Numer 1 i 2/2011. Mechanizmy oporności bakterii na antybiotyki β-laktamowe

Podobne dokumenty
Narodowy Instytut Leków ul. Chełmska 30/34, Warszawa Tel , Fax Warszawa, dn r.

Ćwiczenie 1. Oznaczanie wrażliwości szczepów na metycylinę

METODY OZNACZANIA LEKOWRAŻLIWOŚCI DROBNOUSTROJÓW I WYKRYWANIA MECHANIZMÓW OPORNOŚCI NA LEKI MOŻLIWOŚCI TERAPII ZAKAŻEŃ PRZEWODU POKARMOWEGO

Pałeczki jelitowe Enterobacteriaceae wytwarzające karbapenemazy (CPE) w Polsce sytuacja w 2016

ESBL-DODATNIE I ESBL-UJEMNE SZCZEPY KLEBSIELLA PNEUMONIAE I KLEBSIELLA OXYTOCA WYSTĘPOWANIE W MATERIALE KLINICZNYM I WRAŻLIWOŚĆ NA WYBRANE ANTYBIOTYKI

PAŁECZKI Z RODZAJU KLEBSIELLA IZOLOWANE OD PACJENTÓW ŁÓDZKICH SZPITALI W 2006 ROKU

Rekomendacje doboru testów do oznaczania wrażliwości bakterii. na antybiotyki i chemioterapeutyki 2009

Monitorowanie oporności w Polsce dane sieci EARS-Net

Odpowiedzi ekspertów EUCAST na pytania najczęściej zadawane przez lekarzy klinicystów i mikrobiologów

OPORNOŚĆ BAKTERII Z RODZINY ENTEROBACTERIACEAE NA ANTYBIOTYKI β-laktamowe WYNIKAJĄCA Z WYTWARZANIA β-laktamaz

dr n. med. Andrzej Trybusz, mgr Karolina Magdziarz, mgr Katarzyna Jekiełek Wojewódzka Stacja Sanitarno-Epidemiologiczna w Poznaniu

Strategia zapobiegania lekooporności

Artykuł oryginalny/original paper. Jacek Noworyta, Jolanta Gago, Jakub Ząbek

Ocena flory bakteryjnej izolowanej od chorych hospitalizowanych w Szpitalu Wojewódzkim nr 2 w Rzeszowie w latach

Leki przeciwbakteryjne. Podstawy antybiotykoterapii. Katedra i Zakład Mikrobiologii Lekarskiej, WUM Dr n. med. Dorota Wultańska

Oporność na antybiotyki w Unii Europejskiej Dane zaprezentowane poniżej zgromadzone zostały w ramach programu EARS-Net, który jest koordynowany przez

VI. Antybiotyki i chemioterapeutyki ćwiczenia praktyczne

Występowanie patogenów alarmowych w środowisku szpitalnym. Część I. Pałeczki z rodziny Enterobacteriaceae wytwarzające β-laktamazy ESBL

DEFINICJE β-laktamazy

Ogólnopolski Sprawdzian Wiarygodności Badań Mikrobiologicznych - POLMICRO 2010 identyfikacja i lekowrażliwość pałeczek Enterobacteriaceae

Dane opracowane ze środków finansowych będących w dyspozycji Ministra Zdrowia w ramach realizacji programu polityki zdrowotnej pn.

Badanie mikrobiologiczne płynów z jam ciała

Numer 3/2018. Oporność na antybiotyki w Polsce w 2017 roku dane sieci EARS-Net

Wytwarzanie beta-laktamaz o rozszerzonym spektrum substratowym (ESBL) przez bakterie wystêpuj¹ce w ywnoœci

ETIOLOGIA ZAKAŻEŃ SZPITALNYCH REJESTROWANYCH W SZPITALU UNIWERSYTECKIM NR 2 W BYDGOSZCZY W LATACH

Pałeczki jelitowe Enterobacteriaceae wytwarzające karbapenemazy(cpe)

Oporność na antybiotyki w Unii Europejskiej

MED. DOŚW. MIKROBIOL., 2014, 66: Kornelia Dobrzaniecka 1, Andrzej Młynarczyk 2, Ksenia Szymanek-Majchrzak 1, Grażyna Młynarczyk 1

Dr n. med. Dorota Żabicka, NPOA, KORLD, Zakład Epidemiologii i Mikrobiologii Klinicznej NIL

Stanowisko Zespołu Roboczego ds. wprowadzania zalece Europejskiego Komitetu ds. Oznaczania Lekowra liwo EUCAST w sprawie najcz

Podsumowanie najnowszych danych dotyczących oporności na antybiotyki w krajach Unii Europejskiej Dane z monitorowania sieci EARS-Net

Zdr Publ 2012;122(2): Kinga Skrzypek, Anna Malm. Abstract. Najnowsze dane potwierdzają, że wzrasta liczba pacjentów

Dane opracowane ze środków finansowych będących w dyspozycji Ministra Zdrowia w ramach realizacji programu polityki zdrowotnej pn.

Stanowisko Zespołu Roboczego ds. oznaczania lekowrażliwości zgodnie z zaleceniami EUCAST w sprawie najczęściej zgłaszanych pytań dotyczących

Obszar niepewności technicznej oznaczania lekowrażliwościatu w rekomendacjach EUCAST 2019

ENTEROBACTER CLOACAE - WRAŻLIWOŚĆ NA ANTYBIOTYKI SZCZEPÓW IZOLOWANYCH OD CHORYCH HOSPITALIZOWANYCH W LATACH

DORIPENEM NOWY LEK Z GRUPY KARBAPENEMÓW

ZALETY PREPARATU AMOKSIKLAV

OCENA AKTYWNOŚCI DORIPENEMU WOBEC PAŁECZEK Z RODZAJÓW PSEUDOMONAS SP. I ACINETOBACTER SP.

DORIPENEM NOWY LEK Z GRUPY KARBAPENEMÓW

OCENA STOPNIA WRAŻLIWOŚCI NA AMINOGLIKOZYDY SZCZEPÓW BAKTERYJNYCH IZOLOWANYCH OD CHORYCH Z ZAKAŻENIAMI UKŁADOWYMI I UOGÓLNIONYMI.

Ochrony Antybiotyków. AktualnoŚci Narodowego Programu. Podsumowanie aktualnych danych nt. oporności na antybiotyki w Unii Europejskiej.

Numer 2/2017. Konsumpcja antybiotyków w latach w lecznictwie zamkniętym w Polsce

Europejski Komitet ds. Oznaczania Lekowrażliwości (EUCAST)

POZYCJA NITROKSOLINY W LECZENIU NIEPOWIKŁANYCH ZAKAŻEŃ UKŁADU MOCZOWEGO U DOROSŁYCH

Klebsiella pneumoniae NDM-1 prevalence and drug-sensitivity at CSK WUM between January 1, 2012 and September 30, 2014

Detekcja i identyfikacja drobnoustrojów. oznaczanie lekowrażliwości bakterii

Antybiotykoterapia empiryczna. Małgorzata Mikaszewska-Sokolewicz

I. Wykaz drobnoustrojów alarmowych w poszczególnych jednostkach organizacyjnych podmiotów leczniczych.

Podstawowe zasady doboru antybiotyków. Agnieszka Misiewska-Kaczur OAiIT Szpital Śląski w Cieszynie

RAPORT 1.1/SRM/2017 Z BADAŃ PRZEWIDZIANYCH W UMOWIE Z DNIA R.

Wykrywanie karbapenemaz zalecenia 2013

Lekowrażliwość szczepów Proteus mirabilis izolowanych od bociana białego (Ciconia ciconia)

Europejski Komitet ds. Oznaczania Lekowrażliwości (EUCAST)

ZMIANY DO TEKSTU. Rekomendacje doboru testów do oznaczania wraŝliwości bakterii na antybiotyki i chemioterapeutyki 2006 WPROWADZONE W ROKU 2007

WRAŻLIWOŚĆ NA WYBRANE TETRACYKLINY PAŁECZEK Z RODZINY ENTEROBACTERIACEAE

METODY OZNACZANIA AKTYWNOŚCI ANTYBIOTYKÓW. Podstawowe pojęcia:

Polskie tłumaczenie pod red. prof. dr hab. n. med. Walerii Hryniewicz

Enterobacteriaceaejako drobnoustroje alarmowe

Co-existence of plasmid-mediated resistance: DHA-7, CTX-M-15, qnrb6 and aac(6 )-Ib-cr among acquired AmpC-producing Klebsiella pneumoniae

Stanowisko Zespołu Roboczego ds. oznaczania lekowrażliwości zgodnie z zaleceniami EUCAST w sprawie najczęściej zgłaszanych pytań dotyczących

Wrażliwość pałeczek Morganella morganii na antybiotyki

CZYNNIKI ETIOLOGICZNE ZAKAŻEŃ UKŁADU MOCZOWEGO U DZIECI I ICH WRAŻLIWOŚĆ NA ANTYBIOTYKI

Europejski Komitet ds. Oznaczania Lekowrażliwości

Wpływ racjonalnej antybiotykoterapii na lekowrażliwość drobnoustrojów

PAWEŁ SACHA, PIOTR JAKONIUK, PIOTR WIECZOREK, MARCIN ŻÓRAWSKI

PRZEGLĄD: DATA WYDANIA: PRODUCENT: ROSCO Diagnostica A/S, Taastrupgaardsvej 30, DK-2630 Taastrup, Denmark.

Stanowisko Zespołu Roboczego ds. oznaczania lekowrażliwości zgodnie z zaleceniami EUCAST w sprawie najczęściej zgłaszanych pytań dotyczących

Wykrywanie karbapenemaz zalecenia 2015

- podłoża transportowo wzrostowe..

Polskie tłumaczenie pod red. prof. dr hab. n. med. Walerii Hryniewicz

OCCURRENCE AND ANTIMICROBIAL SUSCEPTIBILITY OF MORGANELLA MORGANII STRAINS ISOLATED FROM CLINICAL SAMPLES

Zalecenia rekomendowane przez Ministra Zdrowia. KPC - ang: Klebsiella pneumoniae carbapenemase

Ocena lekowrażliwości szczepów Enterobacter sp. izolowanych z moczu

Europejski Komitet ds. Oznaczania Lekowrażliwości (EUCAST)

Porównanie skuteczności in vitro ertapenemu, imipenemu i meropenemu w zakażeniach wywołanych przez Enterobacteriaceae

Wielolekooporne Gram-ujemne,,superbakterie" oraz powodowane przez nie zakażenia wewnątrzszpitalne.

BIOSYNTEZA ACYLAZY PENICYLINOWEJ. Ćwiczenia z Mikrobiologii Przemysłowej 2011

CHARAKTERYSTYKA PRODUKTU LECZNICZEGO WETERYNARYJNEGO

WYMAZY Z RANY OPARZENIOWEJ ANALIZA MIKROBIOLOGICZNA

R A P O R T K O R L D

Instytut Genetyki i Mikrobiologii UW we Wrocławiu Kierownik: prof. dr hab. W. Doroszkiewicz 2

Eksperckie zasady interpretacji wyników oznaczania lekowrażliwości drobnoustrojów zalecenia EUCAST Wersja 2.0

Wrażliwość na antybiotyki bakterii izolowanych z moczu chorych leczonych w oddziale dziecięcym

Europejski Komitet ds. Oznaczania Lekowrażliwości (EUCAST)

ANTYBIOTYKOOPORNOŚĆ: ZAGROŻENIE DLA ZDROWIA PUBLICZNEGO. materiał prasowy Europejskiego Dnia Wiedzy o Antybiotykach (18 listopada)

Nowoczesna diagnostyka mikrobiologiczna

Retrospektywna analiza danych mikrobiologicznych uzyskanych od biorców przeszczepu nerki w latach

Nowe karty antybiogramowe VITEK 2 i VITEK 2 Compact

Maria Pawelec, Joanna Skrzeczyńska, Hanna Połowniak-Pracka, Agnieszka Magdziak, Edyta Waker, Agnieszka Woźniak, Katarzyna Hass

UKŁAD MOCZOWY JAKO PIERWOTNE ŹRÓDŁO ZAKAŻENIA KRWI

Aktywność leków przeciwdrobnoustrojowych zastosowanych w kombinacjach wobec pałeczek Gram-ujemnych w badaniach in vitro

Analiza mikrobiologiczna oddziałów szpitalnych - skumulowane dane na temat antybiotykowrażliwości dla celów empirycznej terapii zakażeń

ANTYBIOTYKOOPORNOŚĆ: ZAGROŻENIE DLA ZDROWIA PUBLICZNEGO

OPORNOŚĆ SZCZEPÓW PSEUDOMONAS AERUGINOSA NA KARBAPENEMY PO INKUBACJI Z SUBINHIBICYJNYMI STĘŻENIAMI IMIPENEMU I MEROPENEMU

Definicja immobilizacji

stosowanie antybiotyku to nie tylko leczenie konkretnego pacjenta ale szeroki wpływ na społeczeństwo i środowisko: narastanie oporności

Kontrola jakości Quality Control

Ocena wiarygodności diagnostyki mikrobiologicznej w Polsce na podstawie wyników POLMICRO 2018

Projekt Alexander w Polsce w latach

Transkrypt:

Aktualnosci Narodowego Programu Ochrony Antybiotyków Numer 1 i 2/2011 Mechanizmy oporności bakterii na antybiotyki β-laktamowe Opracowanie: dr Anna Baraniak, Zakład Mikrobiologii Molekularnej, Narodowy Instytut Leków Gwałtowny wzrost oporności bakterii na antybiotyki stosowane w lecznictwie, w tym na antybiotyki β-laktamowe, które w wielu przypadkach stanowią tzw. leki z wyboru lub leki ostatniej szansy, stanowi jeden z najpoważniejszych problemów współczesnej medycyny. Oporność bakterii na β-laktamy jest warunkowana różnorodnymi mechanizmami, które klasyfikuje się w obrębie czterech zasadniczych strategii: 1. wytwarzanie białek PBP o niskim powinowactwie do β-laktamów, 2. zmniejszanie przepuszczalności osłon komórkowych bakterii, 3. wypompowywanie leków z komórki bakteryjnej, 4. wytwarzanie β-laktamaz enzymów hydrolizujących cząsteczki β-laktamów. Pierwsza grupa mechanizmów, obecna zarówno u bakterii Gram-dodatnich jak i Gram-ujemnych, związana jest z białkami PBP, czyli enzymami odpowiedzialnymi za niektóre etapy syntezy peptydoglikanu (ściany komórkowej bakterii). Antybiotyki β-laktamowe trwale wiążą się z tymi białkami i blokują ich aktywność enzymatyczną, co prowadzi do zaburzeń struktury peptydoglikanu, a następnie lizy komórki bakteryjnej. Mechanizmy oporności zależne od białek PBP są dwojakiego rodzaju. Pierwszy polega na modyfikacji naturalnych PBP tak, aby nie miały one powinowactwa do β-laktamów, ale jednocześnie pełniły funkcje katalityczne w procesie wytwarzania ściany komórkowej. Modyfikacje te następują wskutek gromadzenia mutacji w genach pbp lub nabywania ich zmutowanych fragmentów od innych organizmów i zastępowania nimi homologicznych odcinków genów własnych. Drugi rodzaj związany jest z pozyskiwaniem obcego, kompletnego genu kodującego białko PBP, nieoddziałujące z cząsteczkami β-laktamów (12). Dwie kolejne strategie, typowe dla bakterii Gram-ujemnych, polegają na ograniczeniu możliwości penetracji komórki bakteryjnej przez antybiotyk β-laktamowy. Pierwsza z nich związana jest z likwidacją lub zmniejszeniem liczby tzw. kanałów porynowych w błonie zewnętrznej tych bakterii, przez co cząsteczki β-laktamów mają mniejsze możliwości przedostania się do przestrzeni periplazmatycznej komórki. Druga strategia polega na aktywnym wypompowywaniu leku z komórki bakteryjnej, która może ulegać intensyfikacji wskutek podwyższania ekspresji tzw. systemów pompowo-porynowych, odpowiedzialnych za ten proces (12, 14). Ostatnim z omawianych typów mechanizmów oporności, występującym u bakterii Gram-dodatnich, ale znacznie powszechniejszym u bakterii Gram-ujemnych, jest wytwarzanie β-laktamaz, czyli specyficznych enzymów katalizujących hydrolizę pierścienia β-laktamowego w cząsteczce leku (12). Zasadniczy zrąb różnorodności β-laktamaz, obejmujący wszystkie znane dzisiaj ich klasy i rodziny powstał dawno przed wprowadzeniem do lecznictwa antybiotyków. Najprawdopodobniej stanowiły one broń przed naturalnymi antybiotykami wytwarzanymi przez inne gatunki bakterii oraz grzyby, współwystępujące w danym środowisku. Istnieje też pogląd, że niektóre z nich mogły i mogą nadal pełnić pewne funkcje w metabolizmie ściany komórkowej bakterii (11, 14). Niezwykle krótki z ewolucyjnego punktu widzenia okres po wprowadzeniu antybiotyków do terapii i innych dziedzin aktywności człowieka zaowocował dalszym, bardzo przyspieszonym różnicowaniem się β-laktamaz (omówione niżej). 1

β-laktamazy gatunkowo-specyficzne i nabyte β-laktamazy pojawiły się na wczesnych etapach ewolucji bakterii. Wspólnymi przodkami dzisiejszych β-laktamaz oraz białek PBP były pierwotne PBP. W 1998 r. Massova i Mobashery zaproponowali hipotezę, w myśl której wszystkie klasy β-laktamaz (A-D) wyewoluowały niezależnie od siebie z innych prekursorów PBP, wraz z odpowiednimi klasami współczesnych białek PBP (13). Zdecydowana większość pałeczek Gram-ujemnych posiada własne, typowe dla danego gatunku β-laktamazy, których geny zlokalizowane są w chromosomalnym DNA. Wiele gatunków bakterii Gram-ujemnych, m.in. Acinetobacter spp., Pseudomonas spp. oraz pałeczki z rodziny Enterobacteriaceae, takie jak Escherichia coli, Enterobacter spp., Citrobacter freundii, Serratia marcescens, Morganella morganii, Providencia stuartii i Providencia rettgeri, posiada gatunkowo-specyficzne β-laktamazy należące do klasy C, zwane cefalosporynazami AmpC. Pomimo pewnych różnic gatunkowych, enzymy te charakteryzują się bardzo szerokim zakresem preferencji substratowych, obejmującym przede wszystkim cefalosporyny, ale też penicyliny i monobaktamy (2, 11, 12, 14). Ekspresja tych β-laktamaz najczęściej ma charakter indukowalny, ale u E. coli i Acinetobacter spp. zachodzi konstytutywnie na bardzo niskim poziomie i nie nadaje szczepom oporności na antybiotyki β-laktamowe (11, 12). Różne zjawiska genetyczne (mutacje w genach regulatorowych, mutacje i insercje elementów ruchomych w obrębie promotorów) prowadzą do ekspresji konstytutywnej enzymów AmpC na zdecydowanie podwyższonym poziomie. Niektóre pałeczki Gram-ujemne: Klebsiella spp., Citrobacter koseri, Proteus vulgaris, Proteus penneri, Kluyvera spp., Chryseobacterium meningosepticum, Stenotrophomonas maltophilia i inne wytwarzają charakterystyczne enzymy należące do klasy A. Profile substratowe tych β-laktamaz są bardzo zróżnicowane, począwszy od ogólnych preferencji względem penicylin lub cefalosporyn, a skończywszy na ich zakresie (2, 11, 12). Niektóre z gatunkowo-specyficznych β-laktamaz klasy A hydrolizują głównie różnego rodzaju penicyliny i są to tzw. β-laktamazy o szerokim spektrum substratowym (np. enzymy typu SHV-1, LEN lub OKP Klebsiella pneumoniae), a inne posiadają bardzo rozległy zakres działania tzw. β-laktamaz o rozszerzonym spektrum substratowym, ESBL (omówione niżej) lub do nich zbliżony (np. β-laktamazy K-OXY Klebsiella oxytoca lub KLU Kluyvera spp.) (11, 12). U szeregu wymienionych gatunków naturalny poziom wytwarzania tych enzymów jest bardzo niski i nie nadają one drobnoustrojom oporności na β-laktamy. Podobnie jednak jak w przypadku naturalnych cefalosporynaz AmpC, możliwe są modyfikacje genetyczne, prowadzące do istotnego podwyższenia ich ekspresji. U niektórych gatunków naturalne β-laktamazy klasy A wytwarzane są w sposób indukowalny (11). Inną grupę enzymów kodowanych chromosomalnie stanowią metalo-β-laktamazy klasy B, czyli MBL. Występują one np. u S. maltophilia, Bacillus cereus, Aeromonas hydrophila, C. meningosepticum, Legionella gormanii, Caulobacter crescentus, Janthinobacterium lividum, czy Flavobacterium johnsoniae, i wykazują one aktywność wobec penicylin, cefalosporyn i karbapenemów, przez co ich spektrum substratowe należy także określić jako bardzo szerokie (2, 12). Jak zaznaczono wcześniej, wraz z wprowadzeniem do lecznictwa antybiotykoterapii nastąpił nowy, trwający obecnie okres bardzo intensywnej ewolucji β-laktamaz (14). Obejmuje ona zjawiska mobilizacji genów gatunkowo-specyficznych β-laktamaz, ich horyzontalnego rozprzestrzeniania się oraz szybkiej akumulacji zmian strukturalnych (7). W mobilizacji i horyzontalnym rozprzestrzenianiu się genów β-laktamaz (jak również innych genów oporności) kluczową rolę odgrywają różnorodne ruchome elementy genetyczne. Różne rodzaje sekwencji insercyjnych (ang. insertion sequence, IS), transpozonów, a także inne struktury warunkujące możliwość rekombinacji DNA, powodują przeniesienie genów β-laktamaz z chromosomów bakteryjnych na cząsteczki zdolne do horyzontalnego transferu, którymi niemal bez wyjątku są plazmidy (18). Cząsteczki te rozprzestrzeniają się bardzo często dzięki własnym systemom koniugacyjnym lub są mobilizowane do transferu przez inne, współwystępujące w komórce plazmidy. Olbrzymi wzrost puli genów β-laktamaz, będący wynikiem mobilizacji i rozprzestrzeniania horyzontalnego, bardzo zwiększa materiał wyjściowy do ewolucji poprzez zjawiska mutacji i rekombinacji homologicznej. Dzięki wymienionym procesom, u wielu gatunków bakterii pojawiły się nowe, nabyte β-laktamazy, których jedyną funkcją jest obrona drobnoustrojów przed działaniem klinicznie używanych antybiotyków (11, 14). Ogólny obraz ewolucji β-laktamaz stymulowanej masowym stosowaniem antybiotyków β-laktamowych przedstawia rycina 1. Ukazuje on swoisty wyścig między drobnoustrojami chorobotwórczymi a przemysłem farmaceutycznym, opracowującym coraz to nowsze generacje β-laktamów, a także adaptację bakterii do środowisk, w których kumuluje się presja selekcyjna starszych i nowszych leków. Niemal natychmiast po wprowadzeniu w latach 1940. do lecznictwa penicyliny (benzylopenicyliny), zaobserwowano pojawienie się i gwałtowny wzrost występowania szczepów Staphylococcus aureus wytwarzających β-laktamazy (8). W później- 2

szych latach udział takich szczepów w populacjach gronkowca złocistego sukcesywnie rósł, obecnie osiągając ponad 90% (15). Pierwsze cefalosporyny (tzw. cefalosporyny I generacji lub cefalosporyny o wąskim zakresie działania), penicyliny izoksazolilowe oraz penicyliny o szerokim zakresie działania (aminopenicyliny), stosowane od początku lat 1960. głównie w celu zwalczania szczepów S. aureus wytwarzających β-laktamazy (cefalosporyny, penicyliny izoksazolilowe) i/lub pałeczek Gram-ujemnych (aminopenicyliny, cefalosporyny) przyczyniły się do pojawienia się nowych mechanizmów oporności. Spowodowały one m.in. selekcję szczepów bakterii Gram-ujemnych, najpierw E. coli, a później innych Enterobacteriaceae, wytwarzających nabyte β-laktamazy o szerokim spektrum substratowym, takie jak TEM-1, TEM-2 i SHV-1, które obecnie są najczęściej występującymi, kodowanymi plazmidowo β-laktamazami. Szacuje się, że enzym TEM-1 wytwarzany jest obecnie przez ok. 50% klinicznych szczepów E. coli na świecie (11). W ostatnich latach obserwuje się stały wzrost liczby zakażeń, w tym także epidemii, wywoływanych przez szczepy pałeczek Gram-ujemnych oporne na większość antybiotyków b-laktamowych, włącznie z tzw. oksyimino-β-laktamami. Zjawisko to związane jest z bardzo intensywnym wykorzystywaniem od początku lat 1980. tych leków w terapii wielu rodzajów zakażeń. Oksyimino-β-laktamy (cefuroksym, cefalosporyny III i IV generacji oraz jedyny stosowany klinicznie monobaktam aztreonam), ze względu na szeroki zakres aktywności przeciwbakteryjnej, bardzo dobrą charakterystykę farmakologiczną i niepodatność na działanie β-laktamaz o szerokim spektrum substratowym, uważano wówczas za cudowne antybiotyki, które rozwiążą problem zakażeń bakteryjnych. Masowe użycie tych leków doprowadziło jednak w szybkim czasie do selekcji nowych nabytych mechanizmów oporności, które obejmują swym zakresem działania zdecydowaną większość b-laktamów jednocześnie. Oporność ta związana jest głównie z wytwarzaniem b-laktamaz o bardzo rozległych spektrach substratowych i obejmuje takie zjawiska, jak trwałe odblokowanie lub podwyższenie poziomu ekspresji gatunkowo-specyficznych cefalosporynaz AmpC oraz produkcję nabytych AmpC i b-laktamaz o rozszerzonym spektrum substratowym, czyli ESBL. Odpowiedzią zaś bakterii na wprowadzenie do leczenia kolejnej grupy β-laktamów, tzw. karbapenemów, było m.in. pojawienie się szczepów wytwarzających nabyte β-laktamazy zdolne do hydrolizy także tych leków, do niedawna i często nadal traktowanych jako leki ostatniej szansy w przypadkach zakażeń wywołanych przez pałeczki Gram-ujemne. Wśród nich wymienić należy MBL oraz niektóre enzymy klasy A (np. KPC) i D (β-laktamazy CHDL). Przykłady obrazów testu wykrywającego MBL uzyskiwanych dla szczepów Enterobacteriaceae MBL+: Przykłady obrazów testu wykrywającego KPC uzyskiwanych dla szczepów Enterobacteriaceae KPC+: 3

Rycina 1. Ogólny schemat ewolucji β-laktamaz i wprowadzania kolejnych rodzajów i generacji antybiotyków β-laktamowych na podstawie Jacoby i Bush (8). Rok Antybiotyk β-laktamaza 1940 benzylopenicylina penicylinazy S. aureus 1950 1960 penicyliny o szerokim spektrum plazmidowo kodowane działania (aminopenicyliny), β-laktamazy o szerokim spektrum cefalosporyny I generacji substratowym (np. TEM-1, TEM-2, SHV-1, OXA-1) 1970 1980 cefamycyny (cefoksytyna), plazmidowo kodowane ESBL, oksyimino-β-laktam odblokowanie/podwyższenie (cefuroksym i cefalosporyny III poziomu ekspresji naturalnych generacji; monobaktamy - aztreonam) AmpC, nabyte AmpC 1980/90 inhibitory β-laktamaz oporne na inhibitory β-laktamazy z rodzin TEM i SHV karbapenemy nabyte karbapenemazy klas A, D (CHDL) i B (MBL) 4

β-laktamazy o rozszerzonym spektrum substratowym, ESBL ESBL to enzymy zdolne do hydrolizy wszystkich penicylin, cefalosporyn (oprócz cefamycyn) i monobaktamów. Hydrolizują oksyimino-β-laktamy z szybkością nie mniejszą niż 10% szybkości hydrolizy benzylopenicyliny. Aktywność większości tych β-laktamaz hamowana jest przez kwas klawulanowy, sulbaktam i tazobaktam (2, 64). W systemie funkcjonalnym b-laktamaz, ESBL zostały zaklasyfikowane do dwóch podgrup grupy 2: podgrupy 2be ( b-laktamazy o rozszerzonym spektrum substratowym hamowane przez kwas klawulanowy ) oraz podgrupy 2de ( b-laktamazy o rozszerzonym spektrum substratowym hydrolizujące kloksacylinę ). Według podziału strukturalnego b-laktamaz należą one do klas A (podgrupa 2be) i D (podgrupa 2de). Są to enzymy o masie cząsteczkowej około 30 kda, w ich miejscu aktywnym znajduje się reszta serynowa (2). Enzymy ESBL występują głównie jako nabyte, kodowane plazmidowo b-laktamazy. Geny kodujące ESBL zlokalizowane są często na plazmidach koniugacyjnych, w tym także o szerokim zakresie gospodarza, przez co ulegają szybkiemu rozprzestrzenianiu, również pomiędzy szczepami należącymi do różnych gatunków. Ponadto, występują one w obrębie specyficznych elementów genetycznych (transpozonów, modułów transpozycyjnych, kaset integronowych), co zapewnia im przenoszenie pomiędzy różnymi cząsteczkami DNA, a często też wysoki poziom ekspresji. Jak zaznaczono wyżej, także niektóre gatunkowo-specyficzne β-laktamazy klasy A posiadają cechy ESBL. Nabyte ESBL, zidentyfikowane po raz pierwszy w 1983 r. (9, 10), są obecnie źródłem poważnych problemów klinicznych i epidemiologicznych na całym świecie. Wytwarzane są przede wszystkim przez szpitalne szczepy pałeczek różnych gatunków z rodziny Enterobacteriaceae, choć w ostatnim okresie obserwuje się je także coraz częściej w szczepach wywołujących zakażenia pozaszpitalne, głównie u E. coli, ale także u patogenów typowych dla tego typu zakażeń - Salmonella i Shigella (3, 16). Identyfikowane są również u niektórych pałeczek niefermentujących, zwłaszcza P. aeruginosa i Acinetobacter baumannii (11). Duża i stale rosnąca częstość występowania ESBL wśród ważnych klinicznie drobnoustrojów, która w skali pojedynczego oddziału lub szpitala, a nawet regionu lub kraju może osiągać 40-60% izolatów klinicznych K. pneumoniae (6, 16), konsekwentnie zawęża możliwości terapeutyczne antybiotyków b-laktamowych. Problemy kliniczne dodatkowo powiększa fakt, że wiele izolatów ESBL + zachowuje w badaniach in vitro wrażliwość na szereg antybiotyków należących do spektrum substratowego ESBL (zwłaszcza oksyiminoβ-laktamów) ze względu na specyficzne cechy enzymu lub niższy poziom jego ekspresji (11, 19). Zastosowanie takich leków w terapii kończy się jednak często niepowodzeniem terapeutycznym. Pierwsze takie przypadki odnotowywano już w latach 1980. (1), przeprowadzona zaś pod koniec lat 1990. metaanaliza wykazała, że ryzyko niepowodzenia wynosi ok. 50% w przypadku zastosowania cefalosporyny III generacji (np. ceftazydymu, cefotaksymu, ceftriaksonu) w leczeniu poważnego zakażenia szczepem ESBL +, na którą ten szczep wykazuje wrażliwość in vitro (17). Ryzyko to zależy od wartości MIC (minimalnego stężenia hamującego) danej cefalosporyny i wzrasta jeszcze bardziej w przypadku szczepów, dla których MIC znajduje się bezpośrednio poniżej wartości granicznej dla szczepów wrażliwych i średniowrażliwych (16, 17). Zjawisko to tłumaczy się możliwością występowania tzw. efektu inokulum, czyli wzrostu wartości MIC leku wraz ze wzrostem inokulum bakteryjnego (badania lekowrażliwości in vitro prowadzi się przy stosunkowo niskim inokulum). Ponadto, może dojść do selekcji mutantów o podwyższonej aktywności enzymatycznej ESBL lub zwiększonym poziomie ekspresji β-laktamazy. Jest to jeden z najważniejszych powodów, obok potrzeb epidemiologicznych, decydujących o konieczności precyzyjnej identyfikacji fenotypu ESBL + we wszystkich izolatach Enterobacteriaceae w ramach rutynowej diagnostyki laboratoryjnej. Wykrywanie ESBL prowadzi się różnymi metodami, wszystkie one jednak sprowadzają się do stwierdzenia znaczącego obniżenia wrażliwości badanego szczepu na przynajmniej jeden z markerowych oksyimino-β-laktamów (ceftazydym, cefotaksym, ceftriakson, cefpodoksym, cefepim, aztreonam) i wykazania wpływu inhibitora β-laktamaz (kwasu klawulanowego) na ten efekt (4, 5). Diagnostykę ESBL utrudnia różnorodność fenotypów oporności szczepów ESBL + na β-laktamy, której jedynie wycinkiem jest wspomniana wyżej wrażliwość in vitro części szczepów na wybrane substraty ESBL. Fenotypy oporności szczepów wytwarzających ESBL zależą od wielu czynników, m.in. szczegółowych preferencji substratowych konkretnych wariantów ESBL, ich podatności na działanie inhibitorów, poziomu aktywności enzymatycznej i ekspresji oraz obecności innych mechanizmów oporności (inne b-laktamazy, obniżenie przepuszczalności błony zewnętrznej, wypompowywanie leku). Niektóre z tych mechanizmów, np. wysoka ekspresja cefalosporynazy AmpC lub poważne obniżenie przepuszczalności błony zewnętrznej, ze względu na niepodatność na działanie inhibitorów β-laktamaz, mogą maskować obecność ESBL (5). Innym poważnym problemem w zwalczaniu szczepów o fenotypie ESBL + jest też fakt, że są one często oporne również na antybiotyki z innych grup terapeutycznych, przez co łatwiej jeszcze mogą ulegać pozytywnej selekcji i utrzymywać się we florze szpitalnej oraz wywoływać epidemie klonalne. Związane jest to z tym, że geny kodujące ESBL zlokalizowane są na plazmidach, na których z reguły znajdują się też geny warunkujące oporność np. na aminoglikozydy, ko-trimoksazol, tetracykliny lub chloramfenikol (8). Przykład obrazu testu wykrywającego ESBL uzyskiwanego dla szczepu Enterobacteriaceae ESBL+: 5

Piśmiennictwo 1. Brun-Buisson, C., P. Legrand, A. Philippon, F. Montravers, M. Ansquer, and J. Duval. 1987. Transferable enzymatic resistance to third-generation cephalosporins during nosocomial outbreak of multiresistant Klebsiella pneumoniae. Lancet 2:302-6. 2. Bush, K., G. A. Jacoby, and A. A. Medeiros. 1995. A functional classification scheme for β-lactamases and its correlation with molecular structure. Antimicrob Agents Chemother 39:1211-33. 3. Canton, R., A. Novais, A. Valverde, E. Machado, L. Peixe, F. Baquero, and T. M. Coque. 2008. Prevalence and spread of extended-spectrum β-lactamase-producing Enterobacteriaceae in Europe. Clin Microbiol Infect 14 Suppl 1:144-53. 4. Clinical, and, Laboratory, Standards, and Institute. 2008. Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing; Eighteenth Informational Supplement, vol. 28. 5. Drieux, L., F. Brossier, W. Sougakoff, and V. Jarlier. 2008. Phenotypic detection of extended-spectrum β-lactamase production in Enterobacteriaceae: review and bench guide. Clin Microbiol Infect 14 Suppl 1:90-103. 6. Empel, J., A. Baraniak, E. Literacka, A. Mrowka, J. Fiett, E. Sadowy, W. Hryniewicz, and M. Gniadkowski. 2008. Molecular survey of β-lactamases conferring resistance to newer β-lactams in Enterobacteriaceae isolates from Polish hospitals. Antimicrob Agents Chemother 52:2449-54. 7. Gniadkowski, M. 2008. Evolution of extended-spectrum β-lactamases by mutation. Clin Microbiol Infect 14 Suppl 1:11-32. 8. Jacoby, G. A., and K. Bush. 2005. β-lactam Resistance in the 21st Century. Frontiers in Antimicrobials Resistance pod redakcją D. GWhite,.M. N. 9. Kliebe, C., B. A. Nies, J. F. Meyer, R. M. Tolxdorff-Neutzling, and B. Wiedemann. 1985. Evolution of plasmid-coded resistance to broad-spectrum cephalosporins. Antimicrob Agents Chemother 28:302-7. 10. Knothe, H., P. Shah, V. Krcmery, M. Antal, and S. Mitsuhashi. 1983. Transferable resistance to cefotaxime, cefoxitin, cefamandole and cefuroxime in clinical isolates of Klebsiella pneumoniae and Serratia marcescens. Infection 11:315-7. 11. Livermore, D. M. 1995. β -Lactamases in laboratory and clinical resistance. Clin Microbiol Rev 8:557-84. 12. Livermore, D. M., and J. D. Williams. 1996. β-lactams: Mode of Action and Mechanism of Bacterial Resistance. Antibiotics in Laboratory Medicine pod redakcją V. Lorian 4:502-578. 13. Massova, I., and S. Mobashery. 1998. Kinship and diversification of bacterial penicillin-binding proteins and β-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 42:1-17. 14. Medeiros, A. A. 1997. Evolution and dissemination of β-lactamases accelerated by generations of β-lactam antibiotics. Clin Infect Dis 24 Suppl 1:S19-45. 15. Nathwani, D., and M. J. Wood. 1993. Penicillins. A current review of their clinical pharmacology and therapeutic use. Drugs 45:866-94. 16. Paterson, D. L., and R. A. Bonomo. 2005. Extended-spectrum β-lactamases: a clinical update. Clin Microbiol Rev 18:657-86. 17. Paterson, D. L., W. C. Ko, A. Von Gottberg, J. M. Casellas, L. Mulazimoglu, K. P. Klugman, R. A. Bonomo, L. B. Rice, J. G. McCormack, and V. L. Yu. 2001. Outcome of cephalosporin treatment for serious infections due to apparently susceptible organisms producing extended-spectrum β-lactamases: implications for the clinical microbiology laboratory. J Clin Microbiol 39:2206-12. 18. Poirel, L., T. Naas, and P. Nordmann. 2008. Genetic support of extended-spectrum β-lactamases. Clin Microbiol Infect 14 Suppl 1:75-81. 19. Sanders, C. C., K. S. Thomson, and P. A. Bradford. 1993. Problems with detection of β-lactam resistance among nonfastidious gram-negative bacilli. Infect Dis Clin North Am 7:411-24. Biuletyn sfinansowany ze środków będących w dyspozycji Ministra Zdrowia w ramach programu zdrowotnego pn.: Narodowy Program Ochrony Antybiotyków na lata 2011-2015. www.antybiotyki.edu.pl 6