NAJWAŻNIEJSZE MECHANIZMY OPORNOŚCI PAŁECZEK Z RODZINY ENTEROBACTERIACEAE

Enterobacteriaceae to rodzina Gram-ujemnych bakterii wykazująca duże podobieństwo morfologiczne, antygenowe i genetyczne. To fermentujące glukozę drobnoustroje w kształcie pałeczek, stanowiące stałą bądź przejściową florę jelitową. Większość z nich to organizmy oportunistyczne, jednak istnieje szereg gatunków sklasyfikowanych jako patogenne. Są to również drobnoustroje, które w wyniku zwiększonej ekspozycji na antybiotyki wytworzyły szereg mechanizmów oporności, stając się wyzwaniem w przypadku konieczności dobrania odpowiedniej antybiotykoterapii.

Wytwarzanie beta-laktamaz o rozszerzonym spektrum działania – ESBL

Antybiotyki beta-laktamowe są największą i jednocześnie najczęściej stosowaną w lecznictwie grupą antybiotyków. Mechanizm ich działania polega na blokowaniu syntezy ściany komórkowej poprzez inhibicję enzymów biorących udział w tym procesie. Ze względu jednak na ich częste stosowanie, Enterobacteriaceae wytworzyły szereg cech warunkujących oporność na stosowane leki. Najczęściej występującym mechanizmem jest wytwarzanie enzymów zwanych beta-laktamazami, które hydrolizują wiązanie beta-laktamowe w cząsteczce antybiotyku powodując inaktywację leku.

Najbardziej istotnym z punktu widzenia klinicznego jest jednak syntezowanie beta-laktamaz o rozszerzonym spektrum działania (ESBL), co umożliwia hydrolizowanie antybiotyków z grupy penicylin, cefalosporyn (wyjątkiem są cefamycyny) a także monobaktamów.

W celu zachowania aktywności antybiotyków beta-laktamowych wobec szczepów ESBL(+) stosuje się inhibitory beta-laktamaz, takie jak kwas klawulanowy, sulbaktam czy tazobaktam. Przy ich jednoczesnym zastosowaniu, swoją aktywność wobec szczepów wytwarzających beta-laktamazy o szerokim spektrum działania wciąż uzyskują penicyliny, cefalosporyny (z wyjątkiem I generacji) oraz monobaktamy. Jednak szczepy wytwarzające ESBL(+) często wykazują oporność, nawet przy zastosowaniu inhibitorów. Swoją aktywność wobec nich utrzymują jedynie karbapenemy, cefamycyny lub cefalosporyny z inhibitorami beta-laktamaz. Te ostatnie jednak nie zawsze wykazują skuteczność wobec wszystkich grup enzymów.

Szczepy Enterobacteriaceae ESBL(+) długo uważano za patogeny ściśle związane z zakażeniami środowiska szpitalnego. Niestety, obecnie są rutynowo izolowane z zakażeń o etiologii pozaszpitalnej, w szczególności wśród zakażeń układu moczowego zarówno ludzi, zwierząt towarzyszących, hodowlanych. Coraz częściej także stwierdza się ich nosicielstwo. Dlatego obecnie Krajowy Ośrodek Referencyjny ds. Lekowrażliwości Drobnoustrojów rekomenduje wykonywanie testów w kierunku ESBL w ramach podstawowego antybiogramu dla wszystkich wyizolowanych szczepów bakterii z rodziny Enterobacteriaceae – bez względu na ich szpitalne czy pozaszpitalne pochodzenie.

Wytwarzanie cefalosporynaz – AmpC

Celafosporynazy są enzymami hydrolizującymi antybiotyki z grupy penicylin, cefalosporyn (za wyjątkiem IV generacji) i monobaktamów, które nie są wrażliwe na działanie inhibitorów beta-laktamaz. Za zdolność syntezy cefalosporynaz odpowiada gen AmpC, który znajduje się na chromosomach bądź plazmidach. Wiele gatunków Enterobacteriaceae produkuje więc cefalosporynazy, choć u części gatunków nie jest to istotne klinicznie.

Gen AmpC może ulegać ekspresji w sposób konstytutywny lub indukowany. W pierwszej drobnoustrój wytwarza enzymy w trybie ciągłym. O indukowanym mówimy wtedy, kiedy do ekspresji dochodzi tylko w obecności określonego antybiotyku. Zupełnie jednak inaczej wygląda sytuacja, w której dochodzi do mutacji w genie regulatorowym AmpC, co powoduje derepresję genu i produkcję wysokich stężeń cefalosporynaz. Powoduje to oporność szczepu na penicyliny i cefalosporyny nawet wyższych generacji.

Wytwarzanie karbapenemaz

Jednak najbardziej istotnym problemem z punktu widzenia klinicystów jest pojawienie się szczepów Enterobacteriaceae wytwarzających karbapenemazy – enzymy hydrolizujące karbapenemy, które do tej pory uważane są za leki ostatniej szansy przy leczeniu zakażeń wywołanych przez Gram-ujemne pałeczki.

Szczepy, które są producentami karbapenemaz wynikających z obecności genów kodujących na plazmidach, są zdolne do hydrolizy praktycznie wszystkich antybiotyków beta-laktamowych. Najszersze spektrum substratowe posiadają karbapenemazy grupy KPC zaliczane do karbapanemaz klasy A. W Polsce szczepy KPC(+) izoluje się od 2008 roku i obecnie stanowią ogromne zagrożenie dla zdrowia publicznego.

Równie istotną grupą karbapenemaz są metalo-beta-laktamazy (MBL) zaliczane do klasy B. Hydrolizują wszystkie karbapenemy oraz beta-laktamy za wyjątkiem aztreonamu. Głównymi producentami karbapenemaz MBL są pałeczki niefermentujące, np. Pseudomonas aeruginosa, będący istotnym czynnikiem etiologicznym zakażeń ran, układu oddechowego czy układu moczowego.

Utrata powinowactwa do fluorochinolonów

Fluorochinolony to grupa antybiotyków, która często i powszechnie stosowana jest zarówno w medycynie klinicznej jak i weterynaryjnej. W wyniku ekspozycji na lek, Enterobacteriaceae wytworzyły szereg mechanizmów, które powodują ich zmniejszoną wrażliwość lub oporność.

Oporność na fluorochinolony może być kodowana zarówno chromosomowo jak i plazmidowo. Jednym z głównych mechanizmów jest występowanie mutacji w budowie gyrazy lub topoizomerazy, co skutkuje po prostu utratą powinowactwa do antybiotyku.

Pałeczki Gram-ujemne mają także zdolność do aktywnego usuwania cząstek antybiotyku z komórki za pomocą pomp błonowych. Ten mechanizm daje jednak fenotyp niskiej oporności, tj. 4-8 krotnie podwyższając wartość MIC antybiotyku. Znacznie wyższą utratę wrażliwości prezentują te szczepy, których mechanizmy oporności kodowane są na plazmidowo.

Autorka: Karolina Baranowicz

Fotografia: z prywatnych zbiorów autorki

Bibiografia:

1. EUCAST guidelines for detection of resistance mechanisms and specific resistances of clinical and/or epidemiological importance; July 2017; ver. 2.0.

2. European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing Breakpoint tables for interpretation of MICs and zone diameters; Version 10.0, valid from 2020-01-01

3. Rekomendacje doboru testów do oznaczania wrażliwości bakterii na antybiotyki i chemioterapeutyki; Gniadkowski, Żabicka, Hryniewicz; 2010

4. Diagnostyka bakteriologiczna; Eligia M. Szewczyk; 2019