени Пастера) проанализировали развитие устойчивости M. tuberculosis к антибиотику нового поколения — бедаквилину с помощью полногеномного секвенирования изолятов, выделенных от больных в процессе лечения. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ №19-15-00028. Это исследование особенно интересно, поскольку новые антибиотики из-за высокой цены относительно редко назначают больным, даже в странах с высоким бременем МЛУ/ШЛУ-ТБ, таких как Россия.

Изучались клинические штаммы, выделенные от пациентов Калининградского областного противотуберкулезного диспансера, получавших бедаквилин в составе курса химиотерапии. Сорок три изолята M. tuberculosis были выделены от 11 пациентов. Полногеномное секвенирование провели на платформах MiSeq или NextSeq 500 (Illumina). Полученные короткие прочтения длиной 150-250 пн. были выровнены на полный геном эталонного штамма H37Rv (NC_00962.3).

Все изоляты были отнесены к генотипу Beijing и его субтипам B0/W148 («российский успешный клон») или Central Asia Outbreak (CAO). Первый генотип определяют как эпидемический в России, второй — в Средней Азии. Исследователи идентифицировали десять мутаций в генах устойчивости к бедаквилину у 6 из 11 пациентов, причем большинство мутаций ранее описаны не были.

Известно, что мутации в гене atpE предотвращают взаимодействие бедаквилина с его мишенью, АТФ-синтазой, а мутации в репрессоре эффлюксной помпы mmpR (Rv0678) приводят к выведению антибиотика из микробной клетки через механизм активного выброса.

У одного пациента мутация Rv0678 достоверно присутствовала до начала лечения, с высокой вероятностью подобная мутация была еще у одного инфицированного. У четырех других мутации в Rv0678 или atpE возникли во время лечения бедаквилином. В большинстве случаев имела место гетерорезистентность, то есть дикий и мутантный аллель в одной и той же позиции присутствовали одновременно, при этом их соотношение менялось во времени. Несколько мутаций в разных позициях в Rv0678 были обнаружены у пациента с множественными эпизодами прерванного лечения. У одного и того же пациента сосуществующие мутации присутствовали в разных ридах, то есть представляли разные субпопуляции одного и того же штамма.

Авторы применили биоинформационный анализ для оценки возможного влияния выявленных мутаций на структуру и функцию белка. Например, мутации со сдвигом рамки в Rv0678 значительно изменяют его аминокислотную последовательность и (или) укорачивают белок, что приводит к потере функции и активному выбросу бедаквилина из микробной клетки. Некоторые, хотя и не все, несинонимичные замены сильно изменяли конформацию белка Rv0678, что вероятно, благоприятствовало выживанию микобактерий. Интересно, что в одном случае даже дупликация двух аминокислот на конформацию белка не повлияла.

Лечение бедаквилином оказалось эффективным только для пациентов, изоляты которых не имели мутаций в генах Rv0678 и atpE. Неудачным лечение было у всех шести больных, изоляты которых имели мутации, но только у одного из пяти без мутаций.

Таким образом, во время длительного лечения может развиться устойчивость M. tuberculosis к бедаквилину, в основном за счет мутаций в Rv0678. Отмечено появление новых мутаций через несколько месяцев после прекращения лечения, о чем сообщалось и в зарубежных работах. По-видимому, это обусловлено очень длительным временем выведения бедаквилина из организма. Устойчивость к данному антибиотику может иметь серьезное негативное влияние на контроль МЛУ/ШЛУ-ТБ в России и странах бывшего Советского Союза, где активно циркулируют такие эпидемические штаммы генотипа Beijing, отмечают авторы.

В России продолжает снижаться заболеваемость туберкулезом: в 2008 году этот показатель на 100 000 населения составлял 85,1, в 2018-м — 41,2 и в 2019-м — 44,4. В то же время растет доля пациентов с МЛУ-ТБ среди пациентов с туберкулезом органов дыхания, выделяющих микобактерии: 13% в 2009-м; 29,3% в 2018-м и 30,1% в 2019-м.

Активное использование бедаквилина в клинической практике требует контроля наличия или отсутствия лекарственной устойчивости, подчеркивает Вячеслав Журавлев, координатор направления «Лабораторная диагностика» Санкт-Петербургского НИИ фтизипульмонологии и один из авторов работы. «В настоящее время определена критическая концентрация как маркер лекарственной резистентности, утвержден лабораторный протокол, но его внедрение в лабораторную практику происходит очень медленно. Сейчас бедаквилин в подавляющем большинстве случаев назначают эмпирически при наличии зарегистрированного факта МЛУ/ШЛУ возбудителя туберкулеза. Очень редко проводится бактериологический контроль развития резистентности на фоне терапии бедаквилином. Актуально создание генетических тест-систем для поиска и идентификации мутаций, ассоциированных с развитием лекарственной устойчивости к бедаквилину», — отмечает Вячеслав Журавлев.