Mecanismos de Resistencia a los Antibióticos ß-lactámicos y Glicopéptidos Dra Daniela Centrón UBA/CONICET
Mecanismos de resistencia a antibióticos, 2016 *Eflujo del antibiótico *Impermeabilidad al antibiótico *Inactivación enzimática *Protección del blanco *Modificación del blanco *Vía alternativa del antibiótico *Formación del biofilm *PUEDEN SER ADQUIRIDAS POR TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES (HGT)
TIPOS DE RESISTENCIA NATURAL: propia del microorganismo. ADQUIRIDA: es aquel tipo de resistencia que determinada especie ha adquirido a lo largo del tiempo. TIENE MAYOR IMPACTO A NIVEL CLÍNICO
Se habla de resistencia en tres niveles Mecanismo de resistencia: codificado por la célula bacteriana Resistencia poblacional Resistencia de una población que está produciendo una infección
1-Mecanismo de resistencia Mecanismo molecular utilizado por la célula bacteriana para resistir la acción de los antimicrobianos. *Eflujo del antibiótico *Impermeabilidad al antibiótico *Inactivación enzimática *Protección del blanco *Modificación del blanco *Vía alternativa del antibiótico *Formación del biofilm
2-Resistencia poblacional Capacidad de una cepa de resistir a la acción de una concentración dada de un antibiótico en un medio de cultivo.
3-Resistencia de una población que está produciendo una infección Eficacia Terapéutica
USO RACIONAL DE ANTIBIOTICOS Problemática de la resistencia a antibióticos Multirresistencia y evolución a la extrema resistencia Alta frecuencia de aislamientos multirresistentes a nivel mundial Mayor porcentaje de cepas multirresistentes en nuestro país Cepas pan-resistentes en nuestros hospitales SOLUCIONES Vigilancia epidemiológica y el control de infecciones en nuestro país
Resistencia a los -lactámicos
Características de los -Lactámicos Todos tienen igual blanco de acción: la inhibición de las PBPs lleva a la inhibición de la síntesis del peptidoglicano
Mecanismo de acción de Antibióticos -lactámicos Lipopolisacárido Proteína de Transp Canal de Porina Abierto -Lactámico Pared Celular Lipoproteína -Lactámico Espacio Periplásmico Βeta-Lactamasas Peptidoglicano Membrana Celular Proteína de Unión a Penicilina Proteína de Membr
Pared bacteriana Membrana Citoplasmática Citoplasma PBPs racemasa L-Ala Péptido glicano de S. aureus PBPs ligasa Ddl D-Ala + PBPs D-Ala-D-Ala carboxipeptidasa transpeptidasa transglicosilasa PBPs UDP MurF UDP tripéptido L-Ala-D-Glu-L-Lys glicopéptido pentapéptido Carrier de lípidos acido N-acetilmuramico N-acetilglucosamina
Pared bacteriana Membrana Citoplasmática PBPs Citoplasma L-Ala PBPs PBPs D-Ala + D-Ala-D-Ala carboxipeptidasa transpeptidasa transglicosilasa PBPs UDP glicopéptido pentapéptido -lactámicos acilan el sitio activo de la serina de las PBPs, inhibiendo la formación del péptido glicano.
(a) penicilina a) Estructura de la penicilina (R es variable). b) La conformación tridimensional de D-Ala-D-Ala es similar a la de la penicilina.
Penicilinas Naturales (penicilina G, penicilina VK) Penicilinas Resistentes a las Penicilinasas (nafcilina, oxacilina, meticilina) Aminopenicilinas (ampicilina, amoxicilina) Carboxipenicilinas (carbenicilina, ticarcilina) Ureidopenicilinas (piperacilina, azlocilina) Primera Generación de Cefalosporinas (Cefazolina, Cefalotina (parenteral) Cefalexina (oral)) Segunda Generación de Cefalosporinas (Cefaclor, Cefuroxima (Orales), Cefamandole, Cefuroxima, Cefotetan (Parenterales), Cefoxitina) Tercera Generación de Cefalosporinas (Cefixima (Oral), Cefotaxima,Ceftazidima,Cefoperazona, Ceftriaxona) Cuarta Generación de Cefalosporinas (Cefepime) Carbapenemes (Imipenem, Meropenem) Monobactamos (Aztreonam)
Efecto Terapéutico Bactericida
Penicilina Activa frente a Cocos Gram Positivos Aerobios y Anaerobios También es activa frente a Cocos Gram Negativos Aerobios, como por ejemplo Neisseria spp.
Cefalosporinas Aislada en 1948 en la costa de Cerdeña a partir de Cephalosporium acremonium Relacionado con las penicilinas por su estructura y mecanismo de acción Más resistente a las β-lactamasas
Clasificación de las Cefalosporinas Primera generación Segunda generación Tercera generación Cuarta generación Quinta generación Al aumentar la generación, se incrementa la susceptibilidad a bacterias Gram -, se incrementa la resistencia a las β-lactamasas y disminuye la eficacia frente a las Gram +.
Primera Generación Cocos Gram +, bacilos Gram -, anaerobios de la cavidad bucal Staphylococcus aureus MS, Proteus mirabilis, E. coli, Klebsiella pneumoniae Cefazolina, Cefalotina (parenteral) Cefalexina (oral)
Segunda Generación Menos activa contra Gram+ y más contra Gram- Haemophilus influenzae, Enterobacter aerogenes, Neisseria spp. Cefaclor, Cefuroxima (Oral) Cefamandole, Cefuroxima, Cefotetan, (Parenteral) Cefoxitina- Bacteroides fragilis Utilizada con aminoglucósidos en infecciones Gram -
Tercera Generación Más bacilos Gram, Serratia marcescens Cefixima (Oral) Cefotaxima Ceftazidima Cefoperazona Ceftriaxona Cuarta Generación Espectro similar a las cefalosporinas de tercera generación Más resistente a las β-lactamasas Cefepime
Carbapenemes β-lactámico sintético Difiere de las penicilinas en un átomo azufre en el anillo tiazolidina Imipenem Amplia el espectro de los β- lactámicos frente a los Gram+ y productores de penicilinasas, anaerobios y Pseudomonas spp.. Mayor resistencia a la hidrólisis de las β-lactamasas. Meropenem Ertapenem
Monobactamos Pequeño espectro: Enterobacteriaceae, Pseudomonas; inactivo frente a Gram + o bacterias anaeróbicas Resistente a β-lactamasas Aztreonam
TODOS los ATB -lactámicos Mecanismos de resistencia producción de β-lactamasas más importante y más común Hidroliza el anillo beta-lactámico causando inactivación alteración en las PBPs que lleva a baja afinidad por el antibiótico -lactámico alteración de la membrana externa llevando a disminución de la entrada del antibiótico -lactámico eflujo del ATB vía alternativa para el antibiótico -lactámico producción de biofilm
Mecanismo de acción de las β-lactamasas PBP β-lactámico PBP H2O + Enzima PBP serin β-lactamasas pentapéptido Antibiótico β-lactámico inactivo
Aumento de -lactamasas según Bush y Jacoby GES-1, CTX-M-2 KPC-2 OXA-23, OXA-48, OXA-51, OXA-58 CMY-2 SPM-1, VIM-2, VIM-11, IMP-8, IMP-13 (Bush K and Jacoby G, AAC, 2010)
Inhibidores de las β-lactamasas Una alternativa para resolver el problema de la resistencia a los antibióticos ß-lactámicos consiste en diseñar inhibidores enzimáticos para que puedan administrarse en combinación con un antibiótico. Acido clavulánico, Sulbactam y Tazobactam (unión irreversible de la enzima por eso «inhibidores suicidas»).
Número de Bacterias Viables Inhibidores de las β-lactamasas Control (SIN drogas) El espectro antimicrobiano de los Inhibidores de ß-lactamasas, varía de acuerdo al ß-lactámico con el que ha sido combinado. Acido clavulánico Amoxicilina Acido clavulánico + Amoxicilina Tiempo
Frecuencia de especies aisladas en H1
Problemática de la resistencia a Antibióticos -lactámicos en las Enterobacterias (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Enterobacter cloacae, Serratia marcescens, etc.)
Lipopolisacárido Proteína de Transp Canal de Porina Abierto -Lactámico Producción de -lactamasas Pared Celular Canal de Porina Cerrado Lipoproteína -Lactámico Espacio Periplásmico --Lactamasas Peptidoglicano Membrana Celular Proteína de Unión a Penicilina Proteína de Membr
La familia de ß-lactamasas TEM & SHV en evolución en repuestaa la introducciónde los antibióticos semisintéticos ß-lactámicos Ingeniería Genética "Natural" desde 1960 Resistencia a antibióticos ß-lactámicos y a los inhibidores de ß-lactamasas
Cefotaximasas ISEcp1 CTX-M-grupo 1 IS26 ISEcp1 IS Ecp1 Kluyvera cryocrescens CTX-M-grupo 9 Orf 513 ISEcp1 Orf 513 Kluyvera ascorbata CTX-M-grupo 25 CTX-M-grupo 2 CTX-M-grupo 8 Kluyvera georgiana
Las β-lactamasas adquiridas se localizan en Integrones y en Transposones
Sistema Integrón/Cassettes inti Pc atti inti Pc atti
Integrones de clase 1 inti1 bla VIM-2 qaceδ1 sul1 orf5 VR1
Invasión de transposones en los integrones de clase 1 inti ISCR1 VR2 bla CTX-M-2 Movilización y Asociación de elementos móviles (Arduino et al., 2002, Arduino et al., 2002, Quiroga et al., 2007)
Enterobacterias 1982-1989 Selección con Antibióticos aac(6 )-Ib aac(6 )-Ib bla OXA-2 orfd Selección con Antibióticos aac(6 )-Ib bla OXA-2 orfd ISCR1 bla CTX-M-2 orf3 2015
Orígenes de bla CTX-M-2... aac(6 )-Ib bla OXA-2 orfd ISCR1 bla CTX-M-2 orf3 3000 pb Gen ubicuo de Kluviera ascorbata TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES
Plataforma genética de bla CTX-M-2 de Argentina aac(6 )-Ib bla OXA-2 orfd Tn5036 Tn21 rhsd IS4321 tnpa tnpr IRi qaceδ1sul1 ISCR1 bla CTX-M-2 qaceδ1sul1 orf5 tnpa tnpr bla TEM-1 aacc2 cata2 ΔtniB tnia IRt mere merd
AHORA Emergencia de resistencia a carbapenemes en enterobacterias... 1986-2008 aac(6 )-Ib bla OXA-2 orfd aac(6 )-Ib bla OXA-9 aac(6 )-Ib-cr bla OXA-2 aadb catb3 aac(6 )-Ib bla IMP-13 aac(6 )-Ib OCTUBRE 2008 (Pasterán F, 2008)
2008!!!Emergencia de bla KPC RESISTENCIA A TODOS LOS ANTIBIÓTICOS ß-LACTÁMICOS!!!!! Localizada en un transposón (Pasterán F, et al., 2008)
Antibiótico Perfil de susceptibilidad de cepas de K. pneumoniae productoras de bla KPC-2. Antibiótico Amikacina I Cloranfenicol R Amox/clav R Ciprofloxacina R Ampicilina R Ertapenem R Aztreonam R Gentamicina R Cefazolin R Imipenem R Cefpodoxima R Meropenem R Cefotaxima R Pipercilina/Tazo R Cetotetan R Tobramicina R Cefoxitina R Trimet/Sulfa R Ceftazidima R Polymyxin B MIC >24mg/ml Ceftriaxona R Colistin MIC >24mg/ml Cefepime R Tigeciclina S
porcentaje de resistencia K. pneumoniae en H1 60 CTXM-2 58 50 50 50 40 CTXM-2,CTXM-1,AmpC Plasm. KPC EXTREMA RESISTENCIA 30 Cefs 3º y 4º Ciprofloxacina Imipenem Colistin 20 11 10 8 0 1996-1998 1999-2000 2001-2002 2003-2004 2005-2006 2007-2008 2009-2010 años
Del fenotipo al genotipo en las enterobacterias K. pneumoniae productora de PER-2 K. pneumoniae productora de CTX-M-2 2,5 a 3cm. CTX CAZ AMC CTX CTX- CLAV CONFIRMACIÓN POR PCR
Del fenotipo al genotipo en las enterobacterias EDTA, 1uM IMI IMI MERO IMI + EDTA bla VIM
Detección de las BLEE en el laboratorio... K. pneumoniae productora de PER-2 K. productora de CTX-M-2 ATB por difusión CTX E-Test 2,5 a 3cm. CAZ AMC CTX 6mm CTX- CLAV De RUTINA en el laboratorio de Bacteriología
Problemática de la resistencia a Antibióticos -lactámicos en Acinetobacter baumannii
Resistencia a Carbapenemes en Acinetobacter baumannii Cepas de Acinetobacter spp. Resistentes a los carbapenemes en el mundo.
Los integrones y transposones que poseen los genes que codifican para las -lactamasas se localiza en la isla genómica AbaR de A. baumannii
Transformación
Chicos!! Al agua!! El último es un Staphylococcus!!!! Puede adquirir ADN exógeno por Transformación ya que es transformante natural (100 veces mas competente que Staphylococcus spp.)
% de resistencia A. baumannii en H1 100 93 90 Imipenem 80 Minociclina 70 60 50 40 30 27 Clones endémicos I, III, IV OXA-23, OXA-58 57 Heteroresistencia a colistin. Casos Clínicos Aislamientos resistentes a doxiciclina 38 20 10 0 1996-1998 1999-2000 2001-2002 2003-2004 2005-2006 2007-2008 2009-2010
Problemática de la resistencia a Antibióticos -lactámicos en Pseudomonas aeruginosa.
Resistencia natural en Pseudomonas aeruginosa No ß-lactámicos Cloranfenicol Tetraciclinas Macrolidos Glicopeptidos CoTrimetoxazol Viejas quinolonas (acido nalidixico) ß-lactámicos Aminopenicilinas (ampi, amoxi) Aminop. + inhibidores Cefalosporinas 1ra y2da (cefalotina, cefuroxima) Cefotaxima* Cefoxitina Ticarcilina-clavulánico* * Sensibilidad in vitro, Resistencia in vivo www.pseudomonas.com
Mecanismos de la Resistencia natural PERMEABILIDAD ALTERADA INACTIVACIÓN ENZIMÁTICA B-LACTAMASAS CROMOSOMICAS, etc, etc
Resistencia adquirida a -lactámicos MODIFICACION ENZIMATICA EFLUJO IMPERMEABILIDAD
MODIFICACION ENZIMATICA Hay más de 50 -lactamasas descriptas en P.aeruginosa localizadas en transposones e integrones que a su vez se encuentran en plásmidos conjugativos.
EFLUJO RESISTENCIA ADQUIRIDA A AMINOGLICOSIDOS, MEROPENEM, NUEVAS QUINOLONAS -LACTAMICOS, EN FORMA CONJUNTA (Nikaido H., Current Opin. Microbiol. 1; 516-523: 1998)
Comparación de BIC y MIC de aislamientos de P. aeruginosa (µg/ml) BIC 50 BIC 90 Rango MIC 50 MIC 90 Rango Amicacina (90) 32 256 4->256 16 128 0.5->128 Azitromicina (90) 2 32 0.5->32 NA NA NA Aztreonam (85) >128 >128 2->128 4 32 2->64 Ceftazidima (88) 128 >128 2->128 2 16 0.5-512 Ciprofloxacina (90) 0.5 4 <0.25->16 1 4 0.25-16 Claritromicina (90) 32 >32 0.5->32 NA NA NA Doxiciclina (86) >64 >64 1->64 16 32 1->32 Gentamicina (90) 16 >64 1->64 8 >32 1->32 Meropenem (87) 4 64 1->64 1 8 1-16 Piperacilina-ta zobactam (85) 256 >512 16->512 4 128 1-1,024 Ticarcilina-cla vulanico (72) 512 >512 16->512 16 256 2->4,096 Tobramicina (92) 4 32 1->64 2 32 0.25->512 (Moskowitz SM, J Clin Microbiol. 2004)
Cepas Mutators en P. aeruginosa Existe una variable presencia de mutators : < 1% en las poblaciones naturales 1% en infecciones crónicas o en bacterias colonizantes 10% de clones epidémicos de N. meningitidis Serogrupo A 25% de pacientes dispépticos portadores de H. pylori 30% de P. aeruginosa en pacientes con fibrosis quística Mutators débiles mantienen la resistencia antibiótica La transferencia horizontal de genes y la recombinación más eficientes en estas cepas
Problemática de la resistencia a Antibióticos -lactámicos en Streptococcus pneumoniae.
Incidencia de la Resistencia a la penicilina en Streptococcus pneumoniae : FRANCIA: 36% ESPANA: 29% ARGENTINA: 21% HUNGRIA, USA: 12% PORTUGAL: 6.9% ALEMANIA: 1.5% SUECIA: 1.5% La resistencia de S. pneumoniae a penicilina (CIM>2mg/l) se correlaciona con sensibilidad intermedia a amoxicilina, cefuroxima, cefotaxima y a ceftriaxona
Modificación del blanco de acción Estructura mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a β-latámicos. PBP 2B Czechoslovakia (1987) South Africa (1978) USA (1983) S. pneumoniae = Streptococcus? (Science 1994;264:388-393)
ALTERACIONES EN PBPs PBP 1A,2X SENSIBILIDAD (CIM ug/ml) SENSIBLE (<0.1) PBP 1A,2X,2B INTERMEDIA (0.1-1) PBP 1A,2X,2B,2A ALTA RESISTENCIA ( >=2) Disco de oxacilina buen predictor de la S a PEN OXA>20 mm CIM 0.06 ug/ml
S. pneumoniae aislado en pacientes con meningitis en H2 35 30 % 31.5% N=19 25 20 15 10 5 5.2% Penicilina C3G 0 Penicilina C3G De marzo 1997 a marzo 2003.
Problemática de la resistencia a Antibióticos -lactámicos en Staphylococcus aureus..
Línea temporal de eventos S. aureus 90% mortalidad Resistencia por -lactamasa Resistencia a meticilina 1900 2015 1928 Descubrimiento de la Penicilina 1940 Penicilina comienza a comercializarse, sintesis de cefalosporinas 1959 Meticilina 50% de los aislamientos clínicos resistentes a la meticilina
Mecanismo de la vía alternativa del antibiótico Gen meca Generalmente ligada a resistencia antibiótica PBP 2a acompañante: aminoglucósidos, macrólidos, quinolonas, cloranfenicol, tetraciclina, TMS. R a TODOS los β-lactámicos Meticilino-Resistencia
Transducción ADN del fago Cromosoma bacteriano Lisis Bacteria lisogénica
SAMR no solo se aisla en pacientes hospitalarios, sino que es importante agente etiológico de la comunidad. Es llamado SAMR-CA
Estudio del comportamiento epidemiológico de SAMR-CA 1999, reporte de 4 muertes pediátricas debidas a CA-MRSA 2004, reporte de 15 muertes en Uruguay 1993, pacientes de comunidades remotas del oeste de Australia
Porcentaje de aislamientos S. aureus en H1 80 74 76 70 68 68 68 68 60 50 SAMR-AC h-visa 40 30 Prevalencia Oxacilina Gentamicina 20 17,5 16,4 10 9 0 1996-1998 1999-2000 2001-2002 2003-2004 2005-2006 2007-2008 2009-2010 años
Resistencia a los glicopéptidos
Resistencia natural del género Enterococcus spp. Propia de Género Propia de especie ß-lactámicos TMS Aminoglucósidos Viejas Quinolonas E. faecium IMI AKN E. faecalis CLIN E. gallinarum E. casseliflavus E. flavescens VAN
Problemática de la multirresistencia adquirida 1990 EVR Enterococcus spp. multiresistente es declarado patógeno emergente por el CDC 1993 EVR aislado en pacientes de la comunidad 2002 Primer aislamiento de Staphylococcus aureus resistente a la vancomicina portador del determinante de resistencia de los EVR
El origen de la resistencia a glucopéptidos en enterococos 1990 EVR Uso de avoparcina como aditivo de la alimentación de aves 1993 2002 No se halla resistencia a la vancomicina en Suecia porque no se administran glucopéptidos con propósitos no médicos (Endtz H, et al., J Clin Microb, 1997)
Fenotipos de Resistencia a los Glicopéptidos Fenotipos: EL ALFABETO VAN VAN A VAN B VAN C VAN D VAN E VAN G VAN F Argentina: Se reportan más casos de Enterococcus faecium VanA VAN A VAN B (Casellas JM, 1997; Corso A, 2001; Courvalin, 2006; Lopardo HA, 2000; Lopreto C, 2002; Marín, E, 1998; Podestá OS, 1997; Targa L, 1997)
Mecanismo de Acción de la Vancomicina Pared celular carboxipeptidasa transpeptidasa transglicosilasa Membrana Citoplasma L-Ala racemasa D-Ala ligasa Ddl D-Ala-D-Ala UDP MurF + L-Ala-D-Glu-L-Lys tripéptido UDP vancomicina pentapéptido Carrier de lípidos acido N-acetilmuramico N-acetilglucosamina
Varios genes involucrados en la Resistencia a la Vancomicina vanr vans vanh VanA vanx vany vanz regulador sensor ligasa dehidrogenasa dipeptidasa carboxipeptidasa regulación genes requeridos para la resistencia a glicopéptidos proteínas accesorias Operón de Resistencia a la vancomicina
Mecanismo de Resistencia a la Vancomicina piruvato vanh G M G M D-Lac + D-Ala vana + ddl vanx Vancomicina no puede unirse al D-Ala-D-Lac
Mecanismo de Resistencia a la Vancomicina G M G M El dipéptido D-Ala-D-Lac sirve de sustrato par la síntesis de la pared bacteriana Pared celular
Mecanismo de la Resistencia inducible a la vancomicina VanS P-VanS Membrana Citoplasma ATP ADP VanR P-VanR Activación Van R P R vanr vans P H vanh vana vanx
Mecanismo de diseminación de los genes de resistencia a la vancomicina ORF1 orf2 vanr vans vanh VanA vanx vany vanz IR L transposasa resolvasa regulador sensor ligasa dehidrogenasa dipeptidasa carboxipeptidasa IR R desconocido transposición regulación genes requeridos para la proteínas resistencia a accesorias glicopéptidos Estructura de Tn1546
- Primer reporte de VRSA en 2002. - Mecanismo de resistencia: S. aureus con Tn1546 en el plásmido plw1043 de 53kb Conjugación entre cocos Gram-Positivos (Weigel, L.M., et al., Science, 2003)
Además...enterococos dependientes de la vancomicina!! Mutaciones que inactivan la síntesis del dipéptido D-alanina-Dalanina en cepas con fenotipo VanA o VanB Estos mutantes sólo serán viables cuando, en presencia de vancomicina, se induzca la síntesis del dipéptido alternativo D- alanina-d-lactato. (Endtz H, et al., J Clin Microb, 1997)
porcentajes de aislamiento Enterococcus spp. en H1 35 31 30 25 25 20 15 Primer aislamiento E. faecium vancomicina resistente Primer aislamiento E. faecalis vancomicina resistente EVR Otros E.faecium E.faecalis 10 5 0 1996-1998 1999-2000 2001-2002 2003-2004 2005-2006 2007-2008 2009-2010 años
En nuestras manos, las medidas de control de infecciones.
MUCHAS GRACIAS!!! dcentron@gmail.com