Современные проблемы антибиотикотерапии в офтальмологии и перспективные пути их решения. Обзор литературы

В настоящее время в человеческой популяции продолжает нарастать проблема взаимодействия между человеком и окружающим его микробиомом, которая выражается в так называемом кризисе антибиотикорезистентности. Микроорганизмы, являясь возбудителями инфекционных заболеваний, более не имеют гарантированных фармакологических барьеров, способных останавливать их размножение, а значит, продолжают уносить тысячи жизней ежегодно. Данное явление связано с множеством причин, таких как наличие у бактерий мобильных генетических элементов, выполняющих функцию горизонтального переноса генов, отвечающих за их устойчивость к антибиотикам. Мутационные микроэволюционные изменения в генотипе бактериальной клетки способны приводить к развитию неуправляемой полирезистентности. Совокупность микро- и макроэволюционных изменений во внешних признаках возбудителя детерминирует систему факторов агрессии, инвазии, защиты и приспособления. К другим факторам, провоцирующим антибиотикорезистентость, относятся злоупотребление антибиотиками и их самоназначение в периоды самолечения, назначение антибиотиков медицинскими работниками в виде субклинических доз, чрезмерно коротких курсов лечения, а иногда и при полном отсутствии показаний к терапии, экстенсивное применение антибиотиков в сельском хозяйстве. Ряд превентивных мер, которые могли бы существенно повлиять на кризис антибиотикорезистентности, активно прорабатывается на государственном уровне и включает в себя программы по сокращению свободного оборота антибиотиков, оптимизацию терапевтических режимов, улучшение диагностических мероприятий по верификации возбудителей, профилактику распространения инфекций, оптимизацию взаимодействия между фармакологическими компаниями и регистрационными организациями, стимуляцию инвестиций и частно-государственного партнерства и, конечно, международную инициативу в вопросах системного взаимодействия. В данной работе рассматриваются причинно-следственные связи, способные оказать непосредственное влияние на разрешение кризиса антибиотикорезистентности, которые прослеживаются в историческом контексте и до настоящего времени, также описываются современные перспективные научно-технические направления, способные дать человечеству новую «золотую пулю» против болезнетворных микроорганизмов, в частности использование искусственных флуорофоров — квантовых точек.

антибиотик, антибитикорезистентность, квантовые точки, супероксидный радикал

1. Sengupta S., Chattopadhyay M.K., Grossart H.P. The multifaceted roles of antibiotics and antibiotic resistance in nature. Front Microbiol. 2013;4:47. DOI: 10.3389 /fmicb.2013.00047

2. Gullberg E., Cao S., Berg O. Selection of resistant bacteria at very low antibiotic concentrations. PLoS Pathog. 2011;7(7): e1002158. DOI: 10.1371/journal.ppat.1002158

3. Davies J. Darwin and microbiomes. EMBO Rep. 2009;10(8):805. DOI: 10.1038/embor.2009.166

4. Fleming A. On the Antibacterial Action of Cultures of a Penicillium, with Special Reference to their Use in the Isolation of B. influenzae. Br. J. Exp. Pathol. 1929;10(3):226–236.

5. Spellberg B., Guidos R., Gilbert D. The epidemic of antibiotic-resistant infections: a call to action for the medical community from the Infectious Diseases Society of America. Clin. Infect. Dis. 2008;46(2):155–164. DOI: 10.1086/524891

6. Haden H.C. Metastatic Endophthalmitis Associated by Epidemic Cerebro-Spinal Meninigitis. American Journal of Ophthalmology. 1918;1(9):647–650.

7. Sugar H.S, Zekman T. Late infection of filtering conjunctival scars. Am. J. Ophthalmol. 1958; 46(2):155–170. DOI: 10.1016/0002-9394(59)90003-0

8. Von Graefe A. Therapeutische Miscellen. Graefes Arch. Ophthalmol. 1863;9:4252.

9. Von Graefe A. Ueber operative Eingriffe in die tieferen Gebilde des Auges. B. Perforation von abgeloesten Netzhaeuten und Glaskoerpermembranen. Arch. Ophthalmol. 1863;9:85–104.

10. Kasner D. Vitrectomy: a new approach to the management of vitreous. Highlights Ophthalmol. 1968;11:304–329.

11. Kasner D., Miller G.R., Taylor W.H. Surgical treatment of amyloidosis of the vitreous. Trans. Am. Acad. Ophthalmol. Otolaryngol. 1968;72:410–418.

12. Machemer R. A new concept for vitreous surgery. II. Surgical technique and complications. Am. J. Ophthalmol. 1972;74:1022–1033.

13. Machemer R., Buettner H., Norton E.W.D. Vitrectomy: a pars plana approach. Trans. Am. Acad. Ophthalmol. Otolaryngol. 1971;75:813–820.

14. Machemer R., Parel J.M., Norton E.W.D. A new concept for vitreous surgery. I. Instrumentation. Am. J. Ophthalmol. Otolaryngol. 1972;10:172–177.

15. Peyman G.A., Dodich N.A. Experimental vitrectomy: instrumentation and surgical technique. Arch. Ophthalmol. 1971;86:548–551.

16. O’Malley C., Heintz R.M. Vitrectomy via the pars plana — a new instrument system. Trans. Pac. Coast Otoophthalmol. Soc. Annu. Meet. 1972;53:121–137.

17. O’Malley C., Heintz R.M. Vitrectomy with an alternative instrument system. Ann. Ophthalmol. 1975;7(4):585–588.

18. Von Sallmann L. Penicillin therapy of infections of the vitreous. Arch. Opthalmol. 1945;33:455–462.

19. Von Sallmann L., Meyer K., DiGrandi J. Experimental study on penicillin treatment of ectogenous infection of vitreous. Arch. Opthalmol. 1945;33:179–189.

20. Peyman G.A., P.J. Lee, D.V. Seal. Endophthalmitis. Diagnosis and Management. Taylor & Francis. 2004;111.

21. Irving H., Leopold I.H., Apt L. Postoperative intraocular infections. Am. J. Ophthalmol. 1960;50:1225–1247. DOI: 10.1016/0002-9394(60)91013-8

22. Anderson R.C., Higgins H.M. Jr., Pettinga C.D. Symposium: how a drug is born. Cincinnati J. Med.1961;42:49–60.

23. McGuire J.M., Wolfe R.N., Ziegler D.W. Vancomycin, a new antibiotic. II. In vitro antibacterial studies. Antibiot. Annu.1955;3:612–618.

24. Peyman G.A., Sanders D.R. Advances n Uveal surgery, Vitreous surgery, and the treatment of Endophthalmitis. Appleton-Century-Crofts: New York. 1975;184– 208.

25. Peyman G.A., Schulman J.A. Intravitreal drug therapy. Jpn. J. Ophthalmol. 1989;33(4):392–404.

26. Peyman G.A., Schulman J.A. Intravitreal surgery: Principles and Practice 2 nd edn. Appleton & Lange: Norwalk, CT. 1994;851–922.

27. Peyman G.A., Vastine D.W., Raichard M. Postoperative endopthalmitis: experimental aspects and their clinical applications. Ophthalmology.1978;85:374–385.

28. Pflugfelder S.C., Hernandez E., Fliesler S.J. Intravitreal vancomycin. Retinal toxicity, clearance, and interaction with gentamicin Arc. Ophthalmol. 1987;105:831–837. DOI: 10.1001/archopht.1987.01060060117045

29. Daily M.J., Peyman G.A., Fishman G. Intravitreal injection of methicillin for treatment of endophthalmitis. Am. J. Ophthalmol. 1973;76:343–350.

30. Axelrod A.J., Peyman G.A, Apple D.J. Toxicity of intravitreal injection of amphotericin B. Am. J. Ophthalmol. 1973;76:578–583.

31. Barry P., Cordoves L., Gardner S. ESCRS Guidelines for Prevention and Treatment of Endopthalmitis Following Cataract Surgery. Co Dublin: Temple House, Temple Road, Blackrock. 2013;1–22.

32. No authors listed. Results of the Endophthalmitis Vitrectomy Study. Arch Ophthalmol. 1995; 113(12):1479–1496

33. Spellberg B., Gilbert D.N. The future of antibiotics and resistance: a tribute to a career of leadership by John Bartlett. Clin. Infect. Dis. 2014;59(2):71–75. DOI: 10.1093/cid/ciu392

34. Sengupta S., Chattopadhyay M.K., Grossart H.P. The multifaceted roles of antibiotics and antibiotic resistance in nature. Front. Microbiol. 2013;4:47. DOI: 10.3389/fmicb.2013.00047

35. Hillier R.J., Arjmand P., Rebick G. Post-traumatic vancomycin-resistant enterococcal endophthalmitis. J. Ophthalmic Inflamm. Infect. 2013;3:42. DOI: 10.1186/18695760-3-42

36. Sharma S., Desai R.U., Pass A.B., et al. Vancomycin-Resistant Enterococcal Endophthalmitis. Arch. Ophthalmol. 2010;128(6):794–795. DOI: 10.1001/archophthalmol.2010.77

37. Nguyen J., Hartnett M.E. Successful management of post-traumatic vancomycinresistant enterococcus endophthalmitis. Am. J. Ophthalmol. Case Rep. 2017;5:117– 118. DOI: 10.1016/j.ajoc.2016.12.022

38. Kansal V., Rahimy E., Garg S. Endogenous methicillin-resistant Staphylococcus aureus endophthalmitis secondary to axillary phlegmon: a case report. Can. J. Ophthalmol. 2017;52(3):97–99. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcjo.2016.11.016

39. Relhan N., Pathengay A., Schwartz S.G., Flynn H.W. Jr. Emerging Worldwide Antimicrobial Resistance, Antibiotic Stewardship and Alternative Intravitreal Agents for the Treatment of Endophthalmitis. Retina. 2017;37(5):811–818. DOI: 10.1097/IAE.0000000000001603

40. Read A.F., Woods R.J. Antibiotic resistance management. Evol. Med. Public Health. 2014;14(1):147. DOI: 10.1093/emph/eou024

41. Bartlett J.G., Gilbert D.N., Spellberg B. Seven ways to preserve the miracle of antibiotics. Clin. Infect. Dis. 2013;56(10):1445–1450. DOI: 10.1093/cid /cit070

42. No authors listed. The antibiotic alarm. Nature. 2013;495(7440):14. DOI: 10.1038/495141a.

43. Viswanathan V.K. Off-label abuse of antibiotics by bacteria. Gut. Microbes. 2014;5(1):3–4. DOI: 10.4161 /gmic.28027

44. Luyt C.E., Brechot N., Trouillet J.L., Chastre J. Antibiotic stewardship in the intensive care unit. Crit. Care. 2014;18(5):480. DOI: 10.1186/s13054-014-0480-6

45. Grzybowski A., Brona P., Kim S.J. Microbial flora and resistance in ophthalmology: a review. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 2017;255(5):851–862. DOI: 10.1007/s00417-017-3608-y

46. Miller D. Update on the Epidemiology and Antibiotic Resistance of Ocular Infections. Middle East Afr. J. Ophthalmol. 2017;24(1):30–42. DOI: 10.4103/meajo.MEA JO_276_16

47. Michael C.A, Dominey-Howes D., Labbate M. The antibiotic resistance crisis: causes, consequences, and management. Front Public Health. 2014;2:145. DOI: 10.3389/fpubh.2014.00145

48. Piddock L.J. The crisis of no new antibiotics—what is the way forward? Lancet Infect Dis. 2012;12(3):249–253. DOI: 10.1016/S1473-3099(11)70316-4

49. Lushniak B.D. Antibiotic resistance: a public health crisis. Public Health Rep. 2014;129(4):314–316. DOI: 10.1177/003335491412900402.

50. Alivisatos A.P. Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots. Science. 1996;271: 933–937. DOI: 10.1126/science.271.5251.933

51. Weller H. Quantum size colloids: From size-dependent properties of discrete particles to self-organized superstructures. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 1998;3:194– 199. DOI: 10.1016/S1359-0294(98)80013-7

52. Weng J., Song X., Li L. Highly luminescent CdTe quantum dots prepared in aqueous phase as an alternative fluorescent probe for cell imaging. Talanta. 2006;70:397– 402. DOI: 10.1016/j.talanta.2006.02.064

53. Courtney C.M., Goodman S.M., Nagy T.A., Levy M., Bhusal P., Madinger N.E. Potentiating antibiotics in drug-resistant clinical isolates via stimuli-activated superoxide generation. Sci. Adv. 2017;3(10):1–10. DOI: 10.1126/sciadv.170177

54. Courtney C.M., Goodman S.M., McDaniel J.A., Madinger N.E., Chatterjee A., Nagpal P. Photoexcited quantum dots for killing multidrug-resistant bacteria. Nat. Mater. 2016;15:529–534. DOI: 10.1038/nmat4542

55. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах. Соросовский общеобразовательный журнал. 2000;6(12):13–19.

56. Cheeseman K.H., Slater T.F. An introduction to free radical biochemistry. Brit. Med. Bull. 1993;49:481–493. DOI: 10.1093/oxfordjournals.bmb.a072625

57. Cross A.R., Jones O.T.G. Enzymic mechanisms of superoxide production. Biochem. biophys. acta. 1991;1057:281–298. DOI: 10.1016/s0005-2728(05)80140-9.

58. Sandhu S.K., Kaur G. Mitochondrial Electron Transport Chain Complexes in Aging Rat Brain and Lymphocytes. Biogerontol. 2003;4(1):19–29. DOI: 10.1023/a:1022473219044.

59. Kinnula V.L., Soini Y., Kvist-Makela K., Savolainen E.R., Koistinen P. Antioxidant defense mechanisms in human neutrophils. Antioxid. Redox Signal. 2002;4(1):27– 34. DOI: 10.1089/152308602753625825.

60. Valko M., Leibfritz D., Moncol J. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2007;39:44–84. DOI: 10.1016/j.biocel.2006.07.001

61. Imlay J.A. The molecular mechanisms and physiological consequences of oxidative stress: lessons from a model bacterium. Nat. Rev. Microbiol. 2013;11:443–454. DOI: 10.1038/nrmicro3032

62. Goodman M., Levy M., Fei-Fei L. Designing Superoxide-Generating Quantum Dots for Selective Light-Activated Nanotherapy. Front. Chem. 2018;46(6):1–12. DOI: 10.3389/fchem.2018.00046