Какой антибиотик при флюсе: хирургическая и консервативная терапия — клиника «Добробут»

хирургическая и консервативная терапия — клиника «Добробут»

Как быстро снять опухоль при флюсе

Флюс (острый гнойный периостит челюсти) – поддесневой либо поднадкостничный гнойник, являющийся следствием воспаления в области верхушки корня зуба. Когда щека опухает, сразу возникает вопрос: флюс зуба – что делать? Ответ прост – немедленно обратиться к врачу. Периостит чаще всего является осложнением заболеваний зубов и тканей периодонта.

В зависимости от этиологии различают такие типы периостита:

1. Воспалительный. Является следствием прогрессирующего воспалительного процесса, локализованного в периодонте.
2. Токсический. Возникает при попадании инфекционного агента в мягкие ткани челюсти с кровотоком при общих заболеваниях организма.
3. Травматический. Возбудитель проникает в ткани при травме челюсти.
4. Специфический. Может появиться при туберкулезе, сифилисе и других заболеваниях.

Гораздо реже встречаются аллергический и ревматический периоститы.

Как лечить флюс на десне

Наиболее распространенными являются два типа периостита: острый гнойный и хронический. В первом случае обычно обнаруживают смешанную микрофлору (стафилококки, стрептококки, другие грамотрицательные и грамположительные бактерии).

О том, как лечить флюс на десне и какие манипуляции необходимо выполнить, расскажет стоматолог во время приема. Тактика лечения зависит от клинической картины и причины, вызвавшей развитие острого периостита. Воспаление может появиться при нагноении радикулярных кист, затрудненном прорезывании зубов, заболеваниях пародонта. Случается, что флюс возникает после консервативного лечения или травматичного удаления зуба. Поэтому решение задачи, как вылечить флюс у взрослого, зависит от причины развития гнойного периостита.

Лечение периостита проводят комплексно: вскрытие гнойника, медикаментозная и физиотерапия. Как быстро снять опухоль при флюсе? При остром периостите челюсти необходимо срочное вскрытие гнойного поднадкостничного очага и создание условий для оттока выпота. Операцию проводят под местной проводниковой или инфильтрационной анестезией.

В начальной стадии острого серозного периостита челюсти вскрывают полость зуба, вычищают распавшиеся ткани из каналов, создавая условия для оттока экссудата, либо удаляют зуб, являющийся источником инфекции. Эти манипуляции вместе с лекарственной терапией, как правило, способствуют стиханию воспалительного процесса и снятию отека. Лечение зубного флюса у ребенка проводят по той же схеме. Если зуб, являющийся источником инфекции и развития острого периостита, молочный, то его удаляют. Подробнее о том, как избавиться от симптомов флюса при прорезывании зубов, читайте на нашем сайте Добробут.ком.

Отек и боль после удаления зуба: что делать

Удаление зубов преимущественно проходит без осложнений. Однако возможно появление отека после сложного удаления зуба. Если отечность небольшая, пациент не жалуется на боль и температура тела нормальная, то беспокоиться не стоит. Отек может быть вызван травматичной операцией, он обычно спадает в течение суток.

Если отек и боль после удаления зуба сохраняются дольше, припухлость щеки увеличивается и боль усиливается, следует обратиться к врачу.

Поводом для срочной консультации являются:

• высокая температура тела, озноб;
• боль при глотании, открывании рта;
• отсутствие кровяного сгустка на месте удаленного зуба (так называемая сухая лунка).

Врач выполнит чистку, назначит медикаментозную терапию, расскажет, чем полоскать рот при флюсе. Если в лунке образовался кровяной сгусток и заживление проходит нормально, то никаких полосканий после удаления проводить не следует.

Какие антибиотики при флюсе на щеке назначат именно вам, зависит от чувствительности возбудителя. До получения результатов теста на чувствительность обычно назначают препараты широкого спектра действия, например противомикробные средства из группы фторхинолонов (ципрофлоксацин и другие). Следует учесть, что антибиотикотерапия может остановить прогрессирование флюса лишь на ранних стадиях (до момента появления гноя). Если гнойник сформировался, то его необходимо сначала вскрыть и провести обработку раны. Только после этого врач назначит антибиотики и объяснит схему приема. Обычно в стоматологической практике используют линкомицин, амоксициллин, эритромицин, цефалоспорин, а также противомикробные средства – производные метронидазола. Дополнительно назначают антигистаминные препараты и поливитаминные комплексы.

Связанные услуги:
Ортогнатическая хирургия
Лечение расстройств височно-нижнечелюстных суставов

Нужно ли принимать антибиотики при флюсе?

Флюс представляет собой инфекционно-воспалительный процесс в ротовой полости, вызываемый обычно невылеченным кариесом зубов. А там, где есть бактериальная инфекция – есть место и лечению антибиотиками. Вот только антибиотики при флюсе следует принимать исключительно по назначению стоматолога и исключительно в рамках комплексного лечения.

Некоторые пациенты полагают, что припухлость щеки, отечность десны и зубную боль (а именно так выглядят основные симптомы флюса) можно успешно снять компрессами, теплыми травяными полосканиями и антибиотиками по своему выбору. К сожалению, заканчиваются такие эксперименты со здоровьем плачевно, ведь при флюсе идет гнойное расплавление околозубных тканей, а это всегда чревато очень серьезными осложнениями.

При первых же симптомах заболевания следует обращаться к стоматологу, который проведет диагностику, определит зуб, ставший источником проблемы и займется его лечением или удалит – по показаниям. Затем, при необходимости, врач выполнит дренаж для обеспечения оттока гноя, и только потом назначит медикаментозные препараты для устранения бактериальной инфекции и ускорения процесса заживления. То есть антибиотики в стоматологии при флюсе используются широко, но только в качестве поддерживающей терапии и как составляющая комплексного лечения. Основное же лечение флюса – только хирургическое, и об этом нужно помнить каждому пациенту.

Начинать лечение с назначения антибиотиков при флюсе допустимо только в том случае, когда гнойник еще не сформировался и воспалительный процесс находится в начальной стадии.

Но на этом этапе обнаружить флюс удается редко – и в первую очередь потому, что пациенты не обращаются к врачу с жалобами. Обычно выявить начало заболевания стоматологу удается только случайно, во время планового осмотра или лечения других болезней ротовой полости.

Кстати, тем пациентам, которые читали этот текст в надежде найти указание, какие именно антибиотики используют в стоматологии при флюсе, придется разочароваться – конкретных названий не будет. В каждом конкретном случае врач назначает препарат индивидуально, исходя из общей клинической картины и особенностей организма пациента. К тому же отечественный пациент, запуганный годами суровой советской стоматологии, при малейшей возможности стремится лечиться дома, не обращаясь к врачу. И перечень наименований препаратов воспримет, скорее всего, не как справочную информацию, а как готовый рецепт на случай флюса.

Особенности лечения флюса антибиотиками — Vip-Line

27. 04.2017

Наиболее эффективным способом лечения флюса уже давно считается использование антибиотиков. Эти препараты помогают остановиться уже стартовавшее гнойное воспаление. Дело в том, что основным последствием флюса является именно воспаление. Если не лечить данную проблему в комплексе, то вполне вероятно наступление достаточно серьезных осложнений. Лучше всего делать ставку на средства, характеризующиеся внушительным спектром работы. Основное их преимущество свидетельствует о том, что они способны приносить пользу всему организму.

Характеристики использования антибиотиков:

• лечение протекает максимум неделю;
• прием начинается после проявления основных признаков заражения;
• оптимальный препарат обязан подбирать специалист;
• успешность лечебного комплекса зависит от запущенности заболевания.

В любом случае специалисты не рекомендуют заниматься самостоятельным лечением. На сегодняшний день в любой аптеке можно найти достаточно много разных видов антибиотиков.

Тем не менее, это не означает, что все они подходят.

Какой выбирать антибиотик

Исключительно стоматолог, который проведет полноценный осмотр ротовой полости, может определить наиболее подходящий вид антибиотика для проведения лечения. Анализ позволит определить участки, которые были больше всего поражены воспалением. В том случае, если заболевание уже было запущено из-за того, что пациент слишком поздно обратился за помощью, то врач может использовать дренаж, предназначенный для искусственного выведения гноя.

Особенности применения

Данные препараты обладают отличным профилактическим действием. Данные препараты предназначаются в том случае, если уже было выявлено воспаление или тогда, когда ткани столкнулись серьезной инфекций. Когда источник заражения был полностью вычищен от гноя, данные средства отлично справляются с выполнением профилактической функции.

Остались вопросы?

Лечение флюса

Что такое флюс?

В современной медицинской терминологии такой диагноз, как «зубной флюс» уже не используется. Другое название флюса – одонтогенный периостит. Но людям, далеким от медицины, проще и понятнее название флюс.
Самая распространенная причина флюса — это запущенный кариес. Кариес – это процесс разрушения эмали зуба, который позже перерастает в разрушение ткани самого зуба – дентина и воспалению пульпы – в медицине это называется пульпитом. Если долгое время не бороться с пульпитом, то может возникнуть абсцесс – это нагноение. Далее гной ищет выход наружу, проделывая каналы в костной ткани, останавливается только под надкостницей и начинает распирать окружающие ткани. В этих тканях происходит воспалительный процесс, который сопровождается нестерпимой пульсирующей болью и зачастую повышением температуры.
Опасность флюса — в его осложнениях. Почти всегда без лечения он переходит в абсцесс, а затем флегмону. Это сложные в лечении и опасные медицинские состояния, которые зачастую могут требовать реанимационной помощи.

Симптомы флюса

Если человек испытывает боль при нажатии на зуб, которая постепенно усиливается, есть боль при жевании, при постукивании по зубу, и, кроме этого, есть отечность десны и тканей вокруг больного зуба и припухлость лица — все это явные признаки флюса, иначе говоря, периостита.

Если у Вас есть эти симптомы, нужно как можно скорее обратиться к врачу. Если боль на какое-то время прошла, то это не значит, что исчезла и инфекция, ее нужно лечить. При флюсе никак нельзя пытаться самостоятельно избавиться от него – можно только усугубить ситуацию. Обращайтесь к нам в клинику, наши стоматологи помогут вам качественно и в кратчайшие сроки избавиться от проблемы, а наши цены Вас приятно удивят.

Лечение флюса

Лучше всего при первых же таких признаках обратиться к врачу-стоматологу. На первом этапе развития периостита есть возможность справиться с проблемой при помощи небольшого объема лечения и щадящими методами. Если же он перетек в гнойную стадию, то необходимо срочное оперативное вмешательство специалиста.

В любом случае врач обследует больную область, и, если понадобится, сделает под анестезией разрез на десне, удалит гной, установит дренаж, а затем назначит антибиотики и противовоспалительные.
Разрез может и не понадобиться, если процесс не запущен, то вскрывается канал, через него удаляется гной, и далее лечится как киста корня зуба. Ведь флюс и есть киста корня зуба, только разорвавшаяся.
После такого вмешательства воспалительный процесс проходит за 3-4 дня при условии выполнения всех врачебных рекомендаций.

Лечение флюса в домашних условиях

Необоснованный панический страх перед зубным врачом зачастую побуждает людей оттягивать поход к специалисту до тех пор, пока боль не станет невыносимой, и пытаться использовать любые обезболивающие лекарства и народные методы. Анальгетики, конечно же, немного притупляют боль на время и дают ложное ощущение улучшения. Но обманывать себя в таких случаях бесполезно — гной сам по себе не рассосется, чем дольше Вы будете тянуть с лечением — тем тяжелее будут осложнения и сложнее лечение.
В случаях, если пока посетить стоматолога нет никакой возможности, можно немного облегчить боль и уменьшить отек при помощи полосканий травяными отварами на основе шалфея лекарственного, зверобоя обыкновенного, коры дуба. Но домашнее лечение флюса бесполезно! Вам сможет помочь только стоматолог!

Рекомендации

• флюс нельзя греть, потому что тепло ускоряет кровоток и усиливает распространение гноя


• не принимайте обезболивающее перед посещением врача и без его назначения, так как оно маскирует клиническую картину заболевания


• если Вам сделали разрез, то не принимайте аспирин, потому что он снижает свертываемость крови и может начаться кровотечение из разреза

Несмотря на сильное развитие стоматологии, у большинства людей все еще сохранился стереотип, что посетить стоматолога – это обречь себя на сильную боль. Поэтому многие просто не хотят идти к врачу, чем еще больше усугубляют свое состояние, надеясь, что все само пройдет. Посещать стоматолога раньше было действительно больно, но сейчас ситуация другая – существует множество обезболивающих медикаментов, они неопасны для организма и достаточно эффективны, и человек не чувствует боли ни при лечении, ни при удалении зуба.

Лечение и профилактика флюса в ТОП1 стоматологии Москвы

Содержание:

1. Флюс или все-таки периостит?

2. Почему развивается флюс?

3. Какие симптомы у флюса?

4. Как лечить флюс?

5. Что вообще нельзя делать при флюсе?

То, что принято называть флюсом, в современной медицинской терминологии обозначается как одонтогенный периостит. Однако в связи с тем, что у пациентов определение «флюс» очень распространено, будем его придерживаться.  

Флюс – это острый воспалительный процесс в соединительной ткани, окружающей зуб (надкостнице), который внешне проявляется как разбухание десны с образованием заметной припухлости на щеке. Другими симптомами флюса являются тупые ноющие боли в области больного зуба, покраснение десны и повышение температуры тела (до 38 градусов). 

Боль при флюсе может усиливаться при механическом давлении на больной зуб и отдавать в область уха, виска или подбородка в зависимости от локализации флюса.

Причины развития флюса

Основные причины появления флюса – запущенный кариес, киста зуба, воспаление десневого кармана и механическая травма. Во всех перечисленных случаях начинают размягчаться ткани, и инфекция проникает все глубже, поражая зубные нервы (пульпу). 

При запущенном кариесе развивается острый пульпит, сопровождаемый сильной болью. По истечении времени живые ткани зуба начинают отмирать, и боль постепенно затихает, но инфекция продолжает распространяться и проникать в ткани, окружающие зуб.  

Когда поражается область надкостницы и окружающие мягкие ткани, боль приобретает ноющий характер, а на десне и щеке появляется выраженная припухлость. На этой стадии уже диагностируется флюс, который свидетельствует о наличии гнойного процесса.

Если флюс образуется на верхней челюсти, то опухоль локализуется в подглазничной области или над верхней губой, а если поражается зуб нижней челюсти, то опухает щека, область подбородка и локальные лимфоузлы. 

Спровоцировать флюс могут простудные заболевания, стрессы, переохлаждения и другие неблагоприятные факторы. В некоторых случаях гнойник самопроизвольно вскрывается, и гной выходит через десну, но сам воспалительный процесс продолжает развиваться. 

Иногда флюс, точнее небольшая припухлость щеки, может образоваться после удаления проблемного зуба. Это не воспаление, а реакция организма на травму, поэтому припухлость обычно проходит через 3-4 дня. Однако если флюс развивается на фоне внезапно возникших болей и общего недомогания, то нужно незамедлительно обращаться к врачу. Флюс можете перейти в абсцесс, который, в свою очередь, вызывает очень серьезные осложнения (флегмону). 

При ослабленном иммунитете риск осложнений возрастает многократно, поэтому откладывать лечение нельзя!

Симптомы флюса

Флюсом называют воспалительный процесс в надкостнице, который сопровождается заметным распуханием десны и щеки. Если при этом вы замечаете у себя повышенную температуру, резкую боль в области беспокоящего зуба и увеличение лимфоузлов, будьте уверены – это флюс. Когда вы дотрагиваетесь до зуба, боль может чувствоваться в области уха, виска или всей половины лица. 

Образование флюса может спровоцировать стресс, простуда, недолеченный пульпит или кариес, а также попавшая в организм инфекция. Если болезненные ощущения сопровождают вас в течение дня и припухлость не спадает, это может указывать на наличие гноя внутри полости зуба. В этом случае медлить уже нельзя и надо срочно обращаться к специалисту, иначе заболевание может перейти в стадию абцесса, что грозит образованием флегмоны (гнойное воспаление).  

Важное замечание: ни в коем случае не пытайтесь вскрывать гнойник самостоятельно!! Это может привести к заражению крови и самым тяжелым последствиям.

Можно ли вылечить флюс дома? | Мегастом

Вспомните всеми любимый фильм «Иван Васильевич меняет профессию», где царь Иван Грозный мучился от флюса – это и был периостит. 

Кадр из к/ф «Иван Васильевич меняет профессию» 

Инфекция (например, кариес) в больном зубе стремительно развивается и идет вглубь в подлежащие ткани зуба (пульпу) и далее в кость. Возникает новообразование в виде гнойного очага на верхушке корня зуба (киста зуба). Образовавшийся гной ищет выход, поэтому со временем без оказания стоматологической помощи, проникает в надкостницу (периост) – одну из тканей, окружающих зуб. Количество гноя растет, означая рост острого воспалительного процесса. Периостит опасен тем, что развивается очень быстро, и инфекция с гноем может проникнуть в любые ткани организма по сосудистой системе.  

Причины периостита (флюса)  

Основная причина периоститов – стоматологическая. Начаться все может с вполне «безобидного» кариеса. Как правило, инфекция развивается от больного зуба на близлежащие твёрдые ткани (включая кость) и мягкие ткани — десну.
Также это заболевание вызывается травмами (переломами) челюстных костей. 

Симптомы периостита 

Пациент, страдающий флюсом ощущает острую нестерпимую боль в месте воспаления, которая усиливается при малейшем воздействии на больной зуб. Десна под зубом вздувается и отек, в зависимости от стадии воспаления и очага локализации – на нижней или верхней челюсти переходит на область щек, губ, подбородка, век и подглазничную область. Наблюдается повышенная температура тела свыше 37-38° С. 

Стадии заболевания 

Существует три стадии заболевания, которые очень быстро перетекают одна в другую. Самолечение только ускоряет этот процесс. На начальной стадии может наблюдаться припухлость на десне и незначительные болезненные ощущения. Последующая стадия характеризуется более агрессивным проявлением периостита, сильным болевым синдромом. Происходит формирование полости с гноем. Если на данных этапах заболевание не было вылечено, то наступает третья стадия. Гной проникает в мягкие ткани и далее во внутренние органы, что может привести к абсцессам и флегмонам (гнойное воспаление). 

Периостит лечить в домашних условиях нельзя – заболевание может вылечить только врач! 

Как правило, доктор назначает хирургическое и противовоспалительное лечение. Лечение на начальной стадии воспаления позволяет сохранить зуб и обойтись противовоспалительной терапией. 

Следует понимать, что если есть гной, то в первую очередь его нужно выпустить. Иначе он может пойти вглубь тканей, что очень и очень опасно и может быть причиной осложнений и даже летального исхода! 

После того как выпущен гной, полость обрабатывается антисептиками, назначаются антибиотики и противовоспалительные препараты.  

Что делать, если обнаружили симптомы периостита? Сразу обратиться к врачу! Вовремя замеченная инфекция позволит обойтись более легким лечением и избежать неприятных последствий. Соблюдайте ежедневную гигиену полости рта, регулярно делайте осмотр полость рта у гигиениста и приходите на профосмотры к стоматологу даже если нет видимых проблем с зубами и деснами.

Антибиотики при флюсе: инструкция по применению

Как лечить флюс антибиотиками?

Как лечить флюс антибиотиками — актуальный вопрос для тех, кто впервые столкнулся с данным заболеванием. Прием антибиотиков необходимо начинать при первых признаках появления флюса, то есть до образования гнойника. Обратите внимание, что антибиотики должен подбирать стоматолог, так как это гарантия того, что лечение будет правильным. Так, прием некоторых препаратов будет неэффективным и может вызвать осложнения.

Как показывает стоматологическая практика, появление флюса провоцирует стрептококковая и стафилококковая инфекция. Именно поэтому, для лечения данного заболевания используют антибиотики, которые борются с данными микроорганизмами. Для эффективного лечения используют Ампиокс, Доксициклин, Цифран и другие антибиотики. Дозировка препарата подбирается индивидуально, в зависимости от сложности гнойного воспаления флюса и наличия сопутствующих заболеваний. Именно поэтому, назначать лечение антибиотиками должен только стоматолог.

Какой антибиотик лучше при флюсе?

Какой антибиотик лучше при флюсе использовать? Однозначно ответить на этот вопрос может только стоматолог и только после осмотра воспаленной десны. Как правило, флюс является болезненным симптомом процессов, которые происходят в организме, именно поэтому перед приемом антибиотиков пациенту проводят полную диагностику полости рта, для обнаружения пораженного зуба или зубов. Кроме приема антибиотиков, в особо тяжелых случаях, стоматолог устанавливает дренаж, который позволяет выводить гной.

Не зависимо от степени воспаления, лечение флюса начинается с приема антибиотиков. Чтобы подобрать подходящий препарат, стоматолог проводит тест для идентификации возбудителя заболевания. Проведение теста это гарантия эффективного лечения. Давайте рассмотрим, какой антибиотик при флюсе лучше принимать, основываясь на то, что заболевание вызывает стрептококковая или стафилококковая инфекция. Чаще всего, стоматологи назначают: Цифран, Ампиокс, Доксициклин, Линкомицин и другие.

Кроме приема антибиотиков, для лечения флюса используют методы физиотерапии (СВЧ и УВЧ). Благодаря воздействию электрического поля на воспаленный участок, процесс заживления проходит быстрее и эффективнее. Обратите внимание, что при флюсе запрещено делать горячие компрессы, так как это спровоцирует растекание гнойных масс из-за притока крови. Не рекомендуется накладывать повязки, так как воспаление не пройдет до тех пор, пока антибиотики не справятся с возбудителем. Также запрещено принимать аспирин, особенно в период послеоперационной терапии флюса. Поскольку данный анальгетик может стать причиной кровотечения.

Названия антибиотиков при флюсе

Названия антибиотиков при флюсе позволяют сориентироваться при выборе препаратов для лечения данного стоматологического заболевания. Предлагаем рассмотреть самые популярные и эффективные антибиотики при флюсе.

• Амоксилав – антибиотик с широким спектром действия, показывает высокую эффективность в лечении флюса и других воспалительных заболеваний, вызванных стафилококковой и стрептококковой инфекцией. Дозировку препарата назначает стоматолог, ориентируясь на симптоматику и индивидуальные особенности организма больного.
• Ампиокс – более эффективный антибиотик, в сравнении с вышерассмотренным. Преимущество данного антибиотика в том, что он имеет минимум побочных действий, так как не метаболизируется в желудочно-кишечном тракте. Кроме того, данный препарат не имеет противопоказаний, кроме индивидуальной непереносимости активных компонентов антибиотика.
• Цифран – борется с микроорганизмами, вызвавшими воспаление. Особенность данного препарата в том, что курс и дозировка зависят от симптоматики заболевания. Препарат противопоказан детям до 16 лет. При лечении флюса используются только инъекции Цифрана, которые вводятся внутривенно.
• Линкомицин – противомикробный лекарственный препарат широкого спектра действия. Не смотря на высокую эффективность лечения, антибиотик имеет массу побочных реакций, поэтому его прием возможет только по рецепту стоматолога.
• Доксициклин – относится к полусинтетическим антибиотикам широкого спектра действия. Дозировка зависит от сложности заболевания и индивидуальных особенностей организма больного.

Кроме вышеописанных антибиотиков, которые применяются на ранней стадии развития флюса, стоматолог назначает препараты, который используются в послеоперационный период, то есть после вскрытия флюса и вычищения гнойных масс. Но не стоит забывать, что прием антибиотиков при флюсе, это отнюдь не лечение, а необходимость, которая позволяет быстро и эффективно справиться с заболеванием.

Способ применения и дозы

Способы применения и дозы антибиотиков при лечении флюса назначаются стоматологом и зависят от симптоматики заболевания и возможных осложнений. Как правило, мази для лечения гнойного воспаления на десне используют 2-3 раза в день, таблетки принимают перед едой, от двух до трех раз в день. Это касается и антибиотиков в инъекциях.

Дозировка подбирается индивидуально и зависит от возраста пациента, если это ребенок, то и веса, от болезненных симптомов флюса, наличия противопоказаний и хронических инфекций. Поэтому, самостоятельно назначать дозу антибиотиков категорически запрещено, так как это может стать причиной передозировки и привести к появлению побочных реакций на препарат, что только усложнит процесс лечения.

[23], [24], [25], [26], [27], [28]

Клиническая фармакология антибиотиков | Американское общество нефрологов

Реферат

Противомикробная фармакология и ее влияние на назначение лекарств довольно сложны. Выбор антибиотика, который будет оптимально лечить инфекцию, сводя к минимуму побочные эффекты и развитие резистентности, — это только первый шаг, так как при его назначении также необходимо учитывать индивидуальные фармакокинетические изменения пациента и фармакодинамические свойства препарата. У пациентов с ХБП могут быть изменения в связывании с белками, объемах распределения, почечном и непочечном клиренсе, что требует корректировки дозы антибиотиков для предотвращения развития токсичности.Знание фармакодинамики лекарства, определяемое как взаимосвязь между воздействием лекарства и антибактериальной эффективностью, дает некоторые рекомендации относительно оптимального способа корректировки дозы. Различные фармакодинамические цели, такие как максимальное увеличение времени, в течение которого концентрации свободного (несвязанного) лекарственного средства превышают минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) для лекарств, зависящих от времени (, например, , β -лактамов) или максимальное отношение свободного пика к МИК. для зависимых от концентрации антибиотиков ( e.грамм. , аминогликозиды), требуют различных стратегий корректировки; например, уменьшая дозу при сохранении нормальной частоты дозирования или давая нормальные (или даже большие) дозы реже, соответственно. У пациентов, получающих гемодиализ, есть и другие важные рекомендации по назначению. Нефролог или пациент могут предпочесть получать антибиотики, которые можно вводить внутривенно, ближе к концу сеанса диализа. Кроме того, новые технологии и фильтры диализа могут увеличить удаление лекарств в большей степени, чем сообщалось ранее.В этом обзоре будут обсуждаться место в терапии, механизм действия, фармакокинетические, фармакодинамические и другие фармакологические факторы, встречающиеся при назначении широко используемых антибиотиков пациентам с хронической болезнью почек или хронической болезнью почек.

Введение

Инфекции часто встречаются у пациентов с ХБП, особенно у пациентов с ХБП (1). В когорте пациентов в рамках программы Medicare в США, впервые начавших курс гемодиализа в период с 1996 по 2001 год, частота госпитализаций в связи с инфекцией в течение 12 месяцев составила 32% (1,2).Оптимизация антибиотиков при ХБП и ХБП часто может быть довольно сложной, так как у этих пациентов могут быть измененные фармакокинетические параметры (абсорбция, распределение, метаболизм и выведение) и часто повышается риск побочных эффектов (3,4). Диализ также требует дополнительных соображений, так как есть периоды повышенного клиренса во время диализа, за которыми следуют 48-72 часа относительно небольшого клиренса антибиотиков между сеансами диализа. Кроме того, многие исследования по удалению лекарств с помощью диализа проводились в 1980-х годах, когда использовались фильтры с низким потоком, а фильтры с высоким потоком (обычно используемые сегодня) рассматривались только как экспериментальные методы лечения (5).

В дополнение к соображениям, связанным с конкретным пациентом и диализом, есть соображения, связанные с лекарствами. Исследование фармакодинамики связывает воздействие лекарственного средства с антибактериальной активностью (6) и определяет фармакодинамические параметры, такие как отношение максимальной концентрации (пика) к МПК, процент интервала дозирования, при котором концентрации остаются выше МПК (время> МПК) и отношение воздействия препарата к МПК (площадь под кривой [AUC]: МПК), которое хорошо коррелирует с терапевтической эффективностью.Фармакодинамические параметры изображены на кривой зависимости концентрации от времени на рисунке 1. В целом антибиотики можно разделить на категории киллеров, зависящих от времени или киллеров, зависящих от концентрации (таблица 1). При дозировании антибиотиков, зависящих от времени (, например, , β, -лактамов), важно максимизировать время> МИК, тогда как при дозировании антибиотиков, зависящих от концентрации (, например, , аминогликозиды), соотношение пик: МИК является наиболее высоким. важный фармакодинамический параметр, требующий оптимизации (6).Следовательно, при корректировке дозы при заболевании почек знание фармакодинамических свойств антибиотиков может помочь клиницисту решить, следует ли уменьшить дозу и сохранить постоянную частоту дозирования (часто предпочтительнее для зависимых от времени антибиотиков) или оставить дозу такой же и продлить интервал дозирования (часто предпочтительно с антибиотиками, зависящими от концентрации).

Рис. 1.

Фармакодинамические параметры на кривой зависимости концентрации от времени. Пик: MIC — это параметр, который следует оптимизировать для зависимых от концентрации антибиотиков.Время> МИК — параметр, который следует оптимизировать для антибиотиков, зависящих от времени.

Таблица 1.

Фармакодинамика общих классов антибиотиков (5,6)

Фармакологические соображения, включая обсуждение места в терапии, механизма действия, фармакокинетики и фармакодинамики, при назначении часто используемых классов антибиотиков пациентам с ХБП и ESKD будут быть пересмотрено.

β -Лактамные антибиотики

Все антибиотики пенициллина, цефалоспорина и карбапенема содержат β -лактамное кольцо и действуют, подавляя последнюю стадию синтеза пептидогликанов клеточной стенки бактерий (7) (рис. 2).Индивидуальные спектры активности β -лактама и обычно лечимые инфекционные заболевания суммированы в Таблице 2. Фармакодинамика β -лактамов зависит от времени (6), поэтому при выборе этих препаратов для лечения заболеваний почек часто предпочтительнее уменьшите дозу, сохраняя интервал дозирования. Интересно, что ХБП на самом деле несколько упрощает достижение фармакодинамических целей с помощью зависящих от времени антибиотиков, потому что расширенные t _1/2 β -лактамов у этих пациентов продлевают период времени, в течение которого концентрации остаются выше МПК.В последние годы была предложена ударная доза с последующими расширенными или непрерывными инфузиями β -лактамов (, например, , пиперациллин-тазобактам [8], цефтазидим, цефепим, меропенем и дорипенем [9]) для максимального увеличения времени что концентрации остаются выше МПК.

Рисунок 2.

Механизмы классов антибиотиков.

Таблица 2.

β -лактамный антибиотик, спектр активности и лечение инфекционных заболеваний (7)

Когда дозы β -лактамов не были скорректированы надлежащим образом, возникают нарушения центральной нервной системы (ЦНС), такие как спутанность сознания, миоклонус , и могут возникнуть судороги (10).В первую очередь предполагается, что это происходит из-за пониженного почечного клиренса, приводящего к более высоким, чем обычно, концентрациям β -лактамов в ЦНС. Характеристики пациентов с уремией, в том числе снижение связывания с белками β -лактамов (что приводит к более высоким свободным фракциям препарата), а также физиологические изменения головного мозга, вызванные уремией, могут предрасполагать пациентов к этим эффектам (10).

Пенициллины

Несмотря на рост устойчивости к противомикробным препаратам, пенициллины продолжают играть важную роль в современной антибактериальной терапии.Многие пенициллины имеют короткий t _1/2 (обычно около 0,5–1,5 часа у пациентов с нормальной функцией почек) из-за низкого объема распределения в сочетании со значительной секрецией почечных канальцев (7). Высокая скорость секреции почек может привести к некоторым интересным трудностям дозирования. Например, в одном исследовании ампициллина было обнаружено, что шести пациентам с ГН, у которых был незначительно снижен клиренс креатинина, но была нормальная канальцевая секреция, потребовались полные дозы препарата. С другой стороны, у 11 пациентов с нарушением функции почек канальцевая секреция снижалась параллельно с тяжестью заболевания, и пациенты нуждались в более низких дозах, чем можно было бы предсказать по уменьшению только клиренса креатинина (11).Авторы пришли к выводу, что необходимы новые методы корректировки доз, учитывающие как функцию клубочков, так и канальцев. К сожалению, клинически практических подходов к индивидуализации дозирования лекарств на основе канальцевой секреции не разработано (12).

Пенициллины обычно хорошо переносятся пациентами с заболеванием почек. Часто сообщается о реакциях гиперчувствительности, и существует связь между пенициллинами и интерстициальным нефритом, но пациенты с заболеванием почек не относятся к группе повышенного риска (10).Пиперациллин-тазобактам, антибиотик пенициллина, который обычно не связан с нефротоксичностью, в последнее время был связан с ОПП в сочетании с ванкомицином (13). Однако механизм этой ассоциации остается неясным (13). Пенициллин G, карбенициллин, тикарциллин и ампициллин были связаны с нарушением агрегации тромбоцитов — редким побочным эффектом, который может быть более вероятным у пациентов с дисфункцией тромбоцитов, вызванной уремией (7,10).

Цефалоспорины

Одна ниша цефалоспоринов первого поколения — это лечение катетерных бактериемий, вызванных метициллин-чувствительным Staphylococcus aureus (MSSA).Как только становится ясно, что этот организм является MSSA, β -лактамные агенты связаны с лучшими результатами, чем терапия ванкомицином (14). Цефазолин — разумный выбор, так как его можно вводить три раза в неделю после сеансов диализа (14,15).

Грамотрицательные палочки ответственны за 14–27% инфекций кровотока у пациентов, находящихся на гемодиализе (16,17). При лечении грамотрицательных инфекций используются цефалоспорины третьего и четвертого поколений из-за их повышенной активности против грамотрицательных организмов.Цефтазидим является полезным вариантом, поскольку его можно вводить три раза в неделю после сеансов гемодиализа для достижения фармакодинамических целей (18). Имеются ограниченные данные о фармакодинамике цефтазидима у людей, но анализ исследования фазы 3 показал, что пациенты с концентрациями цефтазидима выше МПК в течение 45% интервала дозирования (45% время> МПК) достигли более благоприятных результатов у пациентов в стационаре. -приобретенная пневмония. При более критических инфекциях или нейтропении, когда можно захотеть использовать еще более консервативные фармакодинамические цели (70% времени> МПК), может быть лучше дозировать лекарство один раз в день (18).

Карбапенемы

Дальнейшие структурные модификации основной цепи β -лактама дали начало классу карбапенема антибиотиков и предоставили более широкий спектр активности, включая активность против грамотрицательных организмов, продуцирующих β-лактамазу. (7). Имипенем, первый препарат этого класса, вызывает судороги в высоких дозах, поэтому его следует с осторожностью применять при поражениях ЦНС, неврологических расстройствах или заболеваниях почек. В крупнейшем обзоре побочных эффектов имипенема (с участием 3470 пациентов в клинических испытаниях фазы 3) сообщалось об общей частоте приступов 2% (19).В несравнительных исследованиях фазы 3, при рассмотрении конкретно пациентов с клиренсом креатинина <20 мл / мин, частота приступов составила 11,8% у пациентов, получавших дозы 0,5–1,9 г / день, и 16,1% у пациентов, получавших> 3 г / день (20 ).

Риск судорог для меропенема, дорипенема и эртапенема составляет <1%, хотя для всех карбапенемов есть предупреждения о судорогах, перечисленные в их информации о назначении (20). В то же время, когда карбапенемы повышают риск судорог (предположительно из-за связывания с рецепторами ГАМК), карбапенемы также резко снижают уровень вальпроевой кислоты.Хотя механизм неясен (предложенные механизмы включают снижение абсорбции вальпроевой кислоты из-за индуцированного карбапенемом ингибирования кишечных транспортеров, снижение энтерогепатической циркуляции вальпроевой кислоты из-за снижения кишечной бактериальной β -глюкуронидазы и увеличение распределения вальпроевой кислоты в эритроцитах [ 21,22]), обзор шести случаев одновременного применения карбапенема и вальпроевой кислоты показал, что концентрация вальпроевой кислоты снизилась в среднем на 81,2%, при этом самая низкая концентрация была измерена между 4 и 11 днями терапии карбапенемом (21).Карбапенемы обычно хорошо переносятся с общими побочными эффектами, включая осложнения в месте инфузии, диарею, тошноту и рвоту (7).

Антиметициллин-устойчивый

S. Aureus Агенты

Ванкомицин

Ванкомицин — гликопептидный антибиотик с активностью против большинства грамположительных бактерий (таблица 3). Он подавляет синтез клеточной стенки бактерий за счет высокоаффинного связывания с предшественниками клеточной стенки D-аланил-D-аланина (23). Из-за его прежде всего бактериостатического профиля ванкомицин следует использовать в качестве препарата второй линии по сравнению с бактерицидными β -лактамными антибиотиками, такими как цефазолин и оксациллин, при серьезных грамположительных инфекциях, таких как бактериемия MSSA.Ванкомицин выводится почками, а 90% — в неизмененном виде (23). На основе данных исследований на животных in vitro и на людях исследования показывают, что соотношение AUC: MIC является фармакодинамическим параметром, связанным с эффективностью ванкомицина (24). Клинически мониторинг минимальной концентрации ванкомицина в сыворотке крови используется в качестве суррогатного маркера AUC для удобства и практичности; однако это не было подтверждено на большой группе пациентов, находящихся на диализе (24–26).

Таблица 3.

Грамположительный антибиотик спектра активности и лечение инфекционных заболеваний (23)

В клинической практике ванкомицин является препаратом первой линии для лечения серьезных метициллин-резистентных инфекций S. aureus . Увеличение использования ванкомицина привело к появлению изолятов S. aureus с пониженной чувствительностью к ванкомицину. Впоследствии Институт клинических и лабораторных стандартов снизил контрольные точки чувствительности к МИК с 4 до 2 µ г / мл.Нацеливание на более высокие минимальные концентрации ванкомицина (15–20 мкг / г / мл) было предложено как способ увеличения воздействия антибиотиков и борьбы с микроорганизмами с более высокими значениями МПК (24).

В 1980-х годах дозировка ванкомицина пациентам, находящимся на диализе, была рекомендована на уровне 15 мг / кг каждые 7–10 дней, поскольку во время сеансов диализа лекарство практически не удалялось (25). С появлением диализных фильтров с высокой пропускной способностью клиренс ванкомицина при диализе увеличился, что привело к стандартному режиму дозирования трижды в неделю.У пациентов, получающих ванкомицин в течение последнего часа диализа, необходимы более высокие интрадиализные поддерживающие дозы для достижения преддиализной минимальной концентрации 15–20 мкг / г / мл (27).

Нефротоксичность является общей проблемой при терапии ванкомицином и связана с одновременным введением нефротоксина (, например, , гентамицин, пиперациллин-тазобактам), нацеленных на минимальные значения 15–20 µ г / мл, ожирение, высокие суточные дозы и увеличенная продолжительность лечения (13).В целом, адекватная дозировка ванкомицина у некритически больных пациентов для лечения менее серьезных инфекций имеет минимальный риск нефротоксичности (13).

Липопептиды

Даптомицин — единственный представитель класса липопептидов антибиотиков. Он проявляет зависящую от концентрации бактерицидную активность против множества грамположительных бактерий за счет деполяризации мембран бактериальных клеток, вызывая потерю мембранного потенциала и последующую гибель клеток (23). Даптомицин обладает высокой степенью связывания с белками (86% у пациентов, находящихся на гемодиализе) с низким объемом распределения, что делает его идеальным средством для лечения инфекций кровотока (28).Важно отметить, что при легочных инфекциях следует избегать применения даптомицина, поскольку он инактивируется легочным сурфактантом.

Даптомицин в основном (78%) выводится с мочой в неизмененном виде (23). Следовательно, t _1/2 даптомицина увеличивается до 30 часов у пациентов, получающих гемодиализ, по сравнению с 8 часами у пациентов с нормальной функцией почек (28). Коррекция дозы даптомицина до 48-часового интервала дозирования рекомендуется пациентам с клиренсом креатинина <30 мл / мин или нуждающимся в гемодиализе (28).Однако это не согласуется с типичным графиком гемодиализа три раза в неделю. Для лучшего достижения целевых значений AUC: MIC было предложено увеличение дозы на 50% в течение 72-часового междиалитического периода (29). Хотя такое изменение дозы оптимизирует воздействие препарата, в последующем увеличивается вероятность превышения 72-часовой минимальной концентрации 24,3 мг / л, что связано с повышенным риском токсичности даптомицина для скелетных мышц (29). В дополнение к 30-минутной инфузии даптомицин можно вводить в течение 2 минут, что может быть полезно для более быстрого ухода за пациентами в диализных клиниках (28,29).

Серьезным побочным эффектом терапии даптомицином является миопатия. Из-за этого у пациентов следует еженедельно определять концентрацию креатинфосфокиназы (даже чаще у пациентов с нарушением функции почек) и контролировать мышечную боль или слабость во время терапии (28). Не рекомендуется одновременный прием статинов с даптомицином; однако недавняя литература предполагает, что эта комбинация была связана с численно более высокой, но не статистически значимой частотой миопатии или повышением уровня креатинфосфокиназы, и что терапия статинами, когда она клинически необходима, не должна препятствовать применению даптомицина при серьезных инфекциях (30).Дополнительные редкие побочные эффекты даптомицина включают эозинофильную пневмонию и периферическую невропатию. Следует отметить, что даптомицин демонстрирует зависящее от концентрации лекарственно-лабораторное тестовое взаимодействие с рекомбинантным тромбопластином, что приводит к ложному удлинению протромбинового времени и повышению международного нормализованного отношения. Это взаимодействие можно минимизировать, собирая эти лабораторные значения при минимальных концентрациях даптомицина в плазме (28).

Оксазолидиноны

До выпуска тедизолида в 2014 году линезолид был единственным агентом в классе оксазолидинонов.Нацеливаясь на Р-сайт 50S рибосомной субъединицы, эти бактериостатические агенты блокируют синтез бактериального белка (23). Оксазолидиноны не требуют корректировки дозы при дисфункции почек, так как большинство обоих препаратов проходят непочечный клиренс (31). Линезолид метаболизируется путем окисления до двух неактивных метаболитов, аминоэтоксиуксусной кислоты и гидроксиэтилглицина, которые накапливаются при ХБП с неизвестной клинической значимостью (32). Потенциальные риски следует сопоставить с преимуществами при использовании линезолида в этой популяции пациентов.Тридцать процентов линезолида удаляется посредством диализа , поэтому корректировки дозировки не требуется; однако рекомендуется вводить вторую из двух суточных доз после диализа (32).

Продолжительные курсы линезолида были связаны с зрительными и периферическими невропатиями и миелосупрессией. Тедизолид не связан с этими побочными эффектами, хотя долгосрочные данные о безопасности у людей после 21 дня недоступны (31). Оба агента слабо и обратимо ингибируют моноаминоксидазу-A и -B, поэтому при одновременном применении серотонинергических агентов следует соблюдать осторожность (31).

Липогликопептиды

Впервые выпущенный в 2009 году, телаванцин был первоначальным членом класса липогликопептидов, далбаванцин и оритаванцин получили одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в 2014 году. Эти агенты структурно родственны ванкомицину и имеют схожий механизм действия; однако они проявляют повышенную эффективность из-за их способности димеризоваться и прикрепляться к стенкам бактериальных клеток через липофильные боковые цепи (33). Кроме того, телаванцин и оритаванцин нарушают мембранный потенциал и проницаемость, что приводит к лизису клеток (33).Липогликопептиды представляют собой бактерицидные антибиотики, зависящие от концентрации, и их антибактериальная эффективность лучше всего коррелирует с соотношением AUC: MIC (33).

Телаванцин в первую очередь выводится через почки, при этом 76% обнаруживается в моче в неизмененном виде, поэтому требуется корректировка дозы, когда клиренс креатинина падает ниже 50 мл / мин (34). На этикетках продуктов для гемодиализа официальных рекомендаций по дозировке нет; однако схемы дозирования каждые 48 часов или трижды в неделю оказались эффективными в небольшой ретроспективной серии случаев (35).В настоящее время в отношении телаванцина выпускаются предупреждения в виде черного ящика относительно нефротоксичности и повышенной смертности у пациентов с ранее существовавшим умеренным / тяжелым нарушением функции почек (клиренс креатинина <50 мл / мин), получающих лечение от бактериальной пневмонии, приобретенной в больнице или связанной с аппаратом искусственной вентиляции легких (34). ). Анализ post hoc Оценки испытаний телаванцина для лечения внутрибольничной пневмонии (ATTAIN) предполагает, что повышенная смертность в этой популяции пациентов могла быть связана с большим количеством пациентов с грамотрицательными микроорганизмами на исходном уровне в группы телаванцина и при неадекватном лечении этих грамотрицательных организмов (36).Кроме того, у пациентов с тяжелой дисфункцией почек или нуждающихся в гемодиализе было продемонстрировано, что биологическая активность телаванцина в отношении S. aureus сохраняется (37). Осторожность по-прежнему оправдана, поскольку не все различия в смертности, наблюдаемые в исследованиях ATTAIN, могут быть связаны исключительно с грамотрицательной инфекцией у пациентов с клиренсом креатинина <50 мл / мин. В клинических испытаниях телаванцин имел более высокие показатели нефротоксичности по сравнению с ванкомицином, но механизм этого неизвестен (34).

Далбаванцин и оритаванцин обладают схожими фармакокинетическими характеристиками, с длинными t _1/2 и линейными кинетическими профилями. Одна треть далбаванцина выводится с мочой в неизмененном виде, и пациентам с клиренсом креатинина <30 мл / мин рекомендуется снижение дозы. Однако не рекомендуется изменять дозу пациентам, находящимся на диализе, поскольку их фармакокинетика аналогична пациентам с легкой и умеренной ХБП (38). Оритаванцин не удаляется гемодиализом и не изучался у пациентов с клиренсом креатинина <30 мл / мин или ESKD (39).

Поскольку оритаванцин является слабым ингибитором CYP2C9 и CYP2C19 и индуктором CYP3A4 и CYP2D6, его одновременное применение с варфарином следует тщательно контролировать из-за повышенного воздействия препарата, поскольку сообщалось о повышении средней AUC варфарина на 31% (39). ). Примечательно, что и телаванцин, и оритаванцин мешают тестам на коагуляцию (протромбиновое время, международное нормализованное соотношение, активированное частичное тромбопластиновое время и активированное время свертывания), поэтому совместное введение любого агента с нефракционированным гепарином противопоказано (34,40).

Аминогликозидные антибиотики

Аминогликозиды — это класс бактерицидных антибиотиков, действие которых проявляется в ингибировании синтеза бактериального белка (41). Риски ото- и нефротоксичности побудили клиницистов ограничить их использование (42). Однако аминогликозиды сохранили активность против многих организмов с множественной лекарственной устойчивостью (таблица 4), и поэтому до сих пор играют важную роль в антибактериальной терапии. Они демонстрируют зависящую от концентрации фармакодинамику, отсюда пик: отношения MIC 10–12 (43) наиболее связаны с антибактериальной эффективностью при грамотрицательных инфекциях (42).Традиционно аминогликозиды дозируются путем введения более низких доз (, например, , дозы гентамицина 3–6 мг / кг в день) (44,45), разделенных на две или три дозы в день, с контролем концентрации в сыворотке для корректировки дозы. более оптимальный метод дозирования, называемый «высокая доза, увеличенный интервал», объединяет дозы в большую суточную дозу (, например, , гентамицин 7 мг / кг, вводимый один раз в день) (5), чтобы оптимизировать полученные пиковые концентрации. Поскольку высокие остаточные концентрации связаны с нефротоксичностью, интервал дозирования при использовании этого метода увеличивается до 36 или 48 часов для пациентов с нарушением функции почек, чтобы позволить им полностью исключить лекарство.Эта высокая доза с увеличенным интервалом дозирования позволяет клиницистам максимизировать антибактериальную эффективность, а также ограничить токсичность, поскольку интервалы увеличены достаточно долго, чтобы обеспечить элиминацию антибиотика до концентраций ≤1 мк г / мл (и в большинстве случаев до неопределяемых уровней). . Этот метод дозирования использует способность аминогликозидов вызывать «постантибиотический эффект» (42). То есть они продолжают оказывать антибактериальное действие даже тогда, когда концентрации лекарства падают ниже МПК бактерий в течение части интервала дозирования.

Таблица 4.

Различный спектр активности антибиотиков и леченные инфекционные заболевания (41,51)

Клиницисты должны проявлять осторожность при использовании этой высокой дозы с увеличенным интервалом дозирования у пациентов с клиренсом креатинина <30-40 мл / мин, поскольку эти пациенты не способен эффективно удалять аминогликозиды. Высокие дозы потенциально могут вызвать длительное повышение концентрации аминогликозидов, что в конечном итоге приведет к токсичности. Для этих пациентов по-прежнему рекомендуется традиционное дозирование с тщательным терапевтическим контролем.

Пациентам, находящимся на диализе, аминогликозиды обычно назначают после каждого сеанса диализа, чтобы предотвратить их значительное удаление путем гемодиализа (5). Интересный способ оптимизации фармакодинамики аминогликозидов при диализе на самом деле включает введение больших доз перед гемодиализом для оптимизации антибактериального уничтожения и использование увеличенного клиренса, достигаемого в процессе гемодиализа, для снижения концентраций и предотвращения токсичности. Эффективность этого метода дозирования требует дальнейшей оценки, но заслуживает дальнейшего изучения и рассмотрения, особенно у пациентов, получающих регулярный диализ и борющихся с опасными для жизни грамотрицательными инфекциями с множественной лекарственной устойчивостью (46).

Фторхинолоны

Фторхинолоны широко назначаются в Соединенных Штатах с момента их первоначального выпуска в конце 1980-х годов из-за их широкого антимикробного покрытия, доступности пероральной лекарственной формы и эффективности при различных инфекционных заболеваниях. В настоящее время на рынке США для системного применения доступны пять фторхинолонов: ципрофлоксацин, левофлоксацин, моксифлоксацин, офлоксацин и делафлоксацин. Эти бактерицидные агенты нацелены и подавляют синтез ДНК за счет ингибирования ДНК-гиразы у грамотрицательных бактерий и топоизомеразы IV у грамположительных бактерий (47).

Фторхинолоны обладают высокой биодоступностью при пероральном приеме и отличным проникновением в ткани (47). Классически эти агенты классифицируются как имеющие зависящую от концентрации фармакодинамику. Интересно, что во многих фармакодинамических исследованиях фторхинолона сообщается, что соотношение AUC: MIC для свободного (несвязанного лекарственного средства) лучше коррелирует с клиническим излечением, тогда как соотношение свободный пик: MIC измеряет возможность возникновения бактериальной устойчивости (48). Исходя из их фармакодинамических характеристик интервал дозирования следует увеличить, но дозу сохранить.За исключением моксифлоксацина, фторхинолоны выводятся почками и потребуют корректировки дозы у пациентов с нарушением функции почек (47).

Разрыв сухожилия, периферическая невропатия и воздействие на ЦНС являются одними из серьезных побочных эффектов, связанных с фторхинолонами, из-за которых Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в 2016 г. выпустило предупреждение о безопасности, рекомендующее ограничение их использования при неосложненных инфекциях в ситуациях, когда нет альтернативные варианты лечения (49).В июле 2018 г. были внесены изменения в маркировку для всего класса, чтобы подчеркнуть риск побочных эффектов для психического здоровья и гипогликемической комы (50).

У пациентов с ХБП между фосфатсвязывающими средствами и фторхинолонами происходит важное, но иногда упускаемое из виду лекарственное взаимодействие. Известно, что фторхинолоны образуют хелат с двух- и трехвалентными катионами, что приводит к снижению абсорбции антибиотиков и потенциально неэффективному лечению (5). Кроме того, следует соблюдать осторожность при сочетании фторхинолонов с другими препаратами, удлиняющими интервал QT, такими как противорвотные, антиаритмические и антипсихотические средства (51).

Сульфаметоксазол-триметоприм

Сульфаметоксазол, как и другие сульфонамиды, является конкурентным ингибитором дигидроптероатсинтазы, бактериального фермента, участвующего в производстве предшественника фолиевой кислоты (51). В Соединенных Штатах сульфаметоксазол доступен только в сочетании с триметопримом, антибиотиком, который ингибирует дигидрофолатредуктазу, последующий фермент, также участвующий в производстве фолиевой кислоты. Триметоприм в 20–100 раз эффективнее сульфаметоксазола, поэтому для достижения фармакодинамических целей и максимальной эффективности концентрации сульфаметоксазола должны быть в 20 раз выше концентрации триметоприма (51).

t _1/2 сульфаметоксазола и триметоприма у лиц с нормальной функцией почек варьируются от 9 до 11 и от 10 до 15 часов, соответственно. Эти т _1/2 становятся пролонгированными при заболевании почек, с т _1/2 на 20–50 часов и 24 часа, соответственно, при ESKD (52–54). Один из метаболитов сульфаметоксазола, N4-ацетилсульфаметоксазол, в основном выводится почками и может накапливаться у пациентов с уремией, хотя значение этого остается неизвестным (53).

Дозу сульфаметоксазол-триметоприма следует уменьшить у пациентов с клиренсом креатинина <30 мл / мин (54). Гемодиализ умеренно эффективен в устранении обоих препаратов, что приводит к снижению их т _1/2 до нормальных значений во время сеанса гемодиализа (54,55).

Сульфаметоксазол-триметоприм обычно является безопасным лекарством с четко выраженными побочными эффектами. Расстройство желудочно-кишечного тракта встречается у 3–8% пациентов.Гематологические побочные эффекты встречаются реже, но включают мегалобластную анемию, лейкопению (особенно у пациентов с ослабленным иммунитетом) и тромбоцитопению (54,56). Триметоприм связан с гиперкалиемией, поскольку он дозозависимо ингибирует чувствительные к амилориду натриевые каналы в дистальном отделе нефрона. Считалось, что это наиболее вероятно у пациентов, получающих высокие дозы, но гиперкалиемия может возникать при стандартных дозах лекарства, особенно у пациентов с нарушенной функцией почек (57).

Споры вокруг нефротоксического потенциала сульфаметоксазол-триметоприма у пациентов с ХБП (10). Некоторые авторы сообщают об ухудшении функции почек у пациентов, принимающих антибиотик (58,59), тогда как другие не смогли подтвердить связь (60). Нефротоксичность, по-видимому, связана с сульфонамидным компонентом, который может вызывать гиперчувствительный интерстициальный нефрит, тубулярный некроз или кристаллурию (10). Следует также отметить, что триметоприм снижает канальцевую секрецию креатинина, что может вызывать повышение сывороточного креатинина без какого-либо реального изменения СКФ (10).

Назначение антибиотиков затруднено, особенно пациентам с заболеванием почек. Однако знание фармакологии лекарственного средства, его места в терапии, фармакокинетических и фармакодинамических соображений может помочь клиницисту оптимизировать использование антибиотиков, чтобы максимизировать эффективность и минимизировать побочные эффекты у пациентов. Ресурсы и руководства действительно существуют, чтобы помочь в оптимизации дозы (61–63), хотя рекомендации не являются последовательными или применимыми во всех клинических ситуациях (, например, , AKI, различные методы заместительной почечной терапии) (4,64).Список ресурсов для дозирования лекарств у пациентов с ХБП был включен в дополнительную таблицу 1. При просмотре литературы для рекомендаций по дозировке важно выбрать более свежие исследования, в которых используются аналогичные технологии диализа, поскольку стратегии оптимизации фармакодинамики и технологии диализа продолжают развиваться. . Однако практические знания фармакологии антибиотиков могут помочь клиницисту в принятии продуманных решений о назначении, направленных на максимизацию эффективности и ограничение побочных эффектов у особо уязвимых групп населения.

• Авторские права © 2019 Американского общества нефрологов

Сравнение штамма M145, продуцирующего актинородин, и его непродуцирующего производного M1146

Цитата: Coze F, Gilard F, Tcherkez G, Virollev MJ, Guyonlevarch A (2013) Распределение потока углерода в пределах Streptomyces coelicolor Метаболизм: сравнение штамма M145, продуцирующего актинородин, и его непродуцирующего производного M1146. PLoS ONE 8 (12): e84151.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0084151

Редактор: Микаэль Десво, Исследовательский центр INRA Клермон-Ферран, Франция

Поступила: 10 января 2013 г .; Принята к печати: 19 ноября 2013 г .; Опубликован: 23 декабря 2013 г.

Авторские права: © 2013 Coze et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Фабьен Коз был поддержан грантом (Grant ABG-25680 / BDI SDV24) Французского национального центра научных исследований (http://www.cnrs.fr/). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Соавтор Мари-Жоэль Вироль является членом редакционного совета PLOS ONE. Это не влияет на соблюдение авторами всех политик PLOS ONE в отношении обмена данными и материалами.Соавтор Фабьен Коз был аспирантом во время этого исследования. Он был принят на работу в DEINOVE после защиты докторской степени. В данной статье нет конкурирующих интересов с DEINOVE. Это не влияет на соблюдение авторами всех политик PLOS ONE в отношении обмена данными и материалами.

Введение

С конца 1960-х годов были предприняты значительные усилия для открытия новых антибиотиков. Однако открытие биологически активных молекул становилось все труднее из-за длительных и дорогостоящих процессов с биохимической и технической точки зрения.Более того, распространенность мультирезистентных бактерий в настоящее время значительно возросла [1]. Таким образом, открытие новых антибиотиков в настоящее время считается критически важным для программ общественного здравоохранения и медицинских исследований.

В этом отношении обитающие в почве грамположительные бактерии, принадлежащие к роду Streptomyces , являются важным источником новых биоактивных молекул [2]. Хотя эти бактерии производят до 70% антибиотиков, используемых в настоящее время в медицинских рецептах, а также многие ценные соединения (например, иммуносупрессоры или антиканцерогенные средства), недавние публикации последовательности генома нескольких видов Streptomyces [3] — [5] подчеркнули, что их потенциал по производству новых вторичных метаболитов остается огромным.Фактически, анализ генома показал, что для данного вида Streptomyces геном включает от 20 до 40 кластеров генов, предположительно участвующих в производстве многих вторичных метаболитов, в то время как только от трех до пяти в настоящее время производятся в обычных лабораторных условиях культивирования.

Генетическая организация генов, кодирующих белки, участвующие в производстве вторичных метаболитов, широко изучалась. В настоящее время описано несколько кластеров генов, кодирующих пути биосинтеза антибиотиков, а также специфические или плейотропные регуляторы [6].

Однако, хотя первичный метаболизм обеспечивает предшественников, восстановительную силу и энергию, используемую для биосинтеза биомассы и вторичных метаболитов, целостная картина взаимоотношений между первичным и вторичным метаболизмом все еще отсутствует. Анализ метаболического потока, описывающий распределение потока углерода в метаболической сети, который завершил бы предыдущие транскриптомные [7] и протеомные исследования [8], прояснил бы механизмы, с помощью которых первичный метаболизм поддерживает продукцию антибиотиков.Это, в свою очередь, будет иметь решающее значение для микробиологической инженерии штаммов Streptomyces , чтобы определить условия, при которых накопление предшественников, предпочтительная экспрессия вышеупомянутых кластеров генов или синтез антибиотиков являются оптимальными.

Streptomyces coelicolor A3 (2) M145 — это модельный штамм, часто используемый для исследования регуляции выработки антибиотиков, и его геном был первым, секвенированным и аннотированным среди видов Streptomyces [3].В зависимости от условий роста этот штамм может продуцировать до четырех антибиотиков, но, как правило, в качестве основного продукта синтезирует в основном голубой пигментированный поликетидный антибиотик актинородин [9].

Учитывая урожайность S. coelicolor M145, что предположительно указывает на эффективный синтез предшественника поликетида ацетил-КоА, S. coelicolor M145 был выбран в качестве «генетической платформы» для создания суперхозяина для гетерологичная экспрессия кластеров генов, связанных со вторичным метаболизмом, от других видов Streptomyces , а также организмов других родов [10] — [12].Чтобы избежать конкуренции между нативными и гетерологичными путями биосинтеза за ограниченный пул метаболических предшественников, четыре основных кластера антибиотиков из S. coelicolor M145 были удалены, давая штамм M1146 [11].

В S. coelicolor M145 производство кальцийзависимого антибиотика (CDA) совпадает с ростом [13], тогда как производство актинородина, ундецилпродигиозина и метиленомицина обычно происходит в начале стационарной фазы, когда скорость роста замедляется. [14], [15].В случае актинородина сдвиг между фазами роста и продуцирования сопровождается серией транскриптомных и протеомных переключений, ведущих к перенаправлению углерода на синтез актинородина [7], [8], [16].

В данной статье мы разработали минимальную среду с ограничением по N для изучения метаболических потоков S. coelicolor в стационарных условиях. N-ограничение было выбрано в качестве типичного условия, способствующего продукции актинородина S. coelicolor M145, как описано ранее [17] — [19].В таких условиях штаммы M145 и M1146 растут экспоненциально с очень низкой скоростью роста ( μ ∼0,04 ч ^-1 ), M145 продуцирует только актинородин во время фазы роста.

Мы использовали стабильные метаболические условия для расчета распределения потока углерода в S. coelicolor , используя комбинацию стехиометрической инвентаризации, описанной Холмсом [20], анализов активности ферментов, массового баланса (анализ метаболического потока) и ¹³ C изотопные методы (анализ метаболического потока ¹³ C).Данные анализа генома [3], транскриптома [7] и протеома [8] были использованы для ограничения и определения действующих метаболических путей.

Мы выясняем распределение потоков в первичном метаболизме углерода у штаммов S. coelicolor M145 и M1146 и сравниваем их, чтобы получить представление о влиянии нарушения вторичного метаболизма на метаболический гомеостаз.

Материалы и методы

Биологический материал

Настоящее исследование проводилось с S.coelicolor A3 (2) штамм M145 и S. coelicolor A3 (2) штамм M1146 ( act , red , cpk , cda делеций). S. coelicolor штамм A3 (2) M1146 не может продуцировать актинородин (ACT), ундецилпродигиозин (RED) и кальций-зависимые антибиотики (CDA), а криптическая поликетид-синтаза I типа (Cpk) не экспрессируется. Оба штамма были щедрым подарком от M.J. Bibb и J.P. Gomez-Escribano из Центра Джона Иннеса (Норвич, Великобритания).

Среда и условия роста

Периодические культуры выращивали в биореакторе (Infors Labfors 3) с рабочим объемом 2 литра, двумя лопастями типа Раштона и тремя перегородками. Биореактор был снабжен охлаждаемым конденсатором, чтобы избежать испарения среды. Температуру и pH контролировали на уровне 28 ° C и 7,0, соответственно, с автоматическим добавлением NaOH (1 моль л ^-1 ) или HCl (0,5 моль л ^-1 ). Концентрации CO ₂ и O ₂ контролировали с помощью газоанализатора Bluesens BCpreFerm.Аэрацию доводили до 0,4 объема воздуха (объемная культура) ^-1 мин ^-1 (vvm) и скорость перемешивания составляла 800 об / мин, чтобы поддерживать растворенный кислород около 70% насыщения (аэробные условия).

Определенный минимальный носитель (файл S1) был разработан в соответствии с Эгли и Фихтером [21]. Основываясь на теоретических факторах избытка минеральных элементов и витаминов по отношению к углероду [21], среда, хотя и ограничена N, позволила штаммам S. coelicolor достичь плотности бактерий 9.6 г (сухой вес клеток) L ^-1 и расти в течение более 5 поколений в фазе экспоненциального роста. Обратите внимание, что экспоненциальный рост в течение по крайней мере 5 поколений был предпосылкой для стабильного мечения изотопов в метаболитах [22]. Изотопное мечение проводилось со смесью, состоящей из 80% немеченой глюкозы и 20% [1- ¹³ C] глюкозы (CortecNet). Для экспериментов по ферментации 100 мл среды № 1 (15,0 г л ^-1 глюкозы, 15,0 г л ^-1 глицерина, 15.0 г L ^-1 бакто-пептон (Difco 0118-07), 3,0 г L ^-1 NaCl, 1,0 г L ^-1 CaCO ₃ , pH 7,2) в поликарбонатной колбе Эрленмейера объемом 500 мл с перегородками. инокулировали 10 ⁹ спор из 30% глицерина. Культуру инкубировали при 28 ° C и перемешивали магнитом (мешалка NuovaII, Bioblock Scientific / Sybron thermolyne) в течение 48 часов. Затем восемь мл использовали для инокуляции 100 мл среды № 2 (33,0 г л ^-1 глюкозы, 15,0 г л ^-1 дрожжевого экстракта (BD 212720), pH 7.2). Вторую культуру инкубировали 24 ч. Клетки из 40 мл собирали центрифугированием (3200 г , 5 мин, комнатная температура), суспендировали в 20 мл раствора TES (270,5 ммоль л ^-1 ) и немедленно использовали для инокуляции биореактора. Дополнительный образец объемом 10 мл использовали для количественного определения сухой массы клеток после фильтрации через фильтр из ацетата целлюлозы (0,22 мкм) и промывки дистиллированной водой перед сушкой при 95 ° C в течение 24 часов.

Газообмен

В биореакторах жидкая и газовая фазы были хорошо перемешаны, а диффузия газа была быстрой, так что как скорость выброса CO ₂ ( CER ), так и скорость поглощения O ₂ ( OUR) можно было рассчитать в каждый момент времени. с онлайн-измерениями:

В этих уравнениях предполагается, что накопление растворенных CO ₂ и N ₂ в жидкой фазе было незначительным.Расходы ( f _г ^в ), а также мольные доли (% CO ₂ ,% O ₂ ) измеряли с обезвоженным воздухом, чтобы избежать дисбаланса мольных долей из-за водяного пара. CER и OUR были нанесены на график в зависимости от времени и суммированы, чтобы количественно оценить общее выделение CO ₂ и потребление O ₂ . Последние значения используются в разделе Материалы и методы 12.1. для определения Y _{CO2 / S} и Y _{O2 / S} соответственно.Все сокращения и символы, использованные в этом исследовании, перечислены в файле S2.

Нуклеиновые кислоты, белки, антибиотики, измерения триацилглицерина и элементный состав

Нуклеиновые кислоты были определены количественно по Норрису и Риббонсу [23], а белки — по методу Брэдфорда [24]. Содержание актинородина и ундецилпродигиозина определяли спектрофотометрически согласно Кристиансену [25] и Tsao et al . [26] соответственно. Продукция CDA была обнаружена с помощью биоанализа, адаптированного из Lautru et al. [27]. Содержание триацилглицерина определяли с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурнье (FTIR), как описано Verleyen et al. [28] и Hong et al . [29]. Анализы FITR проводились в Лаборатории химии хими-физика, UMR 8000, CNRS / Université Paris Sud, Орсе, Франция (более подробную информацию см. В файле S1). Элементный состав (C, H, O, N) S. coelicolor определяли с помощью элементного анализатора (VarioCube, Elementar) на клетках, собранных во время экспоненциальной фазы роста.Элементный анализ был проведен в Institut de Chimie des Substances Naturelles, UPR 2301, CNRS, Gif sur Yvette, Франция.

Осаждение белков для анализа метаболитов

Супернатанты депротеинируют кислотным осаждением с помощью HClO ₄ 35% (0,1 мл (мл супернатанта) ^-1 ), а затем центрифугируют 2 мин при 6000 г при комнатной температуре. Супернатанты нейтрализовали холодным КОН (7 моль л ^-1 ), центрифугировали 2 мин при 6000 g при комнатной температуре и фильтровали через фильтр 0.Мембрана из полиэфирсульфона 22 мкм.

Количественное определение глюкозы и внеклеточных метаболитов

Глюкоза, α-кетоглутарат (2-оксоглутарат), пируват, L-лактат, ацетат и этанол анализировали из депротеинированных супернатантов на приборе Agilent 1200 HPLC с колонкой Aminex HPX-87H при 35 ° C с использованием H ₂ SO ₄ (5 ммоль л ^-1 ) в качестве элюента (0,5 мл мин ^-1 ). Метаболиты детектировали с помощью УФ-детектора Agilent SPD (210 нм) или детектора Agilent RID (40 ° C).

Количественное определение аммония

Содержание аммония измеряли ферментативно в 20 мкл депротеинированных образцов с глутаматдегидрогеназой в 1 мл аналитической смеси, состоящей из трис / HCl (0,1 моль л ^-1 ), pH 8,0, НАДН (0,2 ммоль л ^-1 ), АДФ (0,6 ммоль л ^-1 ), α-кетоглутарат (10 ммоль л ^-1 ) и 5 ​​единиц глутаматдегидрогеназы из бычьей печени (Sigma # G2626). За A ₃₄₀ наблюдали до конца реакции (~ 8 мин).

Количественное определение фосфатов

Фосфат

измеряли в 50 мкл депротеинизированных образцов с использованием 100 мкл PiBlue (PiBlue Phosphate Assay Kit, Gentaur). Мониторинг A ₆₀₀ велся в течение 30 минут при комнатной температуре.

Ферментативные анализы

Собирали 40 мл культуры и бактериальные клетки суспендировали в 10 мл буфера трис-трикарбаллиловой кислоты (15 ммоль л ^-1 ), pH 7,8, MgCl ₂ (10 ммоль л ^-1 ), 10% глицерина.При необходимости добавляли РНКазу A (1 мг / мл ^-1 ) и ДНКазу I (1 мг / мл ^-1 ). Образец обрабатывали ультразвуком 8 раз с помощью ультразвукового устройства Branson Sonifier 250, установленного на уровне мощности = 2, в течение 20 секунд с 30-секундными интервалами. Клеточный дебрис удаляли центрифугированием при 10 000 g в течение 15 мин при 4 ° C. Супернатант использовали как неочищенный экстракт. Концентрации белка измеряли по методу Брэдфорда, используя BSA в качестве стандарта [24]. Все активности ферментов измеряли на спектрофотометре Beckmann DU7400 при 28 ° C согласно Sugimoto и Shiio [30], [31], Nachlas et al .[32] и Sauer и др. . [33] с небольшими изменениями (подробности см. В файле S1).

Подготовка проб и анализ ГХ-МС

ГХ-МС-анализы аминокислот для определения ¹³ C-мечения (дополнительные подробности см. В файле S1) выполняли, как описано Zamboni et al. . [34]. Вкратце, после 5 поколений экспоненциального роста в присутствии 20% [1- ¹³ C] глюкозы клетки собирали, белки экстрагировали и подвергали кислотному гидролизу, экстракты дериватизировали метоксамином и N-метил-N- ( триметилсилил) трифторацетамида и вводили на ГХ-МС (газовый хроматограф Agilent 6890N, времяпролетный масс-спектрометр Pegasus III).Пиковое интегрирование выполняли с использованием программного обеспечения LECO Pegasus. Поскольку автоматическая интеграция пиков иногда была ненадежной, ручное управление и / или корректировки систематически выполнялись для каждого метаболита.

Пять независимых образцов были собраны в течение периода 1,5 поколения и проанализированы в трех экземплярах. В течение периода выборки μ , q _S , q _O2 , γ _CO2 , Y _{X / S} , Y _{ACT / S} , Y Значения _{CO2 / S} и Y _{O2 / S} были постоянными и были максимальными.Значения MID для Glu, Thr, Asp, Ala и Val были идентичными, с RDS менее 1%. Таким образом, мы заключаем, что в нашем эксперименте были обеспечены как метаболические, так и изотопные стационарные состояния.

S. coelicolor центральный метаболизм

Рассмотрены пути.

Центральная метаболическая сеть S. coelicolor была выведена в основном на основе аннотации генома [3], транскриптома [7] и протеомного анализа [8].

Вход глюкозы и фосфорилирование через комплекс пермеазы Glk-GlcP в S.coelicolor хорошо описаны [35] — [37]. Следовательно, мы предположили, что фосфорилирование глюкозы осуществляется АТФ-зависимой глюкозокиназой Glk.

Все гены и ферменты, участвующие в пути Эмбдена-Мейерхоф-Парнаса (EMP), цикла трикарбоновых кислот (TCA) и пентозофосфатного пути (PPP), были обнаружены у S. coelicolor [8], [38]. [40].

Путь Entner-Doudoroff (ED) оказался нефункциональным у нескольких видов Streptomyces [39], [41].Поскольку (i) наблюдался незначительный рост с двумя углеродными субстратами, а (ii) как изоцитратлиаза, так и малатсинтаза не были обнаружены в протеоме S. coelicolor [8], глиоксилатный шунт считался незначительным в наша модель.

В настоящей статье сравнение экспериментальных и рассчитанных значений γ _CO2 и анализ ¹³ C-мечения валина, аланина, глутамата, глутамина и пролина предоставили дополнительные доказательства этих предположений для S.coelicolor в условиях наших экспериментов (см. 3.4.).

Было показано, что

PEP-карбоксилаза является единственным анаплеротическим ферментом у видов Streptomyces [8], [38], [39], [42], [43] и поэтому учитывалась в нашей модели.

Экспериментальных данных об эффективности дыхательной цепи у видов Streptomyces мало [44]. Из соображений анализа генома мы предположили здесь, что дыхательная цепь S. coelicolor может быть разветвленной, с NADH-дегидрогеназой I типа, выделяющей 4 протона на NADH, несвязанной NADH-дегидрогеназой II типа и двумя терминальными оксидазами, bd комплекс, который выделяет 2 протона на NADH и суперкомплекс bc ₁ / aa ₃ , который выделяет 6 протонов на NADH [45].Было показано, что НАДН-дегидрогеназа I типа отвечает за около 70% активности НАДН-дегидрогеназы в аэробных условиях у Escherichia coli [46]. Было показано, что суперкомплекс bc ₁ / aa ₃ имеет более низкое сродство к кислороду и является преобладающим комплексом в аэробных условиях [47]. Ферменты, соответствующие как НАДН-дегидрогеназе I типа, так и суперкомплексу bc ₁ / aa ₃ , были идентифицированы в протеоме S. coelicolor [8].Анализ генома и протеомный анализ [8] дополнительно выявили присутствие F ₁ F ₀ -АТФ-синтазы. Если предположить, что для синтеза одного АТФ с помощью F ₁ F ₀ -АТФ-синтаза требуется от трех до четырех протонов, повторное окисление НАДН через ветвь bc1 / aa3 дает 1,50–3,33 АТФ. Предполагалось, что повторное окисление FADH происходит под действием сукцинатдегидрогеназы [8], [44]. В зависимости от пути, используемого электронами, перенос двух электронов от сукцината к кислороду дает 0.50–2,00 АТФ [48].

Принимая во внимание все эти данные, значение P / O (моль АТФ, произведенного на 0,5 моль потребленного O ₂ ), равное 2,0, можно было бы разумно считать для S. coelicolor . Тем не менее, наши результаты по распределению потока углерода не чувствительны к используемому значению P / O.

Два гена S. coelicolor ( SCO7622 и SCO7623 ) предположительно кодируют никотинамиднуклеотидтрансгидрогеназу PntAB-типа, которая взаимно превращает NADP + NADH в NADPH + NAD в E.coli [33], поэтому учитывали наличие трансгидрогеназы.

Аминокислоты, нуклеиновые кислоты, пептидогликан, липиды и биосинтез малых молекул.

Аминокислоты, нуклеиновые кислоты, малые молекулы, пептидогликан, триацилглицерин и пути биосинтеза липидов у S. coelicolor оказались идентичными таковым у других бактерий [42], и поэтому их стехиометрия была принята такой же, как наблюдаемая. у других микроорганизмов [22], [49] — [61] (см. файл S3).

Биосинтез антибиотиков.

Биосинтетические пути для 3 известных антибиотиков, продуцируемых S. coelicolor , были реконструированы с использованием генома S. coelicolor и опубликованных данных [62] — [70]. Для каждого антибиотика все этапы биосинтеза были объединены в одну единственную реакцию, которая включает прекурсоры, снижая потребность в энергии и энергии.

Состав биомассы.

Для расчета потоков углерода согласно стехиометрическому подходу Холмса [20] состав биомассы S.coelicolor клеток. Соответствующие количества основных полимеров, участвующих в составе биомассы S. coelicolor , а именно белков, ДНК, РНК, триацилглицерина, липидов и пептидогликана, были взяты из Borodina et al . [71] с некоторыми изменениями в соответствии с экспериментальными значениями, которые мы определили. Эти модификации обсуждаются в разделе Результаты 1.

Прекурсоры, кофакторы и потребности в энергии.

Используя состав биомассы, реакции, связанные с биосинтезом строительных блоков (первичный метаболизм) и реакции вторичного метаболизма, мы рассчитали прекурсоры, кофакторы и потребности в энергии для синтеза 1 г сухих клеток.На основе расчетов Ингрэма для E. coli [22] была рассчитана потребность в энергии для полимеризации макромолекул в S. coelicolor . Мы также рассчитали удельный прекурсор, энергию и снижение требований к мощности для синтеза 1 моля антибиотиков.

Расчет потока

Экспериментальная количественная оценка кинетических параметров.

Для каждого эксперимента были рассчитаны следующие графики: ln (X (t)) против т , X (t) против S (t) , ACT (t) против S ( т) , RED (т) по сравнению с S (т) , KET (т) по сравнению с S (т) , PYR (т) по сравнению с S (т) , CO ₂ (t) по сравнению с S (t) , O ₂ (t) по сравнению с S (t) , где X обозначает биомассу, а S обозначает исходную глюкозу.Во время экспоненциального роста каждая кривая была линейной, и наклон позволил нам определить константу скорости роста μ (h ^-1 ) и следующие выходы: Y _{X / S} , Y _{ACT / S} , Y _{RED / S} , Y _{CDA / S} , Y _{KET / S} , Y _{PYR / S} , Y _{CO2 / S} , Y _{О2 / С} . Например, Y _{X / S} — это выход продукции биомассы по отношению к глюкозе и т. Д.Обратите внимание, что выходы выражены в углеродных эквивалентах, , например. Y _{X / S} выражается в молях углерода биомассы на моль углерода глюкозы. Используя эти значения, потребление глюкозы и продуктивность метаболитов (мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 ) были рассчитаны как (обратите внимание, что следующие значения являются алгебраическими и поэтому могут быть отрицательными):

Баланс углерода (в%) рассчитан следующим образом:

Расчет анаболических потоков.

Глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат, рибозо-5-фосфат, эритрозо-4-фосфат, глицеральдегид-3-фосфат, 3-фосфоглицерат, фосфо енол пируват, пируват, ацетил-КоА кетоглутарат и оксалоацетат — 11 предшественников центрального метаболизма.Этих предшественников достаточно для синтеза любой макромолекулы в бактериях. То есть поток углерода в анаболические реакции может быть представлен 11 отдельными потоками от предшественников до биомассы и / или секретируемых метаболитов (антибиотиков, органических кислот). Известные молярные потребности биомассы или антибиотика для прекурсоров (для данного прекурсора i они обозначаются как p _i для биомассы, l _i для актинородина, m _i для ундецилпродигиозина, n _i для кальций-зависимого антибиотика, выраженного в мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 и мкмоль (мкмоль антибиотика) ^-1 , соответственно) и продуктивности (значения q и γ , см. материалы и методы 12.1) позволяют рассчитать потоки анаболической потребности Φ _i и сумму v _i для любого прекурсора i следующим образом: (биомасса) (актинородин) (ундецилпродигиозин) (кальций) (органический)

Анализ метаболического потока.

Хотя анаболические потоки Φ _и были рассчитаны, как описано в материалах и методах 12.2, катаболические потоки в расчетах центрального метаболизма еще предстоит определить, чтобы получить полное распределение потока углерода.Для этого метаболические реакции представляли в виде стехиометрической матрицы ( S ) размером {m, n}. Каждая строка этой матрицы представляла одно уникальное соединение среди m = 48 соединений, а каждый столбец представлял одну реакцию среди n = 46 сосредоточенных метаболических реакций. Обратите внимание, что 46 сгруппированных реакций соответствуют 265 ферментативным реакциям. S была разреженной матрицей с 0 в качестве наиболее представленного значения. Поток через все реакции в метаболической сети был представлен вектором v (размерность n).Набор концентраций в метаболитах был представлен вектором x (длина m). Системная динамика описывается как d x / dt = Sv . В установившемся состоянии d x / dt = 0, то есть Sv = 0. В настоящем исследовании это уравнение верно, поскольку метаболизм изучался в установившемся состоянии, т.е. находится в фазе экспоненциального роста, в которой потоки оборота постоянны и, следовательно, не происходит нарастания внутриклеточной концентрации метаболитов.Удельное потребление глюкозы ( q _S ) и 11 анаболических потоков ( Φ _i ) используются в качестве внешних ограничений. Однако система по-прежнему имеет одну степень свободы. Для решения системы использовались данные экспериментов по маркировке. Потребление O ₂ , эволюция CO ₂ и респираторный коэффициент ( QR ) здесь не использовались в качестве ограничения и были скорее сравнены с вычисленными потоками O ₂ и CO ₂ для проверки надежности нашей системы , как описано в разделе Результаты 2.

¹³ C Анализ метаболического потока.

Здесь мы воспользовались программным обеспечением OpenFlux, которое представляет собой вычислительный инструмент, основанный на структуре Elementary Metabolite Units (EMU) [72], [73] для анализа данных ¹³ C-мечения. Структура EMU, используемая здесь для моделирования, представлена ​​в Таблице S1. OpenFlux рассчитывает потоки по массовому изотопному распределению (MID, или изотопный паттерн) аминокислот. [ ¹³ C-1] глюкоза была использована здесь в качестве субстрата для мечения и позволила нам определить коэффициент потока между пентозофосфатным путем и гликолизом (соотношение PPP / Glyc).Фактически, когда [ ¹³ C-1] глюкоза метаболизировалась с помощью PPP, метка ¹³ C была потеряна в результате декарбоксилирования, в то время как метка ¹³ C была включена в аминокислоты, когда она вступала в гликолиз. Мы признаем, что обратимая активность триозофосфат-изомеразы и альдолазы может приводить к ¹³ C-метке в положении атома C-6 в фруктозо-1,6-бисфосфате, а затем, возможно, в гексозофосфатах [74]. Если он значительный, этот эффект следует принять во внимание для расчета относительной приверженности PPP и гликолиза.Мечение ¹³ C в триптофане и гистидине должно служить доказательством мечения в C-6, потому что их группа -COOH происходит именно из этого положения атома. В то время как триптофан отсутствовал в спектрах, так как он в значительной степени разлагается при кислотном гидролизе [75], образец C-мечения ¹³ в гистидине (таблица S2) показал, что изотопный обмен C-6 / C-1 незначителен. . Таким образом, результаты наших расчетов представляют собой фактические чистые потоки.

Данные

MID с масс-спектрометра были нормализованы к общим масс-сигналам следующим образом, давая относительное содержание изотопов:

Нормализованные MID были также скорректированы на содержание природных изотопов (C, H, N, O, Si) при расчетах потоков.Удельное потребление глюкозы q _S , 11 анаболических потоков Φ _i и нормализованное MID в глутамате ( m ₀ / z = 348), треонине ( m ₀ / z = 320), аспарагиновая кислота ( m ₀ / z = 334), аланин ( m ₀ / z = 218) и валин ( m ₀ / z = 246) были объединены, чтобы обеспечить уникальное решение для всех потоков углерода, тем самым решая вектор v .

Для анализа чувствительности потоки углерода оценивались путем минимизации взвешенной по дисперсии суммы квадратов остатков (SSR) между смоделированными и прогнозируемыми моделями MID с использованием нелинейной регрессии методом наименьших квадратов [76]. Во всех случаях оценка потока повторялась не менее 20 раз, начиная со случайных начальных значений для всех потоков, чтобы найти глобальное решение. При сходимости стандартные отклонения и 95% доверительные интервалы для всех потоков были рассчитаны с использованием метода продолжения параметров, описанного Антоневичем и др. .[76]. Этот метод основан на оценке профиля SSR как функции одного потока, в то время как значения для остальных потоков оптимизируются. 95% доверительный интервал для оцененного потока соответствует значениям потока, для которых SSR увеличилось менее чем на 3,84 [76]. Поток считался ненаблюдаемым, если 95% доверительный интервал превышал расчетное значение потока.

Метаболические потоки выражали как абсолютные (мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 ) или относительные потоки по отношению к поглощению глюкозы (мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 ).Относительные потоки позволили провести сравнение между штаммами, поскольку M145 и M1146 действительно имели разные скорости поглощения глюкозы.

Расчет потоков энергии, уменьшения мощности и газообмена по распределению потоков углерода.

С помощью формулы, использованной для прекурсоров, стехиометрии реакций, в том числе для синтеза антибиотиков (файл S3), и значений потока (материалы и методы 12.4), можно было рассчитать «внутреннее производство энергии» (АТФ), уменьшая энергетика (NADH, NADPH) и газообмен (O ₂ , CO ₂ ).Общая скорость выделения CO ₂ была рассчитана из катаболической продукции CO ₂ (гликолиз, TCA, PPP) и анаболической продукции как:

Затем это значение сравнивалось с нашей экспериментальной производительностью CO ₂ для проверки достоверности распределения потока углерода (см. Раздел Результаты 4). Другими словами, экспериментальная эволюция CO ₂ была независимой точкой данных, не использовавшейся в качестве ограничения для расчета распределения потока углерода. Мы предположили, что потребность в НАДФН и его продукция должны быть одинаковыми, поскольку метаболизм находится в стабильном состоянии.Если бы производство НАДФН было более важным, чем необходимость, избыток НАДФН мог быть преобразован в НАДФ ⁺ , тем самым уменьшая НАД ⁺ до НАДН никотинамиднуклеотидтрансгидрогеназой.

Точно так же метаболическая потребность в НАДН должна соответствовать продукции НАДН; но здесь и в целом производство НАДН было больше, чем окисление НАДН. Чтобы соответствовать нашему условию устойчивого состояния, мы предположили, что избыток НАДН повторно окисляется дыхательной цепью.Для потребления O ₂ анаболическая потребность была восполнена дополнительным потреблением, необходимым для избыточного повторного окисления НАДН со следующей стехиометрией: на 1 моль повторно окисленного НАДН израсходовано 0,5 моля O ₂ . Для АТФ также анаболические и катаболические потоки дополнялись производством АТФ, связанным с избыточным повторным окислением НАДН. На этом этапе знание фактического значения P / O (количество молей АТФ, образующихся на моль окисленного НАДН) было бы идеальным. Как указано в разделе «Материалы и методы» 11.1, мы предположили, что при 70% растворенном O ₂ , вероятно, преобладает путь цитохрома bc ₁ / aa ₃ , поэтому значение P / O 2 можно использовать для оценки продукции АТФ в результате окислительного фосфорилирования. . При этом предположении, что и для НАДН, производство АТФ будет выше, чем потребление АТФ. Избыточное производство АТФ, вероятно, будет компенсировано потреблением, необходимым для поддержания клеток. Такое потребление далее обозначается как mATP, то есть потребность в энергии для гомеостаза и оборота структурных молекул, а также других процессов, которые невозможно точно определить количественно ( e.грамм. энергии, необходимой для выведения антибиотика из организма).

Результаты

Состав биомассы

S. coelicolor

Как упоминалось в разделе «Материалы и методы» 11.4, мы в основном использовали здесь содержание метаболитов, указанное Бородиной и др. . [71] со значительными модификациями дезоксинуклеотидов (по причинам, которые станут очевидными ниже), включением бактопренола (0,34 мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ) в состав клеточной стенки [50] и модификацией триацилглицерина содержимое в M1146.Разложение биомассы на строительные блоки показано в таблице 1. Используя элементную формулу отдельных метаболитов и принимая во внимание потерю воды во время полимеризации макромолекул, состав строительных блоков позволил нам пересчитать макромолекулярный состав бактерий в белках, ДНК, РНК и липиды (таблица 2). Наши оценки согласуются с опубликованными значениями [77] — [80], за исключением фосфолипидов и ДНК.

Разница в содержании фосфолипидов считалась допустимой (0.42% от общей биомассы), поскольку ранее было показано, что такая небольшая разница в составе биомассы оказывает незначительное влияние на определение потока углерода [81].

Полученное здесь экспериментальное содержание ДНК составляло 6,0% (0,06 г (г сухой массы клеток) ^-1 ). Поскольку масса генома S. coelicolor в 1,86 раза больше, чем масса генома E. coli , который имеет общепринятое содержание ДНК 3,1% [82], значение 6% намного точнее, чем ранее. опубликовано за с.coelicolor [79].

Химическая формула элемента, рассчитанная на основе данных в таблице 1 (с поправкой на содержание воды от 4 до 5% H ₂ O избыток [83]): CH _1,62 O _0,45 N _0,25 (нормализовано с относительно углерода) с 5,7% золы. Это близко к найденным у других микроорганизмов [78], [84] — [87] и хорошо согласуется с элементной формулой, определенной экспериментально с помощью элементного анализа на основе сжигания / восстановления. Таким образом, мы сочли, что состав биомассы, описанный в таблице 1, был точным.

Разница в содержании триацилглицерина была обнаружена в составе биомассы M145 и M1146 с содержанием триацилглицерина 0,02 г (г сухой массы клеток) ^-1 для M145 и 0,03 г (г сухой массы клеток) ^-1 для M1146 (М. Вернь, личное сообщение).

С использованием ( i ) состава биомассы (таблица 1, таблица 2), ( ii ) стехиометрии реакций, описывающих биосинтез метаболитов (файл S3) и ( iii ), потребности в энергии пересчитаны для . С.coelicolor на основе опубликованных требований к энергии для полимеризации макромолекул в E. coli [22], мы рассчитали прекурсоры, кофакторы и энергетические потребности для синтеза 1 г сухого клеточного вещества (Таблица 3).

Ферментативная активность в

S. coelicolor

У Streptomyces lividans и других актиномицетов глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа оказалась НАДФ-зависимой, тогда как 6-фосфоглюконатдегидрогеназа оказалась НАД-зависимой [39], [88].Из-за его важности для массового окислительно-восстановительного баланса природа кофакторов была проверена здесь. Мы обнаружили, что глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа была строго NADP-зависимой, с удельной активностью 144,6 ± 2,7 мкмоль мин ^-1 (мг белка) ^-1 и не обнаруживаемой активности с NAD. Кроме того, мы обнаружили, что 6-фосфоглюконатдегидрогеназа была строго НАДФ-зависимой, с удельной активностью 236,4 ± 6,4 мкмоль мин ^-1 (мг белка) ^-1 и не обнаруживаемой активности с НАД.Мы также подтвердили, что изоцитратдегидрогеназа была строго NADP-зависимой, с удельной активностью 132,7 ± 4,3 мкмоль мин ^-1 (мг белка) ^-1 и не проявляла никакой активности с NAD.

Геном S. coelicolor содержит два гена ( SCO7622 и SCO7623 ), кодирующих PntAB-подобную никотинамиднуклеотидтрансгидрогеназу, но не ген, кодирующий UdhA. В E. coli PntAB восстанавливает НАДН, используя НАДФ в качестве восстановителя in vivo , в то время как UdhA катализирует обратную реакцию [33].Путем ферментативного измерения мы обнаружили явную трансгидрогеназную активность, которая катализирует восстановление тио-НАД с использованием НАДФН с удельной активностью 90,4 ± 3,7 мкмоль мин ^-1 (мг белка) ^-1 , и отсутствие активности вообще с тио-НАДФ и НАДН. Поскольку в геноме S. coelicolor не было обнаружено очевидного гена, кодирующего НАДФН-фосфатазу, в нашу модель была введена трансгидрогеназа в качестве фермента, который уравновешивал избыточную продукцию НАДФН.

Рост и экскреция метаболитов

S.coelicolor strins

Периодическое культивирование штаммов M145 и M1146 дало бактериальную плотность 8 г (сухой вес клеток) L ^-1 и 9 г (сухой вес клеток) L ^-1 соответственно. Стационарная фаза роста началась, когда среда стала обедненной азотом, глюкоза и фосфат были ограничены примерно через 9 часов после истощения азота для обоих штаммов.

Во время экспоненциальной фазы в биореакторах константа скорости роста ( μ ) M1146 составляла 13 ± 0.На 1% выше по сравнению с M145, тогда как удельная скорость поглощения глюкозы была почти на 13 ± 0,5% ниже (Таблица 4). Дыхательная активность (потребление O ₂ и производство CO ₂ ) была на 20 ± 2% ниже у M1146 по сравнению с M145, и, кроме того, штамм M145 продуцировал 2,03 ± 0,08 мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^{— 1} актинородина (до 400 мг на л ^-1 в конце культивирования), в то время как у M1146 вообще не было обнаружено продукции антибиотиков.

Баланс углерода во время экспоненциальной фазы был одинаковым для обоих штаммов (92 ± 2% в M145 и 87 ± 1% в M1146) и немного ниже 100%, что позволяет предположить, что определенное количество углерода не было восстановлено.ВЭЖХ, ЖХ-МС анализы и биоанализы супернатантов культур не позволили идентифицировать внеклеточные метаболиты, которые могли бы объяснить эту очевидную потерю углерода. Тем не менее, эти углеродные балансы аналогичны значению 94 ± 9%, найденному Бородиной и др. . [41] для S. coelicolor M145 и до значения 90%, найденного Bruheim et al . [89] для S. lividans во время продукции актинородина в условиях ограничения азота. Углеродный дисбаланс, вероятно, указывает на синтез одного или нескольких еще не идентифицированных вторичных метаболитов в S.coelicolor под N-ограничением.

Во время стационарной фазы оба штамма продуцировали α-кетоглутарат (82 мкмоль ± 4 (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 в M145 и 162 мкмоль ± 6 (г сухой массы клеток) ^-1 ч. ^-1 в M1146) и пируват (21 мкмоль ± 1 (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 в M145 и 167 мкмоль ± 11 (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 в M1146). Таким образом, наблюдалась явная разница в распределении углерода между двумя штаммами, при этом M1146 высвобождает больше пирувата и α-кетоглутарата в среде, вероятно, в результате изменения направления углерода в отсутствие роста и продукции антибиотиков, как обсуждалось в Раздел 4.4.

Диаграммы потоков

штаммов S. coelicolor

Использование стехиометрических коэффициентов и состава биомассы для вывода метаболических потоков (анализ метаболических потоков) не могло быть выполнено должным образом, поскольку неопределенное значение потока оставалось в точке разветвления PPP / гликолиза. Таким образом, мы использовали ¹³ C-мечение ([ ¹³ C-1] глюкоза) и анализ метаболического потока ¹³ C в изотопном стационарном состоянии для оценки относительной приверженности PPP в отличие от гликолиза.Изотопные паттерны аминокислот из гидролизатов белков, полученные с помощью ГХ-МС, показаны в Таблице 4. В рассмотренных аминокислотах (Glu, Thr, Asp, Ala и Val) было меньше ¹³ C-мечения (масса мкм). ₀ пропорционально более многочисленны) в штамме M1146, явно демонстрируя более низкую приверженность С-метки ¹³ гликолизу и TCA (из которых синтезируются эти аминокислоты) и, таким образом, большую приверженность PPP.

Анализ паттернов С-метки ¹³ в аланине и валине ясно показал отсутствие метки С- ¹³ в положении атома С-1 в обеих аминокислотах (Таблица S2).Это продемонстрировало, что положение атома C-1 в пирувате не было помечено и, следовательно, отсутствие активного пути Энтнера-Дудорова в наших условиях. Более того, несоответствие между γ _CO2 и было бы обнаружено, если бы в наших условиях был активен путь Энтнера-Дудорова или глиоксильный шунт, но это явно не так (см. Также ниже). Аналогичным образом, ¹³ C-мечение в C-1 в глутамате, глутамине и пролине показало активность анаплеротической фосфо енол пируваткарбоксилазы и исследование ¹³ C-мечения в положении C-5 в глутамате, глутамин и пролин показали, что глиоксильный шунт неактивен (Таблица S2).

Используя данные таблицы 4, потоки были рассчитаны численно с помощью OpenFlux, который основан на оптимизации взвешенных наименьших квадратов (см. Раздел Материалы и методы 12.4).

Мы проанализировали статистическую значимость и достоверность расчетных потоков в S. coelicolor M145 и M1146 с [ ¹³ C-1] глюкозой в качестве индикатора и тестом на чувствительность, описанным Antoniewicz et al. [76]. Небольшая чувствительность, , то есть ., Большие изменения значения потока, приводящие к небольшим изменениям минимизированной суммы квадратов остатков, указывают на то, что поток не может быть точно оценен.С другой стороны, большая чувствительность указывает на то, что поток определяется хорошо. В настоящем исследовании тесты на чувствительность показали высокую чувствительность (96%) с уровнем достоверности 95% во всех случаях. Согласно Wiechert et al. (1997), наши карты потоков представляют собой репрезентативные описания метаболических процессов у S. coelicolor [90].

В M145 и M1146 поток через PPP составил 22 ± 0,3% и 38 ± 0,2% доступного глюкозо-6-фосфата, соответственно.

Наши результаты анализа метаболического потока и изотопного мечения были объединены для построения карты потока углерода в M145 и M1146 во время экспоненциальной фазы роста (рис.1, рис.2). Потоки выражали в мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 или нормировали на поглощение глюкозы (мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 ). Соответственно, коммитируемая стадия PPP (глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа) была связана с потоком 0,372 ± 0,002 мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 в M1146, что в 1,7 раза выше, чем в M145 (0,214 ± 0,003 мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 ). Напротив, приверженность TCA составила 1,019 ± 0,02 мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 в M145, то есть 1.В 4 раза выше, чем у M1146 (0,730 ± 0,018 мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 ). Абстракция прекурсоров от первичного метаболизма углерода до синтеза биомассы была больше в M1146 (всего 1,019 ± 0,018 мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 , что дает 60 ± 1% (мольC моль ^-1 ° C) поглощения углерода, выделенного на биосинтез) по сравнению с к M145 (0,813 ± 0,02 мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 , 47 ± 1%). Пируват фосфо енол карбоксилировал карбоксилазой PEP в M1146 и, следовательно, увеличивал продукцию анаплеротического оксалоацетата для поддержания TCA.

Рисунок 1. Распределение потока углерода в S. coelicolor M145.

Серые стрелки представляют потоки углерода в центральном метаболизме S. coelicolor M145. Ширина стрелок пропорциональна потокам углерода. Значения потока в центральном метаболизме указаны в прямоугольниках со сплошными линиями, значения потока в биомассу включены в прямоугольники с пунктирными линиями. Верхние числа представляют средние фактические потоки (мкмоль (г сухой массы) ^-1 ч ^-1 ), нижние числа представляют средние нормированные потоки (мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 ).Положительные значения соответствуют потреблению, а отрицательные — производству.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0084151.g001

Рис. 2. Распределение потока углерода в S. coelicolor M1146.

Серые стрелки представляют потоки углерода в центральном метаболизме S. coelicolor M1146. Ширина стрелок пропорциональна потокам углерода. Значения потока в центральном метаболизме указаны в прямоугольниках со сплошными линиями, значения потока в биомассу включены в прямоугольники с пунктирными линиями.Верхние числа представляют средние фактические потоки (мкмоль (г сухой массы) ^-1 ч ^-1 ), нижние числа представляют средние нормированные потоки (мкмоль (мкмоль глюкозы) ^-1 ). Положительные значения соответствуют потреблению, а отрицательные — производству. Прямоугольники с темно-серой заливкой указывают на значения, значительно более высокие в M1146, чем в M145. Прямоугольники со светло-серым оттенком указывают на значения, значительно более низкие в M1146, чем в M145.

https://doi.org/10.1371 / journal.pone.0084151.g002

Суммирование анаболических и катаболических потоков для CO ₂ дало общую рассчитанную скорость выделения CO ₂ () (Рис. 1, Рис. 2, правая часть). Наши расчетные потоки можно сравнить с экспериментальными значениями (таблица 4, последняя строка). Между ними было хорошее согласие с разницей только в 3,8 ± 1% (M1146) и 2 ± 1% (M145). Точно так же общий расход O ₂ () был рассчитан на основе расчетных потоков и очень хорошо соответствует экспериментальным значениям q _O2 (разница менее 2.7 ± 0,5%). Экспериментальные и вычисленные скорости обмена CO ₂ и O ₂ дали респираторные коэффициенты ( γ _CO2 / q _O2 ) 0,982 ± 0,002 для обоих штаммов, как и следовало ожидать во время аэробного роста.

Энергетический и окислительно-восстановительный баланс

Продукция

НАДФН была одинаковой у обоих штаммов (рис. 1, рис. 2, справа). Однако потребность в НАДФН для биосинтеза биомассы была значительно выше для M1146, в то время как в обоих случаях продукция НАДФН превышала потребности.Производство НАДН в результате катаболизма и анаболизма было ниже (30 ± 3%) в M1146, потому что TCA был менее активен в этом штамме (см. Раздел «Обсуждение 4»). У M1146 продукция АТФ в результате катаболизма была ниже (29 ± 2%), чем у M145 по той же причине. В отличие от M145, производство АТФ в результате катаболизма было недостаточным для покрытия потребностей в АТФ для синтеза биомассы в M1146 (которые на 13 ± 0,1% выше, чем в M145, см. Раздел 4.3.). Тем не менее, эффективность преобразования НАДН в АТФ 0,25 дыхательной цепью в M1146 все еще будет покрывать потребности в АТФ в этом штамме.

Обсуждение

Потоки углерода в центральном метаболизме

S. coelicolor

Целью данной работы было реконструировать комплексную модель распределения потока углерода в первичном углеродном метаболизме у штаммов S. coelicolor M145 и M1146, чтобы лучше понять последствия отсутствия биосинтеза антибиотиков для метаболизма центрального углерода. Мы использовали здесь как анализ метаболического потока, так и анализ метаболического потока ¹³ C для определения потоков в центральном углеродном метаболизме.В нашем анализе использовались опубликованные и экспериментальные данные о составе и стехиометрии реакций. Как указано в разделе «Результаты 4», эта модель кажется верной, поскольку наблюдаемая частота дыхания (значения q _O2 и γ _CO2 , таблица 4) соответствовала расчетному выбросу CO ₂ и потреблению O ₂ с респираторный коэффициент около 1.

Тем не менее, анализ метаболического потока обычно считается маловероятным, чтобы дать полностью достоверное представление о фактическом распределении потока, и рассмотрение областей, в которых модель баланса потока углерода расходится с известным метаболическим поведением, может быть потенциально более информативным.Например, окислительные реакции окислительного пентозофосфатного пути обычно не переносятся в растворах баланса потока гетеротрофного метаболизма у растений [91], [92]. Это несоответствие возникает из-за того, что баланс массы НАДФН может моделировать обеспечение НАДФН другими возможными путями, такими как, например, изоцитратдегидрогеназа. Здесь изотопное мечение [ ¹³ C-1] глюкозой было выполнено, чтобы сделать вывод о метаболической приверженности PPP, который является источником NADPH. Было очень четкое ¹³ C-обогащение аминокислотами, производными TCA ( m ₁ и m ₂ намного больше, чем должно быть при естественном содержании C ¹³ ), что позволило количественно оценить достоверно ¹³ C-приверженность гликолизу и TCA по сравнению с PPP.

Используя этот подход, мы определили вклад PPP в катаболизм глюкозы у S. coelicolor M145 (22 ± 0,3%, рис. продукция актиноходина при скорости роста ( μ ) около 0,04 ч ^-1 [18].

В M1146 наша оценка вклада PPP составляет 38 ± 0,2% (рис. 2), что аналогично той, которая была обнаружена при аналогичных скоростях роста ( μ около 0,04 ч ⁻¹ ) в S.lividans (35%) во время продукции актинородина [93], Streptomyces noursei (33%) во время продукции нистатина [94], а также Streptomyces C5 (30%) во время продукции ε-родомицинона [39].

Мы предполагаем, что более высокий поток через PPP в M1146 является следствием более высокой потребности в НАДФН для поддержания как более высокой скорости роста (как ранее предполагалось для S. coelicolor [93], [94]), так и увеличения биосинтеза триацилглицерина. . Между прочим, более высокая потребность в НАДФН также может способствовать преодолению окислительного стресса (см. Обсуждение 4).

Редукционный баланс мощности

Считается, что потребности и производство НАДФН должны быть сбалансированы по мере того, как метаболизм клеток достигает устойчивого состояния [95]. Здесь у обоих штаммов продукция НАДФН превышала потребность в НАДФН (рис. 1, рис. 2, правая часть). Если бы содержание НАДФН было стабильным, то избыток НАДФН должен был бы быть окислен до НАДФ. В S. coelicolor это может включать никотинамиднуклеотидтрансгидрогеназу, поскольку наши анализы показали снижение тио-НАД за счет НАДФН.В своих исследованиях продукции актинородина в сверхпродуцирующем штамме S. lividans , Bruheim et al . [96] также предположили, что никотинамиднуклеотидтрансгидрогеназа должна уравновешивать избыточную продукцию НАДФН в условиях, в которых синтезируется актинородин.

Точно так же продукция НАДН была больше, чем потребность НАДН, и мы предположили, что это было компенсировано дополнительным окислением НАДН через дыхательную цепь. Также могли произойти другие метаболические реакции, окисляющие НАДН, такие как L-лактатдегидрогеназа или алкогольдегидрогеназа.Однако такая ферментативная активность маловероятна, поскольку метаболизм бактерий в наших условиях был аэробным. Кроме того, в наших экспериментах мы не обнаружили L-лактата и этанола вообще (данные не показаны).

Потребности в АТФ, мАТФ и P / O

В штамме M145 АТФ, образующийся в результате катаболизма (4,000 ± 0,043 мкмоль АТФ (мкмоль глюкозы) ^-1 ), будет покрывать потребности в АТФ для анаболизма (3,927 ± 0,052 мкмоль АТФ (мкмоль глюкозы) ^-1 ). Напротив, очевидный дефицит АТФ (1,118 ± 0,013 мкмоль АТФ (мкмоль глюкозы) ^-1 ) будет существовать в штамме M1146.

Для M145 и M1146, 5,643 ± 0,113 мкмоль NADH (мкмоль глюкозы) ^-1 и 4,453 ± 0,089 мкмоль NADH (мкмоль глюкозы) ^-1 были образованы в избытке в результате метаболизма и предполагаемой трансгидрирования NADPH, соответственно.

Поскольку баланс углерода не близок, мы знаем, что на расчет потребности в АТФ для анаболизма может повлиять, если АТФ требуется для биосинтеза неидентифицированных метаболитов. Этого не должно быть в случае НАДН, поскольку потребности НАДН для анаболизма незначительны (Таблица 3).

Количество АТФ, образующегося при повторном окислении NADH дыхательной цепью, очевидно, зависит от соотношения P / O. Здесь даже отношение P / O всего 0,25 было бы достаточно для покрытия потребности в АТФ в M1146.

Если принять во внимание отношения P / O, превышающие 0,25, как окисление общего NADH до NAD дыхательной цепью, так и внутреннее метаболическое фосфорилирование (пируваткиназа, и т. Д. .) Привели бы к явному избытку АТФ в обоих штаммах.

Этот очевидный избыток АТФ, который, безусловно, уравновешивается потреблением АТФ для поддержания клеток, может быть обозначен как mATP.mATP представляет собой потребность в энергии для основных, не связанных с ростом процессов, включая поддержание ионного потенциала через цитоплазматическую мембрану, транспорт метаболитов, гомеостаз клеток, обмен макромолекул и другие процессы [82]. Поскольку 80% пула актинородина в M145 было обнаружено во внеклеточном компартменте, значительная часть mATP, вероятно, была выделена для его экскреции.

Рассчитанный mATP сильно зависит от используемого значения P / O, и на практике значение P / O может существенно варьироваться в зависимости от условий роста [97].Однако выбранное здесь соотношение P / O не влияет на распределение потока углерода, обнаруженное в настоящем исследовании, то есть любое значение отношения P / O выше 0,25 даст такую ​​же картину потока углерода.

Здесь, принимая во внимание значение P / O, равное 2, значения mATP (на основе биомассы) будут 7,545 ± 0,3 и 4,482 ± 0,2 ммоль АТФ (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 в M145 и M1146, соответственно, то есть находились в пределах диапазона (4,52–9,64 ммоль АТФ (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 ) значений, обнаруженных у различных бактерий [98] — [102] и С.coelicolor [71], выращенный на глюкозе в качестве источника углерода.

Стандартный способ оценки поддерживающей энергии — это построить график удельной скорости поглощения глюкозы (ммоль глюкозы (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 ) как функции степени разбавления D (ч ^-1 ). ) в хемостате [103], точка пересечения y является значением поддерживающей энергии [104]. Из рассмотрения опубликованных коэффициентов разбавления [10], [19], [71], [93], [105], можно вычислить q _S значений в Streptomyces и значение 0.Найдено 425 ± 0,05 ммоль глюкозы (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 . Используя наши собственные экспериментальные данные, поддерживающая энергия должна соответствовать 0,498 ± 0,019 ммоль глюкозы (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 в M145 и 0,341 ± 0,015 ммоль глюкозы (г сухой массы клеток) ^-1 ч. ⁻¹ в M1146. Несмотря на то, что такие значения достаточно хорошо согласуются со средним значением из литературы, экспериментальное определение сохранения энергии в наших условиях еще предстоит определить.

Изменения метаболических потоков в M1146 и их последствия

Поскольку M145 продуцирует только актинородин из ацетил-КоА во время своего роста в наших условиях, генетическая делеция кластера биосинтеза актинородина в M1146, как и ожидалось, привела к видимым метаболическим изменениям (Рис. 1, Рис. 2). Поскольку ацетил-КоА является основным предшественником актинородина, накопление ацетил-КоА могло быть постулировано в M1146. Тем не менее, накопление ацетил-КоА маловероятно по ряду биохимических [106], физиологических [107], [108] и термодинамических причин.

Другие доказательства отсутствия накопления ацетил-КоА получены из экскреции большего количества пирувата в M1146 (167 ± 11 мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 ), чем в M145 (21 ± 1). мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 ) во время стационарной фазы. В отсутствие роста ацетил-КоА не мог быть перенаправлен на биомассу в M1146, и его накопления можно было просто избежать путем выделения его прямого, свободно диффундирующего предшественника пирувата.

При экспоненциальном росте M145, 80.4 ± 1 мкмоль ацетил-КоА (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 предназначены для производства биомассы и 32,5 ± 1 мкмоль ацетил-КоА (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 на продукцию актинородина. В M1146 без каких-либо других модификаций поглощения глюкозы и распределения потока углерода полное перенаправление 32,5 ± 1 мкмоль ацетил-КоА в биомассу привело бы к увеличению удельной скорости роста на 40% (0,0552 ч ^-1 ), a Увеличение анаплеротического потока на 40% и уменьшение на q _O2 (1,581 мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 ) и γ _CO2 (1,534 мкмоль (г сухих клеток) вес) ⁻¹ h ⁻¹ ) значений в M1146.

Однако удельная скорость роста M1146 была только на 13 ± 0,1% выше, чем у M145, а скорость потребления глюкозы была на 13 ± 0,5% ниже. В M1146, следовательно, был немного более низкий поток для синтеза ацетил-КоА из-за более низкой скорости потребления глюкозы, и, как результат, поток через продукцию TCA и АТФ был ниже (рис. 2). Соответственно, q _O2 (1,475 ± 0,05 мкмоль (г сухой массы клетки) ^-1 ч ^-1 ) и γ _CO2 (1,448 ± 0.05 мкмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 ) значения также были ниже.

Причины ограниченного увеличения скорости роста M1146 не очевидны, поскольку S. coelicolor может расти со значениями μ до 0,16 ч ^-1 , высокое значение q _S (2 ммоль (г сухая масса клеток) ^-1 ч ^-1 ) и низкая скорость продукции актинородина ( γ _ACT = 6 нмоль (г сухой массы клеток) ^-1 ч ^-1 ) [19].Возможны три механизма, лежащих в основе ограничения роста:

Во-первых, у Streptomyces peuceticus var. caesius и S. coelicolor , транскрипционная регуляция скорости поглощения глюкозы была продемонстрирована [36], [109], [110]. В M1146 может иметь место ограничение входа глюкозы, опосредованное еще не идентифицированным регуляторным белком (с ацетил-КоА или триацилглицерином в качестве ко-регуляторов).

Во-вторых, отсутствие синтеза актинородина в M1146 также может вызывать ограничение роста в качестве побочного эффекта.Действительно, совсем недавно Shin et al . [111] продемонстрировали, что внеклеточный пул актинородина участвует в активации регулона SoxR у S. coelicolor . Этот регулон кодирует белки, участвующие в транспорте или обмене малых окислительно-восстановительных токсичных соединений [112]. Как описано в E. coli Фридовичем [113], такие соединения могут изменять каталитические [4Fe-4S] центры различных дегидратаз, таких как фумараза и аконитаза в TCA, или дегидратазу дигидроксикислот, участвующую в синтезе большого количества аминокислот ( Ile, Leu и Val), пантотеновая кислота и кофермент A.Таким образом, при содержании растворенного кислорода менее 70% отсутствие продукции актинородина в M1146 могло привести к усилению внутриклеточного окислительного стресса, который, в свою очередь, препятствовал синтезу TCA, АТФ, синтезу биомассы и потреблению глюкозы. Участие окислительного стресса согласуется с увеличением продукции NADPH с помощью PPP в M1146 (см. Обсуждение 2).

В-третьих, углеродный метаболизм в M1146 частично компенсировал сниженную скорость роста (ниже μ ) и синтез антибиотиков за счет накопления нейтральных липидных соединений (триацилглицерин, см. Результаты 1).В аналогичном молекулярном контексте, то есть в мутанте bldA из S. coelicolor , неспособном продуцировать актинородин и ундецилпродигиозин, Plaskitt и Chater [114] также продемонстрировали более высокое содержание триацилглицерина. Фактически, кажется, существует компромисс между производством антибиотика и триациглицерина, поскольку (i) более высокая продукция актинородина наблюдалась в мутанте sco0958 , нарушенном в синтезе триацилглицерина [115] и (ii) , при одновременной делеции кластеры генов, кодирующие 5-поликетидсинтазу, и добавление плазмиды, включающей кластер генов, кодирующих биосинтез актинородина, привели к резкому увеличению продукции актинородина в S.coelicolor [116].

M1146 как супер-хост

M1146 был успешно использован в качестве суперхозяина для продукции актинородина, конгоцидина, хлорамфеникола и капразамицина после введения соответствующих кластеров генов [10], [11]. Однако использование M1146 не позволило эффективно продуцировать хлоробиоцин и кумермицин A1 [10].

Метаболические пути, связанные с производством конгоцидина [117], хлорамфеникола [118], капразамицина [119], хлоробиоцина и кумермицина A1 [120], [121], все были выяснены.Метаболиты-предшественники для производства конгоцидина (3-фосфоглицерат, N-ацетилглюкозамин, седогептулозо-7-фосфат и цитозин), хлорамфеникол (шикимовая кислота, дихлорацетил-КоА) и капразамицин (уридин, глицин, сантиметр). аденозилметионин, 3-метил-глутарил-КоА, жирный ацил-КоА, пер-метилированная рамноза) все являются производными глюкозо-1-фосфата, молекул пентозофосфатного пути, 3-фосфоглицерата и ацетил-КоА.

В случае хлоробиоцина и кумермицина A1 предшественниками в указанном порядке включения являются префенат (полученный как из эритрозо-4-фосфата, так и из фосфо- енола пирувата), новиоза (полученный из глюкозо-1-фосфата) и 3- или 5-метилпиррол-2-карбоновые кислоты.Эти пиррольные группы происходят из треонина (предшественник оксалоацетата) или пролина (предшественник α-кетоглутарата). Flinspach и др. . [10] ясно показали, что продуцирование хлоробиоцина и кумермицина А1 было неудачным в M1146, основные продукты представляли собой производные аминокумарина без каких-либо пиррольных групп или не ожидаемые.

Хотя мы знаем о возможных плейотропных эффектах из-за введения чужеродных генов на данном генетическом фоне, эти результаты кажутся совместимыми с нашим описанием потока углерода в M1146, i.e ., усиленный поток через PPP, умеренно сниженный поток гликолита к ацетил-КоА, повышенная экстракция ацетил-КоА для синтеза триацилглицерина и более низкий поток в TCA. В биосинтезах хлоробиоцина и кумермицина A1 потребление эритрозо-4-фосфата и пирувата фосфо енола может усугубить нарушение потока через TCA, что приведет к невозможности получения достаточного содержания пиррола.

Заключение и перспективы

В этой статье мы продемонстрировали, что объединение анализа метаболического потока и анализа метаболического потока ¹³ C дало точное описание потоков углерода в S.coelicolor в стационарных условиях. Наша работа также подтвердила ключевую роль никотинамиднуклеотидтрансгидрогеназы в окислительно-восстановительном гомеостазе у S. coelicolor.

Основное метаболическое различие между M145 и M1146 заключалось в увеличенном потоке через PPP в M1146, что, вероятно, столкнется с более высокими потребностями в НАДФН у этого штамма. Метаболические различия между M145 и M1146 также подчеркнули энергетические затраты на производство и выведение актинородина в M145.

Другими словами, возникнет метаболический компромисс между мгновенным ростом и производством антибактериальных соединений, которые, вероятно, обеспечат конкурентное преимущество [122] или будут вовлечены в определение кворума [112], [123], [ 124].Другими словами, считается, что антибиотики помогают защитить источник пищи и противостоять бактериальной конкуренции в естественной среде.

Наши результаты также предполагают вероятную конкуренцию между путями биосинтеза поликетидов за их общий предшественник, ацетил-КоА. Следовательно, удаление поликетидных антибиотических путей может способствовать увеличению доступности ацетил-КоА и, следовательно, триацилглицерина, который является важным источником возобновляемых олеохимических веществ. И наоборот, нарушение синтеза триацилглицерина может представлять интерес для повышения выхода поликетидных антибиотиков.

В Streptomyces антибиотики обычно производятся в небольших количествах в переходной фазе, когда рост бактерий замедляется в результате истощения питательных веществ, то есть не в стационарных условиях. Новые методы быстрого отбора проб [125], новые подходы к моделированию и высокочувствительные масс-спектрометры позволяют проводить нестационарный анализ метаболического потока ¹³ C [126], [127]. Вместе с нашими знаниями о метаболизме S. coelicolor в стационарных условиях теперь можно изучать метаболические потоки углерода во время неэкспоненциальных стадий роста.Это позволит лучше понять биосинтез вторичных метаболитов в таких условиях.

Ципрофлоксацин Риски и побочные эффекты

Фторхинолоны — это класс антибиотиков, одобренных для лечения или профилактики определенных бактериальных инфекций. Фторхинолоновые антибиотики включают ципрофлоксацин (Cipro), гемифлоксацин (Factive), левофлоксацин (Levaquin), моксифлоксацин (Avelox) и офлоксацин (Floxin).

Однако у некоторых людей, принимающих эти лекарства, могут развиться инвалидизирующие и потенциально необратимые побочные эффекты со стороны сухожилий, мышц, суставов, нервов и центральной нервной системы.Человек может одновременно испытывать более одного из этих побочных эффектов.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) не рекомендует использовать фторхинолоновые антибиотики для лечения трех распространенных инфекций: острого синусита, острого бронхита и инфекций мочевыводящих путей (ИМП) без осложнений. Агентство приняло это решение, потому что вероятность серьезных побочных эффектов перевешивает пользу для большинства людей.

FDA утверждает, что можно использовать фторхинолоны для лечения других серьезных инфекций или для пациентов, у которых нет другого выбора лечения.Сюда могут входить пациенты с аллергией на другие антибиотики или инфекциями, вызванными трудно поддающимися лечению устойчивыми бактериями.

FDA одобрило изменения на этикетках и в руководствах по лекарствам для фторхинолонов, принимаемых внутрь или в виде инъекций, на основании сообщений пациентов о побочных эффектах. FDA пересмотрело упакованное в рамку предупреждение, самое сильное, чтобы решить эти серьезные проблемы с безопасностью, и обновило руководство по лекарствам для пациентов. Справочник по лекарствам — это бумажный раздаточный материал, в котором есть множество рецептурных лекарств.

Серьезные побочные эффекты, о которых сообщалось в FDA, включают увеличение разрывов или разрывов аорты, которая является главной артерией тела, значительное снижение уровня сахара в крови, разрывы сухожилий, боль, ощущение «иголок» и депрессию. , беспокойство, мысли о самоубийстве и другие проблемы с психическим здоровьем. Около половины пациентов, у которых были серьезные побочные эффекты от фторхинолонов, сказали, что побочные эффекты начались после первой или второй дозы и включали:

• Длительная боль
• Боль, жжение, покалывание, онемение, слабость
• сухожилия, мышцы и суставы, включая отек, боль и разрыв сухожилий
• Симптомы, которые длились дольше года
• Депрессия, беспокойство или другие изменения психического здоровья
• Изменения чувствительности или повреждение нервов в руках, ногах, руках или ноги.

  Если у вас возникнут побочные эффекты во время приема лекарства, вы можете отправить отчет в программу FDA MedWatch.

  Реалистичное моделирование ионного потока через мембрану проливает свет на устойчивость к антибиотикам — ScienceDaily

  Ионные каналы, являющиеся «привратниками» потока ионов через клеточные мембраны, представляют ключевой интерес во многих клеточных процессах. Теперь новое исследование описывает инновационную новую вычислительную модель, которая реалистично моделирует сложные условия, обнаруженные в биологических системах, и позволяет более точно взглянуть на функцию ионных каналов на уровне отдельных атомов.

  Исследование, опубликованное 17 августа в выпуске Biophysical Journal , дает очень подробный взгляд на функцию бактериального канала, убивающего клетки мозга у людей с бактериальным менингитом, и дает представление о механизмах, лежащих в основе смертельной устойчивости к антибиотикам.

  «Ионные каналы играют важную роль в клеточном гомеостазе и передаче сигналов», — говорит старший автор исследования доктор Ульрих Захариа из Института биофизической химии Макса Планка.«Изучение их функции имеет решающее значение как для понимания межклеточной коммуникации, так и для разработки лекарств от множества заболеваний, вызванных каналом». Разработав новую вычислительную модель, доктор Захариа и его коллеги смогли напрямую моделировать поток ионов через мембранные каналы в условиях, очень похожих на те, которые испытывают живые клетки.

  Исследователи использовали свой новый метод для изучения PorB, бактериального канала, образованного патогенной Neisseria meningitidis.PorB внедряется в мембраны ключевых внутриклеточных структур в инфицированных клетках головного мозга хозяина и вызывает их гибель. Новый подход позволил группе доктора Захарии изучить детальные молекулярные механизмы ионного потока через PorB и изучить влияние конкретных мутаций на прохождение ионов через канал. Это имеет медицинское значение, потому что эти смертоносные бактерии быстро развивают устойчивость к антибиотикам за счет мутации канала PorB, который также является главными входными воротами для бактерий, так что обычные антибиотики больше не проходят через канал.«Основная цель нашего исследования — определить, как следует модифицировать обычные антибиотики, чтобы они снова проходили через бактериальные каналы», — объясняет доктор Захария.

  Таким образом, новый подход позволил чрезвычайно тщательно изучить функцию ионных каналов. «Мы показали, что наш метод точно предсказал ионную проводимость и селективность, а также очень подробно объяснил механизмы ионной проводимости», — заключает д-р Захариа. «Таким образом, мы ожидаем, что он будет полезен для изучения молекулярных механизмов прохождения ионов, например, для улучшения дизайна лекарств против мишеней ионных каналов, таких как PorB.Результаты таких исследований могут оказаться решающими для большой группы опасных бактериальных инфекций, которые вырабатывают все большую и большую устойчивость к антибиотикам.

  История Источник:

  Материалы предоставлены Cell Press . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

  ИНТЕГРАТИВНАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ОСНОВА ДЛЯ АНАЛИЗА АНТИБИОТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ В МАСШТАБЕ ГЕНОМА

  Аннотация

  Распространенность устойчивых к антибиотикам бактериальных патогенов требует разработки новых терапевтических подходов.Привлекательной мишенью является метаболизм, где влияние антибиотиков и резистентность остается малоизученным. Многочисленные исследования, проводимые омиксом, выявили метаболический ответ, вызванный антибиотическим стрессом, и предположили, что метаболизм приспосабливается к генетическому бремени устойчивости. Из этих данных вытекает гипотеза, что контекстно-зависимая модификация метаболизма является ключевым компонентом устойчивости к антибиотикам и стресса. Совершенно очевидно, что необходимы дальнейшие исследования взаимосвязи между метаболизмом, антибиотическим стрессом и резистентностью.Чтобы выяснить метаболические признаки устойчивости к антибиотикам, мы проанализировали метаболическое поведение дикого типа и устойчивых штаммов Escherichia coli с помощью комбинированного транскриптомного и флуксомного анализа. В частности, мы сравнили дикий тип E. coli к изогенным штаммам, экспрессирующим интегрированные копии генов устойчивости к tetRA и dhfr, соответственно, в нормальных условиях и условиях стресса антибиотиком. Из комплексных прогнозов потока на шкале генома (GS) мы наблюдали метаболический фенотип, связанный с резистентностью, а также метаболические сдвиги, специфичные для механизмов и мишеней.Кроме того, мы выявили отчетливую метаболическую реакцию на стресс, вызванный антибиотиками, у обоих устойчивых штаммов. Чтобы улучшить нашу вычислительную структуру, мы разработали NetRed, NetRed-MFA и NetFlow, каждая из которых предназначена для упрощения анализа потока GS. Благодаря сокращению без потерь моделей в масштабе генома (GSM) NetRed создала комплексную минимальную модель аэробного и анаэробного роста E. coli и быстро выяснила механизм, управляющий производством артемизинина в дрожжах. NetRed-MFA расширил исходный алгоритм, включив полное углеродное картирование для создания сокращенных моделей для анализа метаболического потока 13C.NetFlow использовала картирование углерода GS для выделения основных потоков углерода через базовую сеть и GSM; из подсети GSM мы определили механистическую взаимосвязь между тройным нокаутом и увеличением продукции ликопина в E. coli. Наша работа с резистентностью представляет собой первое применение количественного анализа потока для изучения метаболизма резистентных бактерий и должна дать существенное представление о роли метаболической адаптации в устойчивости к антибиотикам. Каждый из разработанных инструментов значительно улучшает интерпретацию прогнозов потока GS и понимание механизмов метаболических нарушений.В совокупности эта диссертация описывает комплексную основу для прогнозирования, сравнения и интерпретации измененных метаболических состояний.

  Устойчивость к антибиотикам, вызывающая мутацию в порине neisseria: структура, поток ионов и связывание ампициллина — Discovery

  TY — JOUR

  T1 — мутация устойчивости к антибиотикам, вызывающая мутацию в порине neisseria

  T2 — структура, поток ионов, и ампициллиновое связывание

  AU — Bartsch, Annika

  AU — Ives, Callum

  AU — Kattner, Christof

  AU — Pein, Florian

  AU — Diehn, Manuel

  AU — Tanabe, Mikio

  AU — Munk , Axel

  AU — Zachariae, Ulrich

  AU — Steinem, Claudia

  AU — Llabres, Salome

  N1 — Мы благодарны Н.Denkert и M. Meinecke за поддержку в построении и проведении измерений на черных липидных мембранах и I. Mey за полезные обсуждения. Программа Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ZIK HALOmem (от FKZ 03Z2HN21 до MTZ21), финансируемая Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Research Foundation Germany) в рамках Стратегии совершенствования Германии — EXC 2067 / 1-3940 (CS и AM). Субсидии для молодых ученых из MEXT (№ 16K18506 для MT), предоставленные Междисциплинарными исследовательскими фондами Wellcome Trust (грант WT097818MF), Физическим альянсом шотландских университетов (SUPA) и Благотворительным фондом Tayside (U.Z. и S.L.), а также Программой подготовки докторантов MRC (C.M.I). Координаты и структурные факторы для мутанта PorB G103K депонированы в банке данных белков RCSB под кодом доступа 7DE8.

  PY — 2021/6/1

  Y1 — 2021/6/1

  N2 — грамотрицательные бактерии вызывают большинство бактериальных инфекций с высокой лекарственной устойчивостью. Чтобы пересечь внешнюю мембрану сложной оболочки грамотрицательных клеток, антибиотики проникают через порины, белки тримерных каналов, которые обеспечивают обмен небольшими полярными молекулами.Мутации в поринах способствуют развитию фенотипов лекарственной устойчивости. В этой работе мы показываем, что единичная точечная мутация в порине PorB из Neisseria meningitidis, возбудителя бактериального менингита, может сильно влиять на связывание и проникновение бета-лактамных антибиотиков. Используя рентгеновскую кристаллографию, электрофизиологию высокого разрешения, атомистическое биомолекулярное моделирование и эксперименты по набуханию липосом, мы демонстрируем различия в аффинности связывания лекарств, селективности по ионам и проницаемости для лекарств PorB.Наша работа также выявляет различные взаимодействия между поперечным электрическим полем в пориновом ушке и цвиттерионными препаратами, которые проявляются под действием приложенных электрических полей в электрофизиологии и изменяются мутацией. Эти наблюдения могут применяться в более широком смысле к взаимодействиям лекарственное средство-порин по другим каналам. Наши результаты улучшают молекулярное понимание лекарственной устойчивости на основе порина у грамотрицательных бактерий.

  AB — Грамотрицательные бактерии вызывают большинство бактериальных инфекций с высокой лекарственной устойчивостью.Чтобы пересечь внешнюю мембрану сложной оболочки грамотрицательных клеток, антибиотики проникают через порины, белки тримерных каналов, которые обеспечивают обмен небольшими полярными молекулами. Мутации в поринах способствуют развитию фенотипов лекарственной устойчивости. В этой работе мы показываем, что единичная точечная мутация в порине PorB из Neisseria meningitidis, возбудителя бактериального менингита, может сильно влиять на связывание и проникновение бета-лактамных антибиотиков. Используя рентгеновскую кристаллографию, электрофизиологию высокого разрешения, атомистическое биомолекулярное моделирование и эксперименты по набуханию липосом, мы демонстрируем различия в аффинности связывания лекарств, селективности по ионам и проницаемости для лекарств PorB.Наша работа также выявляет различные взаимодействия между поперечным электрическим полем в пориновом ушке и цвиттерионными препаратами, которые проявляются под действием приложенных электрических полей в электрофизиологии и изменяются мутацией. Эти наблюдения могут применяться в более широком смысле к взаимодействиям лекарственное средство-порин по другим каналам. Наши результаты улучшают молекулярное понимание лекарственной устойчивости на основе порина у грамотрицательных бактерий.

  кВт — устойчивость к антибиотикам

  кВт — бета-бочки

  кВт — лекарственно-устойчивые инфекции

  кВт — электрофизиология

  кВт — менингит

  кВт — рентгеновская кристаллография

  UR — http: // www.scopus.com/inward/record.url?scp=85102860078&partnerID=8YFLogxK

  U2 — 10.1016 / j.bbamem.2021.183601

  DO — 10.1016 / j.bbamem.2021.183601

  M3 — Артикул

  718 C211 — 1863

  JO — BBA — Биомембраны

  JF — BBA — Биомембраны

  SN — 0005-2736

  IS — 6

  M1 — 183601

  ER —

  Дозирование антимикробных препаратов при прерывистом и непрерывном гемодиализе

  Ацикловир

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Инфекции HSV, не связанные с ЦНС	2.5 мг / кг внутривенно x1 сейчас, затем qPM	5 мг / кг в / в каждые 24 часа
  ВПГ-энцефалит / Диссеминированный VZV	5 мг / кг в / в x1 сейчас, затем qPM	10 мг / кг в / в каждые 12 часов

  Дозируемый вес:

  • Общая масса тела (TBW)
  • Общая масса тела 1-1,2x IBW: используйте IBW
  • Если Total BW> 1,2 раза от Ideal BW, используйте Adj BW

  AmBisome (липосомальный амфотерицин B)

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Инвазивные грибковые инфекции	5 мг / кг в / в каждые 24 часа	5 мг / кг в / в каждые 24 часа
  Профилактика (гем / BMT)	3 мг / кг в / в каждые 24 часа	3 мг / кг в / в каждые 24 часа

  * Используйте общую массу тела, если общая масса тела <идеальной массы тела.Если общая масса тела> 1,2 от идеальной массы тела, используйте скорректированную массу тела

  Внутривенные жидкости: дайте 500 мл физиологического раствора до и после введения AmBisome, если вы можете переносить

  Амоксициллин / клавуланат

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	500/125 мг перорально x1 сейчас, затем qPM	500/125 мг перорально каждые 12 часов

  Ампициллин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Неосложненная инфекция	2 г IV x1 сейчас, затем qPM	2 г в / в каждые 8 ​​ч
  Менингит или эндоваскулярная инфекция	2 г в / в каждые 12 ч	2 г в / в каждые 6 ч

  Ампициллин / сульбактам (Unasyn)

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	3г в / в каждые 12 ч	3г в / в каждые 6 ч

  Артесунат

  Показание	HD или CRRT
  Все показания	2.4 мг / кг внутривенно через 0 часов, 12 часов и 24 часа, затем 2,4 мг / кг внутривенно каждые 24 часа

  Азитромицин

  Показание	Доза	Банкноты
  Внебольничная пневмония, отделение интенсивной терапии	500 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа	Без регулировки для диализа
  Внебольничная пневмония, не в отделении интенсивной терапии	500 мг внутривенно / перорально x1, затем 250 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа

  Азтреонам

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	2 г IV x1 сейчас, затем qPM	2 г в / в каждые 12 ч

  Азтреонам не обладает перекрестной реактивностью с большинством других бета-лактамов; однако большинство пациентов с зарегистрированной аллергией на бета-лактам могут получить другой бета-лактам путем скрининга, пробного дозирования или кожных тестов.См. Руководство по стационарной аллергии

  .

  Балоксавир марбоксил

  Показание	Дозировка	Банкноты
  Лечение гриппа, неосложненное, 40-79 кг	40 мг PO x1	Без корректировки дозы при гемодиализе
  Лечение гриппа, неосложненное,> 80 кг	80 мг PO x1

  Каспофунгин

  Показание	Доза	Банкноты
  Все показания	70 мг внутривенно x 1, затем 50 мг внутривенно каждые 24 часа	Нет корректировки дозы при гемодиализе.Увеличьте поддерживающую дозу до 70 мг при введении с индукторами CYP3A4 (фенитоин, рифампин, карбамазепин, дексаметазон или эфавиренц).

  Цефазолин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	2 г IV x1 сейчас и после HD Альтернативное дозирование для пациентов, находящихся на стабильном графике гемодиализа: 2 г внутривенно / 2 г внутривенно / 3 г внутривенно после HD 3 г до 72 часов интрадиалитического периода; например, после пятничного диализа для пациентов, находящихся на графике MWF	2 г в / в каждые 12 ч

  Цефепим

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	2 г IV x1 сейчас и после HD Альтернативная дозировка для пациентов, не находящихся на стабильном графике гемодиализа: 1 г x1 сейчас, затем qPM	1 г в / в каждые 8ч

  Цефидерокол

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	750 мг внутривенно каждые 12 часов в течение 3 часов	Скорость потока сточных вод 2 л / ч или менее: 1.5 г внутривенно каждые 12 часов более 3 часов Скорость потока сточных вод 2,1 — 3 л / час: 2 г внутривенно каждые 12 часов в течение 3 часов Скорость потока сточных вод 3,1 — 4 л / час: 1,5 г внутривенно каждые 8 ​​часов в течение 3 часов Расход сточных вод> 4 л / час: 2 г внутривенно каждые 8 ​​часов в течение 3 часов

  Цефтаролин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Инфекции кожи / мягких тканей или внебольничная пневмония с низким риском MRSA	200 мг в / в каждые 12 часов	400 мг в / в каждые 12 часов
  Тяжелые инфекции, пневмония с подтвержденным или подозреваемым MRSA	300 мг в / в каждые 12 часов	600 мг в / в каждые 12 часов

  цефтазидим

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	1 г IV x1 сейчас и после HD	2 г в / в каждые 12 ч

  Цефтазидим / авибактам (Avycaz)

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	0.94 г в / в каждые 48 ч	2,5 г в / в каждые 8 ​​ч

  Цефтолозан / тазобактам (Zerbaxa)

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Осложненная инфекция мочевыводящих путей	750 мг внутривенно x1, затем 150 мг внутривенно каждые 8 ​​часов	Нет данных
  Пневмония, тяжелые инфекции	2.25 г в / в x1, затем 450 мг в / в каждые 8 ​​часов	Нет данных

  Цефтриаксон

  Показание	Доза	Банкноты
  Обычная доза	1 г в / в каждые 24 часа	Без коррекции дозы для гемодиализа
  Эндокардит и остеомиелит	2 г в / в каждые 24 ч
  Менингит и энтероккокальный эндокардит (в сочетании с ампициллином)	2 г в / в каждые 12 ч

  Ципрофлоксацин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	400 мг в / в каждый раз в минуту или 500 мг перорально в минуту	400 мг внутривенно каждые 12 часов или 500 мг внутрь каждые 12 часов

  Клиндамицин

  Показание	Доза	Банкноты
  Неосложненная инфекция	600 мг в / в каждые 8 ​​часов 450 мг внутрь каждые 8 ​​часов	Без коррекции дозы при гемодиализе
  Некротическая инфекция мягких тканей и инфекция, вызванная стрептококком группы А	900 мг внутривенно Q8h

  Клофазимин

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания	100 мг перорально каждые 24 часа	Без регулировки для диализа

  Колистин IV

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания для внутривенного вливания	5 мг / кг в / в x1 нагрузочная доза, затем обратитесь в аптеку ID для получения рекомендаций по дозировке

  Дозирование ингаляционного колистина в соответствии с протоколами основной группы

  Для наиболее серьезных грамотрицательных палочковых инфекций доступны другие более эффективные и менее токсичные препараты.В случаях, когда необходим внутривенный полимиксин, полимиксин B следует использовать преимущественно при инфекциях, не связанных с мочевыводящими путями, у взрослых.

  Далбаванцин

  Показание	Доза	Банкноты
  Режим однократной дозы (инфекция кожи / мягких тканей)	1500 мг внутривенно x1 доза	Для гемодиализа коррекции дозы не требуется
  Двухдозовый режим (инфекция кожи / мягких тканей)	1000 мг внутривенно x1, затем 500 мг внутривенно x1 через 7 дней

  Другие стратегии дозирования, используемые для лечения инфекций костей / суставов или бактериемии.

  Даптомицин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ *
  Все показания	8-10 мг / кг внутривенно x1 сейчас и после HD Альтернатива для пациентов, не находящихся на стабильном графике диализа: 8-10 мг / кг внутривенно каждые 48 часов	6 мг / кг в / в каждые 24 ч ** или 8-10 мг / кг в / в каждые 48 ч

  * Эти рекомендации не оценивались для пациентов, получающих непрерывную заместительную почечную терапию, отличную от CVVHD (напр.CVVH).

  ** Рассмотрите эту дозу для пациентов, получающих высокие скорости ультрафильтрации (например, CVVHD> 2 л / час) и / или пациентов с тяжелыми инфекциями (например, эндокардит) и / или получающих комбинированную терапию (например, цефтаролином). Руководство аптеки ID настоятельно рекомендуется для сложных случаев и / или использования в комбинированной терапии.

  * Если общая масса тела> 1,2 идеальной массы тела, используйте скорректированную массу тела

  Не эффективен при лечении пневмонии.

  Доксициклин

  Показание	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ *
  Все показания	100 мг внутривенно / перорально каждые 12 ч (без поправки на гемодиализ)	100 мг внутривенно / перорально каждые 12 ч (без поправки на гемодиализ)

  Эравациклин

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания	1 мг / кг в / в каждые 12 часов Сопутствующие сильные индукторы CYP3A4 : 1.5 мг / кг в / в каждые 12 часов	Без коррекции дозы для гемодиализа Тяжелая печеночная недостаточность : 1 мг / кг внутривенно каждые 12 часов x2 дозы, затем 1 мг / кг внутривенно каждые 24 часа

  Эртапенем

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	500 мг внутривенно x1 сейчас, затем qPM Альтернативный: 500 мг — 1 г в / в x1 сейчас, затем после HD *	1 г в / в каждые 24 часа

  * Стратегию дозирования после HD следует использовать в каждом конкретном случае после тщательного рассмотрения преимуществ дозирования только после HD и рисков токсичности эртапенема, включая пожилой возраст и низкую массу тела.Проконсультируйтесь с аптекой ID для получения рекомендаций.

  Этамбутол

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	15-25 мг / кг PO x1 сейчас и после HD	15-20 мг / кг перорально каждые 24 часа

  Доза рассчитана на основе идеальной массы тела.Препарат выпускается в таблетках по 400 и 100 мг.

  Фидаксомицин

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Clostridium difficile инфекция	200 мг внутрь каждые 12 часов	Без поправки на гемодиализ

  Флуконазол

  Показание	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ *
  Инфекция ротоглотки	100 мг внутривенно / перорально x1 сейчас, затем после HD	200 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа
  Инфекция пищевода	200 мг внутривенно / перорально x1 сейчас, затем после HD	400 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа
  Тяжелые инфекции	400 мг внутривенно / перорально x1 сейчас, затем после HD	800-1200 мг внутривенно / перорально в сутки, разделенные каждые 12-24 часа

  * Данные свидетельствуют о том, что клиренс флуконазола у пациентов, получающих CVVHD, выше, чем у пациентов с нормальной функцией почек, что требует применения более высоких доз.Эти рекомендации не оценивались для других методов непрерывной замены почек (например, CVVH) и могут не применяться.

  флуцитозин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	25 мг / кг PO x1 сейчас и после HD	Нет данных; обратитесь в аптеку ID

  Ганцикловир

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Лечение ЦМВ	1.25 мг / кг внутривенно x1 сейчас и после HD	2,5-5 мг / кг в / в каждые 12-24 ч
  Профилактика ЦМВ	0,625 мг / кг внутривенно x1 сейчас и после HD	Нет данных

  Гентамицин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	2 мг / кг внутривенно x1, затем 1 мг / кг внутривенно после HD	2 мг / кг в / в x1, затем 1.5 мг / кг в / в каждые 24 часа

  * Если Total BW> 1,2 раза от Ideal BW, используйте Adj BW.

  Мониторинг:

  Индикация	Мониторинг
  Грамположительная синергия	Парные уровни: проверьте пиковый уровень препарата через 30 минут после окончания инфузии (цель 3-4 мг / л) и минимальный уровень непосредственно перед следующей дозой (цель <1 мг / л)
  Грамотрицательный увеличенный интервал приема высоких доз («один раз в день»)	Одноуровневый: проверьте случайный уровень лекарственного средства через 6–14 часов после начала инфузии.Сравните с номограммой ниже. Парные уровни: проверьте пиковый уровень препарата через 1 час после окончания инфузии и произвольный уровень через 6-14 часов после инфузии. Обратитесь в аптеку ID за помощью.
  Грамотрицательное традиционное дозирование	Парные уровни: проверьте пиковый уровень препарата через 30 минут после окончания инфузии (цель 5-8 мг / л) и минимальный уровень непосредственно перед следующей дозой (цель <2 мг / л).

  Номограмма:

  Имипенем / циластатин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  грамотрицательные или Nocardia инфекции	500 мг в / в каждые 12 часов	1000 мг внутривенно x1 доза, затем 250 мг внутривенно каждые 6 часов
  Нетуберкулезные микобактериальные инфекции	Обратитесь в аптеку ID / ID за рекомендациями по дозировке

  Имипенем / циластатин / релебактам

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания 1.25 г = 500 мг имипенема + 500 мг циластатина + 250 мг ребатама	500 мг в / в каждые 6 часов	Нет данных

  Исавуконазол

  Показание	Доза	Банкноты
  Все показания	372 мг внутривенно / перорально каждые 8 ​​часов x 6 доз (48 часов), затем 372 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа	Без корректировки дозы при гемодиализе

  372 мг изавуконазония = 200 мг изавуконазола

  372 мг изавуказония (пролекарство) = 200 мг изавуконазола

  Изониазид

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	300 мг внутрь qPM	300 мг внутрь каждые 24 часа

  Летермовир

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания	480 мг в / в каждые 24 ч При одновременном применении циклозоприна: 240 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа	Нет рекомендаций по дозировке для гемодиализа

  Левофлоксацин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Стандартное дозирование	500 мг x1, затем 250 мг внутривенно / перорально Q48ч	750 мг внутривенно / перорально x1, затем 250 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа
  Пневмония или Pseudomonas Инфекции	750 мг x1, затем 500 мг внутривенно / перорально Q48h	750 мг внутривенно / перорально x1, затем 500 мг внутривенно каждые 24 часа

  Избегайте одновременного приема перорального состава с двухвалентными / трехвалентными катионами (например,грамм. кальций, магний, цинк) — разделить минимум на 2 часа.

  Линезолид

  Показание	Доза	Банкноты
  Все показания	600 мг в / в каждые 12 часов	Без корректировки дозы при гемодиализе

  Меропенем

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ (CVVHD)
  Стандартное дозирование	500 мг внутривенно x1 сейчас, затем qPM	1 г в / в каждые 8ч
  Менингит, муковисцидоз	500 мг внутривенно x1 сейчас, затем qPM	1 г в / в каждые 8 ​​часов и консультация аптеки

  Меропенем / ваборбактам

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания 4 г = 2 г меропенема + 2 г ваборбактама	Отрегулируйте дозу на основе рСКФ, доза после HD	Нет данных

  Метронидазол

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	500 мг в / в / перорально Q8ч	500 мг внутривенно / перорально Q8h

  Миноциклин

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания	200 мг внутривенно / перорально x1, затем 100 мг внутривенно / перорально каждые 12 часов	Без поправки на гемодиализ

  Моксифлоксацин

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания	400 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа	Нет коррекции при нарушении функции почек

  Нитрофурантоин (Макробид)

  Показание	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Лечение цистита	Данные ограничены для дозирования при гемодиализе; рассмотреть альтернативы
  Профилактика цистита

  Оритаванцин

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания	1200 мг внутривенно x1 более 3 часов	Без поправки на гемодиализ

  Осельтамивир

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Лечение гриппа	30 мг перорально x1 сейчас, затем после HD	75 мг внутрь 2 раза в сутки
  Профилактика гриппа	30 мг перорально x1 доза в неделю	30 мг перорально ежедневно

  Пенициллин G

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Нейросифилис, менингит	2 млн. Шт. В / в каждые 6 ч	3 млн. Шт. В / в каждые 4 ч
  Эндоваскулярная, бактериемия	2 млн. Шт. Внутривенно каждые 8ч	3 млн. Шт. В / в каждые 6 ч
  Менее серьезная инфекция	2 млн. Шт. В / в каждые 12 ч	2 млн. Шт. В / в каждые 6 ч

  Пиперациллин / тазобактам (Зосин) РАСШИРЕННАЯ ИНФУЗИЯ

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все инфекции, включая задокументированные / предполагаемые Pseudomonas Критерии исключения для РАСШИРЕННОЙ ИНФУЗИИ: резистентный или промежуточный чувствительный организм, муковисцидоз, перипроцедурные области, недостаточный внутривенный доступ	Используйте КОРОТКУЮ ИНФУЗИЮ пиперациллин / тазобактам	Ударная доза = 4.5 г внутривенно в течение 30 минут x1, затем 4,5 г внутривенно вводят в течение 4 часов каждые 8 ​​часов (начиная с 4 часов после ударной дозы)

  UCSF: ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНАЯ стратегия дозирования, если нет исключений

  Пиперациллин / тазобактам КОРОТКАЯ инфузия (SI) (Zosyn)

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	2.25 г в / в каждые 8 ​​ч	UCSF: Используйте РАСШИРЕННУЮ инфузию: ударная доза 4,5 г внутривенно в течение 30 минут x1, затем 4,5 г внутривенно в течение 4 часов каждые 8 ​​часов (через 4 часа после нагрузочной дозы)

  ТОЛЬКО для пациентов, исключенных из дозирования EI в UCSF. Критерии исключения для EI: резистентный или промежуточный организм, муковисцидоз, перипроцедуральные области, недостаточный внутривенный доступ

  Плазомицин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	Данные ограничены для всех форм диализа; рассмотрите альтернативы или обратитесь в аптеку ID

  Если Total BW> 1.2 раза Идеальная BW, используйте Скорректированную BW

  Полимиксин В

  Показание	Дозирование	Примечание
  Все показания	2,5 мг / кг в / в x1, затем 1,5 мг / кг в / в каждые 12 часов	Без корректировки дозы для гемодиализа

  Существуют и другие более эффективные, менее токсичные альтернативы для большинства грамотрицательных инфекций с множественной лекарственной устойчивостью.Если требуется полимиксин, полимиксин B предпочтителен для внутривенного лечения системных инфекций у взрослых. Для лечения инфекций мочевыводящих путей или при вдыхании используйте колистин (полимиксин E).

  Позаконазол

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания (внутривенно или таблетка с отсроченным высвобождением)	300 мг внутривенно / перорально каждые 12 часов x 2 дозы, затем 300 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа	Без корректировки дозы при гемодиализе

  Возьмите с собой.РАСТВОР позаконазола имеет более частое дозирование, низкую биодоступность и значительные ограничения в пище. Не заменяйте РЕШЕНИЕ на ТАБЛЕТКИ или ВВ без обсуждения с ID Pharmacy.

  Проверьте лекарства на предмет возможного взаимодействия с ними.

  Минимальные уровни позаконазола должны быть достигнуты у большинства пациентов, независимо от того, получают ли они средство для профилактики или лечения грибковых инфекций. Через 5-7 дней после:
  — начало терапии
  — изменение дозы
  — изменение пути введения
  — изменение потенциально взаимодействующих препаратов

  См. Рекомендации UCSF Lab Posaconazole для получения более подробной информации о мониторинге.

  пиразинамид

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	25-35 мг / кг PO x1 сейчас и после HD	20-25 мг / кг перорально каждые 24 часа

  Поставляется в таблетках по 500 мг

  Рифампицин

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Микобактериальные инфекции	600 мг в / в каждые 24 часа	Без корректировки при гемодиализе
  Инфекции протезов	300 мг внутривенно / перорально каждые 12 часов
  Эндокардит	300 мг в / в каждые 8 ​​часов

  Проверьте лекарства на предмет возможного взаимодействия с ними.

  Тедизолид

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания	200 мг внутривенно / перорально каждые 24 часа	Без поправки на гемодиализ

  Тигециклин

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания	100 мг внутривенно x1, затем 50 мг внутривенно каждые 12 часов	Без поправки на гемодиализ Тяжелая печеночная дисфункция : 100 мг внутривенно x1, затем 25 мг внутривенно каждые 12 часов

  TMP / SMX (триметоприм / сульфаметоксазол)

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Системные GNR-инфекции	2.5 — 5 мг ТМП / кг x1 сейчас и qPM	5-7,5 мг ТМП / кг / день, разделенные каждые 12 часов
  Pneumocystis пневмония	5–10 мг ТМП / кг в / в x1 сейчас и каждые сутки	10-15 мг ТМП / кг / сут в / в, разделенные каждые 6 часов — каждые 12 часов

  Таблетка одинарной дозы (SS) содержит 80 мг триметоприма (TMP)

  Таблетка двойной силы (DS) содержит 160 мг триметоприма (TMP)

  * Может рассматриваться Total BW для серьезных инфекций

  Тобрамицин

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	2 мг / кг внутривенно x1, затем 1 мг / кг внутривенно после HD	2 мг / кг в / в x1, затем 1.5 мг / кг в / в каждые 24 часа

  * Если Total BW> 1,2 раза от Ideal BW, используйте Adj BW.

  Мониторинг:

  Индикация	Мониторинг
  Грамотрицательный увеличенный интервал приема высоких доз («один раз в день»)	Одноуровневый: проверьте случайный уровень лекарственного средства через 6–14 часов после начала инфузии. Сравните с номограммой. Парные уровни: проверьте пиковый уровень препарата через 1 час после окончания инфузии и произвольный уровень через 6-14 часов после инфузии.Обратитесь в аптеку ID за помощью.
  Грамотрицательное традиционное дозирование	Парные уровни: проверьте пиковый уровень препарата через 30 минут после окончания инфузии (цель 5-8 мг / л) и минимальный уровень непосредственно перед следующей дозой (цель <2 мг / л).

  Валганцикловир (вальцит)

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Лечение ЦМВ	450 мг перорально x1 сейчас и после HD	450 мг перорально каждые 24 часа
  Профилактика ЦМВ	450 мг внутрь 2 раза в неделю	450 мг перорально каждые 48 часов

  * Ганцикловир внутривенно предпочтительно для начала терапии нестабильной функции почек или диализа

  Взять с едой

  Ванкомицин IV

  Индикация	Прерывистый гемодиализ	Непрерывный гемодиализ
  Все показания	15-20 мг / кг внутривенно x 1, затем 500 мг внутривенно только после HD	10-15 мг / кг в / в каждые 24 часа

  Округлить до ближайшего приращения 250 мг.Макс: 2 г / доза

  * Если Total BW> 1,2 раза от Ideal BW, используйте Adj BW

  Ванкомицин PO

  Показание	Доза	Банкноты
  Clostridioides difficile Инфекция: нефульминантная	125 мг внутрь 4 раза в сутки	Без корректировки дозы при гемодиализе
  Clostridioides difficile Инфекция: молниеносная	500 мг внутрь 4 раза в сутки

  Вориконазол

  Показание	Дозирование	Банкноты
  Все показания, IV маршрут	6 мг / кг внутривенно каждые 12 часов x 2 дозы, затем 4 мг / кг внутривенно каждые 12 часов	Без корректировки дозы при гемодиализе
  Все показания, PO Route Для пациентов с ожирением рассмотрите схему перорального приема на основе веса (4 мг / кг каждые 12 ч ADJ BW), обратитесь за помощью в ID или ASP.	400 мг перорально каждые 12 часов x дозы, затем 200 мг перорально Q12	Без корректировки дозы при гемодиализе

  Проверьте лекарства на предмет возможного взаимодействия с ними.

  Вориконазол обладает высокой вариабельностью между пациентами и пациентами. Минимальные уровни вориконазола должны быть получены у большинства пациентов , независимо от того, получают ли они средство для профилактики или лечения грибковых инфекций. Через 3-5 дней после:
  — начало терапии
  — изменение дозы
  — изменение пути введения
  — изменение потенциально взаимодействующих лекарств

  См. Рекомендации по вориконазолу лаборатории UCSF для получения более подробной информации о мониторинге.

  .