Статья: Тетрациклиновые антибиотики в животноводстве и ветеринарии

Примеры коммерчески доступных тетрациклинов включают хлортетрациклин, окситетрациклин, тетрациклин, доксициклин, миноциклин и тигециклин. Окситетрациклин - классический противомикробный препарат широкого спектра действия, относящийся к тетрациклинам первого поколения, используется в животноводстве для лечения респираторных и желудочно-кишечных заболеваний. Несмотря на его низкую пероральную биодоступность (от 5% до 15%) и относительно высокие значения МИК из-за развития устойчивости к противомикробным препаратам [17], во многих странах мира разрешено вводить его с кормом или водой для лечения системных заболеваний (таблица 1). Его низкая стоимость и ограниченная доступность антибактериальных средств делают безрецептурные препараты часто используемыми во многих странах [37]. Особое беспокойство вызывают некоторые тетрациклины второго и третьего поколения, такие как доксициклин и тигециклин. Доксициклин является полусинтетическим производным тетрациклина. Этот тетрациклин обладает улучшенными липофильными свойствами по сравнению с более старыми тетрациклинами, такими как тетрациклин и окситетрациклин. В качестве соли гиклата доксициклин представлен в виде раствора для инъекций (внутримышечно и внутривенно), водорастворимых или лактодиспергируемых порошков, а также таблеток и капсул (для домашних животных). Данный антимикробный препарат нельзя применять кормящему крупному рогатому скоту и несушкам. В настоящее время доксициклин включен в Регламент Комиссии (ЕС) № 37/2010 от 22 декабря 2009 г. [22]. В последнее время было отмечено, что клиническая эффективность доксициклина может быть объяснена с точки зрения зависимого от времени антибактериального препарата. То есть при концентрациях в сыворотке равных или немного превышающих минимальную ингибирующую концентрацию (МИК), доксициклин подавляет чувствительные микроорганизмы в зависимости от времени. Следовательно, сывороточные концентрации доксициклина должны быть на уровне или выше значений МИК как можно дольше между интервалами введения лекарств (Т > МИК) [15].

Таблица 1. Дозировки тетрациклинов для домашних и сельскохозяйственных животных [10]

Тигециклин представляет собой полусинтетическое производное миноциклина в положении С-9, которое имеет общий механизм действия с более старыми тетрациклинами, но не подвержен влиянию основных механизмов устойчивости к тетрациклину - оттока и рибосомной защиты, обнаруженных у грамположительных видов Staphylococcus, Streptococcus и Enterococcus. Однако низкая биодоступность ограничивает использование тигециклина внутривенной (IV) терапией, а предупреждение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) о повышенной смертности пациентов, получающих тигециклин, препятствует его широкому использованию [61].

В настоящее время в Европейском Союзе нет разрешенных продуктов, содержащих тигециклин, для ветеринарного использования. Однако, согласно правилу каскада (законодательное положение, позволяющее ветеринарному врачу назначать запрещенные лекарства, которые в противном случае не были бы разрешены), тигециклин можно использовать для лечения домашних животных [66], поэтому микроорганизмы с множественной лекарственной устойчивостью у собак, кошек и лошадей обнаруживаются все чаще. Однако некоторые страны, такие как Финляндия, запретили использование этого антибиотика для животных [9, 28].

Влияние тетрациклинов на микрофлору организма.

Образ жизни и метаболизм хозяина формируют состав сообщества и функциональность кишечной флоры [56]. В частности, попадание в организм человека множества мелких молекул, чужеродных для организма, включая химические вещества из окружающей среды и фармацевтические препараты, может напрямую изменить состав и функциональность местных генов, индуцирующих микробиом кишечника, которые являются ответственными за метаболизм лекарств, резистентность к ним и реакцию на стресс [70]. Среди них антибиотики имеют большое влияние на микробиом кишечника человека, поскольку они могут нарушить его состав и изменить протекание метаболических реакций [32].

Использование антибиотиков достигло огромных масштабов во всем мире, хотя оно не является постоянным по географическим регионам и странам [47]. Однако мало внимания уделяется потенциальному эффекту субтерапевтических доз, которые могут достигать людей [55]. Основываясь на этом вопросе, Temak G. (2005) был первым, кто предположил, что воздействие низких доз антибиотиков на человека может способствовать увеличению веса человека [63]. С 1940-х годов фермеры добавляли низкие дозы антибиотиков в корм или воду домашнего скота, чтобы способствовать росту сельскохозяйственных животных [47]. Помимо животноводства источниками попадания противомикробных агентов в окружающую среду являются аквакультура, растениеводство, выброшенные лекарства с истекшим сроком годности, сточные воды больниц и другие сферы деятельности человека. Таким образом, существует достаточно доказательств того, что антибиотики могут попадать в нашу пищевую цепочку из различных источников и люди хронически подвергаются воздействию этих препаратов [54].

До недавнего времени исследования были сосредоточены в основном на генах устойчивости к антибиотикам и их распространении среди резистентных к лекарствам патогенов. Теперь больше внимания уделяется генам устойчивости к антибиотикам у кишечных комменсальных бактериях человека и животных: кишечной микробиоте [15].

Тетрациклин - широко используемый антибиотик в терапевтических целях для человека и в ветеринарии. По оценкам, его биодоступность составляет примерно 77-88%, а высокий уровень остатков был обнаружен в фекалиях человека [5]. Сообщалось о до 242 мкг/кг тетрациклиновых в домашней птице и молочных продуктах и до 20 нг/л и 158 мкг/л в поверхностных водах и сточных водах соответственно [34]. Таким образом, существует несколько возможных способов проникновения тетрациклина в желудочно-кишечный тракт человека.

Распространенность устойчивости к тетрациклину у людей в отдельных европейских странах была обнаружена на уровне 66,9% для Escherichia coli и видов Klebsiella, продуцирующих Я-лактамазу расширенного спектра (ESBL), и 44,9% для видов Klebsiella (spp.) соответственно [34]. Общий процент резистентности к тетрациклину составлял 8,7% и 24,3% для метициллин-устойчивого Staphylococcus aureus (MRSA) и Streptococcus pneumoniae соответственно [42].

Наряду с развитием молекулярной биологии и технологий секвенирования, фокус исследований генов резистентности к антибиотикам в кишечнике человека постепенно меняется с одиночной изоляции на уровень бактериального сообщества.

Более 40 различных классов генов резистентности к тетрациклину были идентифицированы [36]. Исследование с использованием микроматричного анализа, нацеленного на здоровых добровольцев из шести европейских стран, показало, что tet (M) и tet (W) являются наиболее распространенными типами генов устойчивости к тетрациклину в их оральных и фекальных метагеномах, а также образцах окружающей среды [59].

Tet (M) является наиболее распространенным классом генов, и он обычно обнаруживается на конъюгативных элементах семейства Tn916 [53], тогда как tet (W) имеет второй по величине диапазон хозяев и был обнаружен как у грамположительных, так и у грамотрицательных бактерий [57]. Tet (W) связан с конъюгативными или неконъюгативными элементами, которые могут различаться у разных бактерий [67]. Этот ген размером 1,9 т.п.н. был первоначально идентифицирован в комменсальном анаэробе рубца Butyrivibrio fibrisolvens, где он присутствовал на большом подвижном хромосомном элементе Tn B1230 [41].

Таким образом, возникновение и развитие резервуара генов устойчивости к антимикробным препаратам у бактерий на уровне человеческой популяции во многом связано с применением антибиотиков, в частности тетрациклинов в качестве кормовых добавок в сельскохозяйственном секторе многих развивающихся и высокоразвитых стран мира. Было выявлено, что появление и развитие резистентных к антибиотикам бактерий или генов, присутствующих в кале сельскохозяйственных животных, продуктах животного происхождения и воде, в сочетании с терапией антибиотиками может привести к их приобретению кишечным микробиомом человека [7].

Методы обнаружения тетрациклинов.

Надлежащий мониторинг и оценка применения антибактериальных препаратов в различных сферах человеческой деятельности будут способствовать их использованию в рациональных дозировках. Разумное использование антибиотиков на основе рекомендаций поможет снизить их потребление и остаточные количества, а также предотвратить образование устойчивых к ним патогенных бактерий. Для этих целей необходимо применять достоверные и надежные аналитические методы для сбора точных количественных данных. Значительные успехи в этом направлении были достигнуты за последние несколько лет в отношении обнаружения и количественного определения тетрациклинов, продуктов разложения и метаболитов в кормах и связанных с ними матрицах [28].

Хроматографические методы. Восемь различных тетрациклинов, которые используются в медицине и ветеринарии, могут быть определены с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) в режиме обращенной фазы с различными режимами обнаружения, такими как спектрофотометрия, флуоресценция и масс-спектрометрия [60]. Поскольку УФ-обнаружение имеет относительно низкую чувствительность, а масс-спектрометрия требует дорогостоящих инструментов, методы, использующие флуоресцентное обнаружение, являются предпочтительными из-за их высокой селективности и чувствительности [28].

Капиллярный электрофорез. По сравнению с ВЭЖХ, капиллярный электрофорез (КЭ) использует меньшее количество органических растворителей и увеличивает эффективность разделения. Однако КЭ не применяется в рутинном анализе кормов из-за небольших объемов вводимых проб и, следовательно, низкой чувствительности, присущей этому методу. Несмотря на это ограничение, Hsiao et al. (2001) сообщили о методологии качественного и количественного определения тетрациклина в сельскохозяйственных продуктах на основе КЭ [33]. Кроме того, Miranda J. M. et al. (2009) реализовал метод КЭ с УФ-детектированием для обнаружения тетрациклина, окситетрациклина и доксициклина в мышцах птицы [43]. Эти авторы использовали два разных подхода для очистки образцов с аналогичными результатами, а именно, картридж с обращенной фазой и ионообменную смолу. Аналиты были выделены при 360 нм, менее чем за 12 мин. с пределами обнаружения в пределах от 61ц г кг ^-1 до 89 ц г кг ^-1.

Бактериологические методы. Обычно эти типы анализов заключаются в ингибировании или росте штамма, чувствительного к определенному противомикробному веществу. Такие методы обычно рентабельны, просты в применении и быстро выполнимы. Тем не менее, положительные образцы требуют хроматографического анализа для подтверждения и количественной оценки [28], и они применимы только в том случае, если в образце присутствует один антибиотик, поскольку они не могут различать антибиотики одного класса [6, 31, 64].

Иммунологические методы. R-Biopharm, Bioo Scientific и другие производители, такие как Europroxima, Randox, Abraxis, Cusabio и многие другие разработали иммунологические тесты для скрининга тетрациклинов. Во всех этих методах используются моноклональные антитела, уникальные для тетрациклина, в формате микротитровального планшета, чаще всего на основе реакции ELISA на биотин-авидин. Хотя большинство антител не могут отличить структурно подобных соединений, некоторые наборы способны обнаруживать, как мало, как ц г кг ^-1 из аналитов в нескольких матрицах. Эти тесты достаточно чувствительны, дешевы и быстры, хотя иногда им не хватает специфичности [20]. Эта последняя особенность препятствует их применению в скрининговых кампаниях, поскольку ложноотрицательные результаты по сравнению с ложноположительными не будут подвергаться подтверждающему анализу [28].

Клеточные биосенсоры. Биосенсор можно описать как систему измерения, в которой биологический компонент (т.е. целая клетка) используется в качестве компонента распознавания. Цельноклеточные биосенсоры предоставляют информацию о влиянии стимула на живую систему в отличие от традиционных аналитических систем измерения, в которых определяется количество данного вещества. Что касается применения, некоторые биосенсоры нашли широкое применение в исследованиях пищевых продуктов [28].

В качестве классической схемы используется комбинация промотора индуцируемого гена (например, P_tet) и репортерного гена (например, lux CDABE) на плазмиде, с помощью которой трансформируют исходную родительскую клетку. Подобные бактериальные штаммы демонстрируют ответ на незначительные концентрации тетрациклинов, продуцируя Я-галактозидазу и зеленый флуоресцентный белок (GFP) [31].

Альтернативы тетрациклиновым антибиотикам.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определила устойчивость к антибиотикам как одну из глобальных угроз общественному здоровью [52]. По оценкам специалистов к 2050 году 10 миллионов человек будут ежегодно умирать от микробных инфекций с множественной лекарственной резистентностью. Наибольший риск представляет устойчивость к препаратам резерва, которые являются последней линией защиты от наиболее тяжелых инфекционных болезней [68]. Одной из основных причин возникновения лекарственной устойчивости является неумелое, часто чрезмерное и ненужное использование противомикробных препаратов в животноводстве [40]. Поэтому за последние два десятилетия были предприняты многие глобальные мероприятия, направленные на оценку лекарственной резистентности, а также программы по сокращению использования антибиотиков, в первую очередь в животноводстве. Один из важнейших элементов этих мероприятий состоит в замене противомикробных препаратов альтернативными методами лечения [51].