[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Antybiotykooporność
Gram-ujemnych pałeczek
wytwarzających beta-laktamazy
i uznano je za leki o wyjątkowej skuteczno-
ści. Niestety, wkrótce okazało się, że niektó-
re drobnoustroje wykazują oporność na ich
działanie, związaną między innymi z aktyw-
nością beta-laktamaz, enzymów rozkładają-
cych beta-laktamy. Wielkie nadzieje wiąza-
no z nowymi grupami antybiotyków beta-
laktamowych, takimi jak cefalosporyny, ale
wiadomo już, że bakterie wykształciły me-
chanizmy oporności również na te związ-
ki, a odsetek szczepów opornych wciąż
wzrasta. Obecnie intensywnie prowadzo-
ne są badania mające na celu poznanie me-
chanizmów oporności bakterii na szerokie
spektrum antybiotyków beta-laktamowych
oraz sposobów jej przekazywania. W ostat-
nich latach istotnym problemem stały się
zakażenia wywołane przez szczepy Gra-
m-ujemnych pałeczek wytwarzające beta-
laktamazy o rozszerzonym spektrum sub-
stratowym – ESBL (extended-spectrum
Magdalena Rzewuska
z Katedry Nauk Przedklinicznych Wydziału Medycyny Weterynaryjnej w Warszawie
ednymi z najczęściej stosowanych w lecz-
nictwie związków chemicznych o działa-
niu antybakteryjnym są antybiotyki beta-lak-
tamowe, nazywane beta-laktamami. Wspól-
ną ich cechą jest obecność w cząsteczce
pierścienia beta-laktamowego. W ciągu pra-
wie 80 lat, począwszy od wykrycia w 1929 r.
penicyliny, związki te stały się najliczniejszą
grupą antybiotyków. Beta-laktamy podzie-
lone są na kilka grup o odmiennej budowie
strukturalnej, w której rozróżnia się rdzeń
typowy dla danej grupy i określoną liczbę
różnych podstawników. Zaliczane są do
nich penicyliny, cefalosporyny, monobak-
tamy, karbapenemy oraz inhibitory beta-
laktamaz. Antybiotyki te mają różny zakres
działania przeciwbakteryjnego w zależno-
ści od przynależności do grupy. W począt-
kowym okresie stosowania penicylin uzy-
skiwano bardzo dobre efekty terapeutyczne
Życie Weterynaryjne • 2009 • 84(3)
199
J
Prace poglądowe
Antibiotic resistance in Gram-negative rods
producing beta-lactamases
Prekursory peptydoglikanu powstają w cy-
toplazmie, skąd są transportowane do bło-
ny cytoplazmatycznej, w której znajdują się
białka o aktywności transpeptydaz, przyłą-
czające nowe elementy do tworzonej war-
stwy peptydoglikanu. Niektóre z tych trans-
peptydaz cechują się powinowactwem do
antybiotyków beta-laktamowych i są nazy-
wane białkami wiążącymi penicylinę (pe-
nicillin binding proteins – PBP). Połącze-
nie z antybiotykiem powoduje inaktywację
transpeptydaz, co prowadzi do zahamowa-
nia syntezy ściany komórkowej, a w efekcie
do śmierci komórki. Warunkiem bakterio-
bójczej aktywności antybiotyku jest obec-
ność w jego cząsteczce nienaruszonego
pierścienia beta-laktamowego oraz dzia-
łanie na bakterie będące w fazie aktywne-
go namnażania. U bakterii występują róż-
ne typy PBP o określonych funkcjach, np.
związane z podziałem komórki czy z jej wy-
dłużaniem, a zatem inaktywacja przez an-
tybiotyk początkowo może wywołać róż-
ne zmiany w budowie i kształcie komórki,
tj. wydłużenie lub pęcznienie, ale ostatecz-
nie powoduje jej lizę. Najczęściej dochodzi
do pęknięcia komórki w wyniku wzrostu
ciśnienia osmotycznego lub uaktywnienia
autolizyn, co ma miejsce u bakterii Gram-
dodatnich. Białka wiążące penicylinę u róż-
nych rodzajów, gatunków czy szczepów
bakterii różnią się powinowactwem do po-
szczególnych antybiotyków beta-laktamo-
wych, co wyjaśnia różnice w skuteczności
leków. Na efektywność działania antybio-
tyku wpływa nie tylko stopień powinowac-
twa do PBP, ale również liczba tych białek
w komórce, ich dostępność dla antybioty-
ku oraz obecność różnych mechanizmów
inaktywujących go. W przypadku bakterii
Gram-ujemnych antybiotyk, aby dotrzeć do
docelowego miejsca wiązania musi poko-
nać barierę błony zewnętrznej oraz prze-
dostać się przez przestrzeń periplazmatycz-
ną, w której mogą znajdować się enzymy
o aktywności beta-laktamaz.
środowiska następuje przywrócenie funk-
cji życiowych. Wobec takich bakterii anty-
biotyki beta-laktamowe w stężeniach kon-
wencjonalnych wykazują działanie bakte-
riostatyczne.
Wśród penicylin rozróżnia się m.in. pe-
nicyliny naturalne wrażliwe na penicylina-
zy (np. benzylopenicylina, feneticylina), pe-
nicyliny przeciwgronkowcowe oporne na
penicylinazy (np. oksacylina, kloksacylina,
metycylina), penicyliny o szerokim zakresie
działania wobec bakterii Gram-dodatnich
i Gram-ujemnych (np. ampicylina, amok-
sycylina, karbenicylina). Penicyliny natu-
ralne działają przede wszystkim na bakte-
rie Gram-dodatnie, wśród bakterii Gram-
-ujemnych wrażliwe są m.in.
Neisseria
spp.
i
Bordetella
spp. Penicyliny o szerokim
zakresie działania wobec bakterii Gram-
ujemnych, w tym
Pseudomonas aerugi-
nosa
, należą głównie do karboksypenicy-
lin i ureidopenicylin (np. tikarcylina, azlo-
cylina, piperacylina).
Cefalosporyny zawierają w cząsteczce
pierścień zwany cefemem, który zbudowa-
ny jest z beta-laktamu i dihydrotiazyny. Ce-
fem wykazuje większą oporność na działa-
nie beta-laktamaz niż penam, występujący
w penicylinach, co sprawia, że ta grupa an-
tybiotyków ma szersze spektrum działania
antybakteryjnego. Skuteczność cefalospo-
ryn wobec różnych bakterii wiąże się także
z obecnością w cząsteczce podstawników,
np. grupy metoksy-, grupy iminometoksy-,
czy grupy metylotiotetrazolowej, które obec-
ne są u większości cefalosporyn III i IV ge-
neracji. Zakres działania bakteriobójczego
stanowi kryterium, dokonanego przez Wil-
liamsa podziału cefalosporyn, który został
przedstawiony w
tabeli 1
(2). Wyróżniono
pięć grup cefalosporyn: 0 – aktywne wobec
bakterii, głównie Gram-dodatnich, w po-
dobnym stopniu co penicyliny; 1 – aktyw-
ne wobec bakterii Gram-dodatnich, oporne
na penicylinazę gronkowcową; 2 – o szero-
kim zakresie działania, wykazujące większą
aktywność wobec bakterii Gram-ujemnych
niż należące do grupy 0; 3 – o szerokim za-
kresie działania, wykazujące wysoką ak-
tywność wobec
Pseudomonas aeruginosa
;
4 – o stosunkowo niewielkiem spektrum
działania, ale bardzo oporne na beta-lak-
tamazy, cechujące się wysoką aktywnością
wobec beztlenowych pałeczek z rodzaju
Bacteriodes
. Podział cefalosporyn na gene-
racje wiąże się z czasem wprowadzenia ich
do lecznictwa oraz z opornością na działa-
nie beta-laktamaz. Na ogół kolejne genera-
cje charakteryzuje coraz wyższa oporność
na te enzymy. Cefalosporyny nie są aktyw-
ne w stosunku do chlamydii, mikoplazm,
riketsji i z reguły enterokoków.
Karbapenemy (np. imipenem, merope-
nem) są pochodnymi tienamycyny, a cechą
charakterystyczną, decydującą o ich wy-
sokiej oporności na beta-laktamazy, jest
Rzewuska M.
, Department of Preclinical Sciences,
Faculty of Veterinary Medicine, Warsaw University
of Life Sciences – SGGW
Many diff erent types of resistance to antibiotics have
been identifi ed in Gram-negative bacteria. It may be an
intrinsic characteristic or acquired by selection for mu-
tation or by acquisition of a resistance gene from oth-
er microorganism. Synthesis of beta-lactamases is the
predominant mechanism of resistance to beta-lactams,
the most frequently used antibiotics. Bacteria producing
extended-spectrum beta-lactamases (ESBL), metallo-
beta-lactamases (MBL) or AmpC beta-lactamases are
of exceptional clinical signifi cance. Infections caused
by multidrug-resistant strains of Gram-negative rods se-
verely limit treatment options and complicate therapy.
Thus the aim of this review was to present some cru-
cial problems of appropriate antimicrobial management
of multi-drug resistant bacteria infections.
Keywords:
antibiotic resistance, extended-spectrum
beta-lactamases, metallo-beta-lactamases, AmpC be-
ta-lactamases.
beta-lactamases) oraz metalo-beta-laktama-
zy – MBL (metallo-beta-lactamases; 1). Roz-
poznanie lekooporności związanej z tego
typu enzymami jest niezwykle przydatne
w ustaleniu właściwej antybiotykoterapii,
która powinna być skuteczna i niepowodu-
jąca powiększania się populacji wieloopor-
nych szczepów bakteryjnych.
Mechanizm działania antybiotyków
beta-laktamowych
Strukturą komórkową, na którą oddziały-
wają antybiotyki beta-laktamowe jest ścia-
na komórkowa bakterii. Stanowi ona ze-
wnętrzną część komórki, nadając jej sztyw-
ność i chroniąc przed działaniem różnych
niekorzystnych czynników. Ściana komór-
kowa występuje u zdecydowanej większości
bakterii. U bakterii Gram-dodatnich zbudo-
wana jest z grubej warstwy peptydoglikanu,
a u Gram-ujemnych jest cieńsza, o złożonej
budowie. Warstwa peptydoglikanu u bak-
terii Gram-ujemnych jest związana z bło-
ną zewnętrzną, która jest strukturą lipido-
wo-wielocukrowo-białkową. W błonie ze-
wnętrznej znajdują się tzw. białka porynowe,
które tworzą kanały, przez które cząsteczki
wnikają do wnętrza komórki. Białka poryno-
we różnią się powinowactwem do związków
chemicznych o różnej budowie. Niektóre
z nich warunkują przenikanie antybiotyków
do komórki, a zmiany stopnia powinowac-
twa lub zmniejszenie ich liczby może spowo-
dować efekt oporności na dany antybiotyk.
Antybiotyki beta-laktamowe działa-
ją na etapie syntezy ściany komórkowej.
Spektrum działania antybiotyków
beta-laktamowych
Antybiotyki beta-laktamowe są związkami
o szerokim spektrum działania bakterio-
bójczego, zarówno wobec bakterii Gram-
-ujemnych, jak i Gram-dodatnich. Nie są
aktywne, natomiast wobec bakterii nie-
mających ściany komórkowej, np. z ro-
dzaju
Mycoplasma
. Oczywiście skutecz-
ność poszczególnych antybiotyków za-
leży od ich budowy oraz wrażliwości na
działanie czynników warunkujących od-
porność bakterii. W przypadku niektó-
rych bakterii Gram-dodatnich, które nie
wytwarzają autolizyn, występuje zjawisko
„tolerancji” antybiotyku. Polega ono na ha-
mowaniu namnażania się bakterii w obec-
ności antybiotyku, a po jego usunięciu ze
200
Życie Weterynaryjne • 2009 • 84(3)
Prace poglądowe
ustawienie bocznego łańcucha w pozycji
trans
, a nie
cis
,
jak u pozostałych beta-lak-
tamów. Antybiotyki te wykazują oporność
na działanie licznych beta-laktamaz wytwa-
rzanych przez różne bakterie, i co się z tym
wiąże mają najszerszy zakres działania spo-
śród wszystkich antybiotyków beta-lakta-
mowych, zarówno wobec bakterii Gram-
ujemnych, jak i Gram-dodatnich.
Monobaktamy (np. aztreonam) cechuje
wąski zakres działania przeciwbakteryjne-
go ograniczony do tlenowych i względnie
beztlenowych pałeczek Gram-ujemnych.
Antybiotyki te są oporne na działanie wielu
beta-laktamaz, z wyjątkiem wytwarzanych
przez
Klebsiella oxytoca
i
Burkholderia ce-
pacia
oraz typu ESBL. Monobaktamy nie są
aktywne wobec bakterii Gram-dodatnich
i Gram-ujemnych beztlenowców.
Inhibitory beta-laktamaz nie są stoso-
wane jako typowe antybiotyki, nie mają
działania przeciwbakteryjnego. Związki te
mają budowę beta-laktamową i też mogą
być substratami dla enzymów beta-lakta-
mowych, z tym że ulegają powolniejszemu
rozkładowi. Stosowane łącznie z antybioty-
kami beta-laktamowymi blokują beta-lak-
tamazy, podwyższając skuteczność działa-
nia bakteriobójczego antybiotyku. Nie do
wszystkich beta-laktamaz związki te mają
jednakowe powinowactwo, a zatem nie za-
wsze wykazują działanie blokujące. Tak jest
w przypadku enzymów typu MBL. Często
oporne na inhibitory są bakterie Gram-do-
datnie o oporności typu MRSA. Obecnie
w lecznictwie stosowane są trzy inhibito-
ry beta-laktamaz: kwas klawulanowy, sul-
baktam oraz tazobaktam.
Tabela 1.
Podział cefalosporyn wg Williamsa (2)
Grupa
Generacja
Antybiotyk (przykłady)
I
Cefadroksyl
Cefaleksyna
Cefradyna
0
II
Cefaklor
Cefprozil
1
I
Cefalotyna
Cefazolina
Cefapiryna
II
Cefamandol
Cefuroksym
Cefotiam
2
Cefotaksym
Ceftriakson
Cefodizim
Cefetamet-piwoksyl
III
3
III
Cefoperazon
Cefsulodyna
Ceftazidim
IV
Cefepim
4
II
Cefamycyny:
Cefmetazol
Cefoksytyna
Cefotetan
Tabela 2.
Podział beta-laktamaz bakteryjnych (4, 5)
Klasa
enzymu
Budowa centrum
aktywnego
Przedstawiciele klasy – przykłady (grupa)
A
seryna
penicylinazy hamowane przez inhibitory (gr. 2b)
penicylinazy niehamowane przez inhibitory (gr. 2br)
karbapenicylinazy (gr. 2c)
β
-laktamazy o rozszerzonym spektrum działania –ESBL
(gr. 2be)
karbapenemazy hamowane przez inhibitory (gr. 2f)
B
cynk
karbapenemazy, metalo-
β
-laktamazy – MBL (gr. 3)
Mechanizmy oporności bakterii
na antybiotyki beta-laktamowe
C
seryna
cefalosporynazy AmpC (gr. 1)
D
seryna
oksacylinazy (gr. 2d)
Komórka bakteryjna może wykazywać jed-
nocześnie kilka mechanizmów warunku-
jących oporność na antybiotyki beta-lak-
tamowe. Proces nabywania i modyfi kowa-
nia oporności przez bakterie ma charakter
ciągły, zachodzi szczególnie intensyw-
nie w populacjach szczepów klinicznych,
zwłaszcza szpitalnych, które poddawane są
stałemu działaniu różnych antybiotyków.
Kontakt z antybiotykami może wywoływać
oporność indukowaną lub pojawienie się
oporności na nowe beta-laktamy, co jest
bardzo groźne, ponieważ może prowadzić
do powstawania tzw. wieloopornych szcze-
pów, i to nie tylko wśród bakterii patogen-
nych, ale także wśród bakterii będących
składnikami mikrofl ory normalnej.
Głównym mechanizmem obronnym bak-
terii przed działaniem antybiotyków beta-lak-
tamowych jest wytwarzanie białek o aktyw-
ności beta-laktamaz. Enzymy te hydrolizują
wiązanie amidowe w pierścieniu beta-lakta-
mowym, co powoduje inaktywację antybioty-
ku (3). Skuteczność działania beta-laktamaz
E
cynk
β
-laktamazy wytwarzane przez szczepy z rodzaju
Xanthomonas
zależy przede wszystkim od poziomu pro-
dukcji enzymu, specyfi ki jego aktywności
oraz stopnia powinowactwa do określonego
antybiotyku. Beta-laktamazy bakterii Gram-
dodatnich wydzielane są na zewnątrz komór-
ki. Działając w środowisku zewnętrznym, in-
aktywują cząsteczki antybiotyku, do którego
mają powinowactwo. W rezultacie chronią
nie tylko komórki bakteryjne, z których po-
chodzą, ale i inne znajdujące się w środowi-
sku bakterie, w tym również takie, które nie
mają zdolności wytwarzania własnych beta-
laktamaz. Na przykład niektóre gronkowce
wchodzące w skład mikrofl ory normalnej
mogą wytwarzać penicylinazy, które będą
chroniły przed działaniem penicylin bak-
terie patogenne, naturalnie wrażliwe na te
antybiotyki. Występowanie takiego zjawi-
ska, zwanego kopatogennością, należy brać
pod uwagę, zwłaszcza gdy mimo ukierun-
kowanej wskazaniami antybiogramu terapii,
nie uzyskuje się oczekiwanego jej efektu.
U bakterii Gram-ujemnych beta-laktamazy
znajdują się w przestrzeni periplazmatycz-
nej i nie przenikają przez błonę zewnętrzną
do środowiska. Działają one zatem na anty-
biotyk dopiero po jego przejściu przez bło-
nę zewnętrzną, wewnątrz przestrzeni pe-
riplazmatycznej, zanim dotrze on do znaj-
dujących się w błonie cytoplazmatycznej
docelowych białek PBP.
Obecnie znanych jest około 340 beta-
laktamaz o różnej swoistości i pochodze-
niu (3). Zostały one sklasyfi kowane w kilku
systemach o różnych kryteriach podziału.
Jednym z nich, najczęściej stosowanym, jest
podział beta-laktamaz na pięć klas w opar-
ciu o różnice strukturalne według Amblera
(4). Podział uwzględniający różnice funkcjo-
nalne został dokonany przez Busha (5). Obie
te klasyfi kacje w wielu punktach są zbieżne,
przedstawiono je w
tabeli 2
. Mianownictwo
Życie Weterynaryjne • 2009 • 84(3)
201
Prace poglądowe
beta-laktamaz nie jest jednolite i związane
jest z różnymi ich właściwościami.
Beta-laktamazy są kodowane przez geny
(
bla
) znajdujące się w chromosomie bak-
teryjnym lub w plazmidach, często zwią-
zane z tzw. ruchomymi elementami gene-
tycznymi, np. transpozonami lub integro-
nami. Geny chromosomalne są najczęściej
charakterystyczne dla określonego gatun-
ku bakterii. Natomiast geny plazmidowe
mogą być przekazywane pomiędzy róż-
nymi szczepami, gatunkami, a nawet ro-
dzajami bakterii, nieraz odległymi fi loge-
netycznie. U bakterii Gram-ujemnych wy-
stępują beta-laktamazy kodowane przez
geny chromosomalne lub plazmidowe, na-
tomiast u Gram-dodatnich głównie przez
geny plazmidowe. Do powstawania no-
wego typu oporności dochodzi najczę-
ściej w wyniku mutacji. Jeżeli zachodzi ona
w genie plazmidowym, to rozprzestrzenia
się wśród bakterii na drodze transformacji
lub koniugacji i populacja szczepów opor-
nych szybko się powiększa.
Wytwarzanie beta-laktamaz przez bak-
terie może mieć charakter konstytutywny
lub indukowany. Enzymy konstytutywne są
wytwarzane przez komórki w sposób cią-
gły, a ich poziom nie zależy od obecności
antybiotyku w środowisku i jest stałą ce-
chą szczepu lub gatunku bakterii. Obec-
ność beta-laktamazy konstytutywnej pro-
dukowanej w odpowiedniej ilości może być
przyczyną tzw. naturalnej oporności na an-
tybiotyk, do którego ma ona powinowac-
two. Bardzo wiele beta-laktamaz bakterii
Gram-ujemnych ma charakter konstytu-
tywny. W przypadku beta-laktamaz indu-
kowanych warunkiem ich produkcji przez
bakterie jest indukcja przez antybiotyk be-
ta-laktamowy obecny w środowisku. Syn-
teza tych enzymów zachodzi do momentu
usunięcia induktora ze środowiska, a więc
warunkuje oporność czasową. Niekiedy
jednak może dojść w trakcie indukcji do
mutacji i indukowana beta-laktamaza jest
wytwarzana przez bakterię w sposób cią-
gły, nawet po usunięciu induktora, a więc
wytwarza się oporność trwała na określony
antybiotyk – zjawisko to nazywane jest de-
represją trwałą (6). Induktorem może być
różny beta-laktam, niekoniecznie ten, któ-
ry jest przez daną beta-laktamazę rozkła-
dany. Przykładami silnych induktorów są
cefamycyny i karbapenemy, które induku-
ją wytwarzanie wielu beta-laktamaz, cho-
ciaż same na działanie większości z nich
są oporne (6). Indukcja jest reakcją wystę-
pującą z pewnym opóźnieniem. Zjawisko
to sprzyja narastaniu oporności na beta-
laktamy w populacji bakterii, które miały
kontakt z induktorami, ale nie zostały za-
bite. Zatem należy szczególnie rozważnie
stosować w lecznictwie antybiotyki o sil-
nych właściwościach indukcyjnych i uni-
kać ich nadużywania.
Poza enzymatycznymi mechanizmami,
które unieczynniają antybiotyki beta-lak-
tamowe, u bakterii Gram-ujemnych opor-
ność na nie może być związana z przepusz-
czalnością błony zewnętrznej. Na skutek
zmniejszenia liczby białek porynowych
w błonie zewnętrznej (outer membrane
proteins – OMP) lub ich modyfi kacji an-
tybiotyk nie może być transportowany do
przestrzeni periplazmatycznej, gdzie znaj-
dują się docelowe białka PBP. Taki charak-
ter może mieć m. in. oporność na karbape-
nemy u
Pseudomonas aeruginosa
lub
Aci-
netobacter
spp. (7). Bakterie mogą również
wytwarzać PBP o zmienionej budowie, tak
że tracą one powinowactwo do antybiotyku
beta-laktamowego lub ulega ono osłabie-
niu (8). Zjawisko to najlepiej poznane jest
u bakterii Gram-dodatnich, czego przykła-
dem może być oporność gronkowców na
metycylinę (szczepy MRSA – methicillin-
resistant
Staphylococcus aureus
).
Najsłabiej poznanym mechanizmem
oporności na beta-laktamy jest wypływ
antybiotyku z wnętrza komórki bakteryj-
nej na skutek aktywności białek działają-
cych na zasadzie pompy (e ux pump; 9).
Takie aktywne usuwanie antybiotyku z ko-
mórki może warunkować również opor-
ność na tetracykliny, chloramfenikol, ami-
noglikozydy czy chinolony.
Wprowadzenie do lecznictwa nowych
antybiotyków o szerokim zakresie działa-
nia, niewrażliwych na „stare” beta-lakta-
mazy może prowadzić do selekcji szcze-
pów wytwarzających nowe typy tych en-
zymów. Zjawisko narastania oporności
bakterii jest jednym z najpoważniejszych
problemów terapeutycznych, zwłaszcza
w przypadkach epidemii szpitalnych (10).
Szczególnie trudne do zwalczania są szcze-
py Gram-ujemnych bakterii wytwarzające
beta-laktamazy typów ESBL, MBL i AmpC
(cefalosporynazy).
szczepów wytwarzających ESBL obserwo-
wany jest wzrost wartości MIC (minimal
inhibitory concentration) dla cefalosporyn
IV generacji, tj. cefepim (12).
Geny kodujące ESBL są zlokalizowane
w plazmidach lub chromosomach (w trans-
pozonach lub integronach). Występują
u bakterii z rodziny Enterobacteriaceae,
głównie z rodzajów
Escherichia
,
Klebsiel-
la
,
Enterobacter
,
Proteus
,
Salmonella
, a tak-
że u tlenowych pałeczek, tj.
Acinetobacter
spp.,
Pseudomonas
spp.,
Aeromonas
spp.,
Stenotrophomonas
spp. Szczepy wytwarza-
jące ESBL najczęściej należą do szczepów
wieloopornych i na ogół w szybkim tempie
rozprzestrzeniają się w środowisku, wywo-
łując np. groźne epidemie szpitalne (13, 14).
Enzymy ESBL zaliczane są do klasy
A według Amblera, grupy 2be i 2d we-
dług Busha (15). Pochodzą od beta-lakta-
maz o szerokim spektrum działania (broad
spectrum beta-lactamases) należących do
grupy 2b, tj. beta-laktamazy SHV czy TEM,
i nazywane są odpowiednio ESBL typu SHV
i ESBL typu TEM (15). U niektórych bakte-
rii wykryto również inne ESBL, jak np. typu
PER m.in. u
Acinetobacter
spp., typu VEP,
m.in. u
Pseudomonas
spp. i
Enterobacter
cloacae
, typu BES m.in. u
Serratia marce-
scens
czy typu CTX-M m.in. u
Proteus
spp.
(16). Beta-laktamazy te różnią się zakresem
hydrolizowanych substratów (17). Do ESBL
niektórzy autorzy zaliczają także beta-lak-
tamazy typu OXA (grupa 2d), które hydro-
lizują kloksacylinę i oksycylinę, a w mniej-
szym stopniu cefalosporyny. Występują one
przede wszystkim u
Pseudomonas aerugi-
nosa
i
Escherichia coli
, rzadziej u innych
pałeczek Gram-ujemnych (18).
Istotny jest fakt, że poszczególne szcze-
py bakteryjne mogą wytwarzać więcej niż
jeden typ beta-laktamaz, a te, u których
stwierdza się kilka typów, są szczepami
o fenotypie wieloopornym (15, 19). Drob-
noustroje wytwarzające ESBL wykrywa-
ne są na całym świecie, w tym w Polsce,
i głównie związane są z zakażeniami szpi-
talnymi (20, 21, 22, 23).
Beta-laktamazy typu ESBL
Szczep bakterii wytwarzającej beta-lakta-
mazy o rozszerzonym spektrum działa-
nia (ESBL) wyizolowano po raz pierwszy
w 1983 r. w Niemczech (11). Były to pa-
łeczki
Klebsiella pneumoniae
, u których
wykryto beta-laktamazę rozkładającą cefo-
taksym. Enzym ten powstał w wyniku mu-
tacji w genie „starej” beta-laktamazy SHV-
1 (sulfhydryl variable) i różnił się tylko jed-
nym aminokwasem od pierwotnego białka.
Beta-laktamazy typu ESBL inaktywu-
ją penicyliny i przede wszystkim cefalo-
sporyny I-III generacji oraz monobakta-
my (aztreonam), a wykazują słabą aktyw-
ność wobec cefamycyn i nie inaktywują
karbapenemów. Ich działanie jest hamo-
wane przez inhibitory beta-laktamaz, tj.
kwas klawulanowy czy sulbaktam. Trze-
ba zaznaczyć, że w przypadku niektórych
Beta-laktamazy typu MBL
W połowie lat 90. ubiegłego wieku ziden-
tyfi kowano enzymy hydrolizujące szero-
kie spektrum antybiotyków beta-laktamo-
wych, w tym karbapenemy (24). Charakte-
rystyczną ich cechą okazała się obecność
jonu cynku w centrum aktywnym. Na-
zwano te enzymy metalo-beta-laktama-
zami (MBL), zwane są też karbapenema-
zami, chociaż nazwa ta określa wszystkie
enzymy rozkładające karbapenemy. Za-
klasyfi kowano je do klasy B, grupy 3 we-
dług Busha. Są one niewrażliwe na inhi-
bitory beta-laktamaz, natomiast ich ak-
tywność jest hamowana przez EDTA, co
jest związane z chelatującym działaniem
202
Życie Weterynaryjne • 2009 • 84(3)
Prace poglądowe
tego związku (25). MBL nie rozkładają
aztreonamu.
Rozróżnia się kilka molekularnych ty-
pów MBL, tj. IMP, VIM, GIM, SPM czy SIM
(26). Geny kodujące MBL zlokalizowane
są w chromosomie lub plazmidach, gdzie
występują w postaci kaset w strukturach
integronowych. Sprzyja to łatwemu roz-
przestrzenianiu się tych genów w populacji
bakterii różnych gatunków, a szczepy wytwa-
rzające MBL (głównie typów IMP oraz VIM)
wykrywane są na całym świecie (25, 26).
Beta-laktamazy MBL występują
u Gram-ujemnych pałeczek, głównie tle-
nowych, tj.
Stenotrophomonas maltophilia
,
Pseudomonas
spp,
Aeromonas
spp
.
i
Acine-
tobacter
spp., a także u niektórych z rodziny
Enterobacteriaceae, np.
Klebsiella
spp.,
En-
terobacter
spp.,
Morganella
spp. (26, 27).
Ogromne zagrożenie stanowią, niena-
leżące do MBL, niedawno zidentyfi kowa-
ne beta-laktamazy o aktywności karbape-
nemaz, nazwane KPC, zaklasyfi kowane do
klasy A i grupy 2f według Busha (28). Enzy-
my te hydrolizują karbapenemy, penicyliny,
cefalosporyny oraz aztreonam i są hamo-
wane przez kwas klawulanowy oraz tazo-
baktam. Beta-laktamazy typu KPC wykryto
w szczepach m.in.
Klebsiella
spp.,
Entero-
bacter
spp.,
Salmonella enterica
,
Pseudo-
monas
aeruginosa
i
Serratia
spp. (29).
terapeutycznych należy albo potraktować
szczepy AmpC-dodatnie za oporne na cefa-
losporyny III generacji, albo brać pod uwagę
dokładne wskazania antybiogramu.
Dotyczy to m.in. mięsa drobiowego, w któ-
rym stwierdzono obecność szczepów
Sal-
monella enterica
oraz
E. coli
o fenotypie ES-
BL-dodatnim (45, 46, 47). Również w szcze-
pach bakteryjnych izolowanych z surowego
mleka wykryto kilka typów ESBL (48).
Występowanie beta-laktamaz
u Gram-ujemnych bakterii izolowanych
od zwierząt
Postępowanie w przypadku zakażeń
wywołanych przez szczepy wytwarzajace
beta-laktamazy
Zdecydowana większość danych na temat
beta-laktamaz pałeczek Gram-ujemnych
dotyczy enzymów wytwarzanych przez
bakterie wyizolowane od ludzi, głównie
przez szczepy szpitalne. Poza szpitalami
szczepy wytwarzające ESBL wykrywano
również w domach opieki społecznej, do-
mach dziecka oraz w przypadkach zakażeń
pozaszpitalnych (32, 33, 34). Wydaje się, że
ważnym rezerwuarem tych bakterii mogą
być zwierzęta hodowlane, domowe i dzikie
(35). W ostatnich latach zaczęło się poja-
wiać coraz więcej prac opisujących szcze-
py bakterii izolowane od zwierząt, wy-
twarzające beta-laktamazy typów ESBL
i AmpC, chociaż wciąż jest ich stosunko-
wo niewiele. Natomiast dotychczas brak
doniesień dotyczących szczepów pocho-
dzenia zwierzęcego wytwarzających ty-
powe metalo-beta-laktamazy.
Beta-laktamazy o rozszerzonym spek-
trum substratowym (ESBL) wykryto
u szczepów
Escherichia coli
i
Klebsiella
pneumoniae
wyizolowanych od koni (36).
Od bydła wyizolowano m.in. szczepy
Sal-
monella enterica
produkujące cefalospo-
rynazy typu AmpC, a także
E. coli
wytwa-
rzające ESBL typu CTX (37, 38). Szczepy
E.
coli
produkujące beta-laktamazy typu CTX
stwierdzono też w kale świń (39).
Obecność wieloopornych szczepów
stwierdzo również u zwierząt towarzyszą-
cych człowiekowi. W badaniach przepro-
wadzonych we Włoszech stwierdzono kil-
ka typów beta-laktamaz w szczepach
E. coli
pochodzących od chorych i zdrowych psów
oraz kotów (40). Bakterie były wyizolowa-
ne z kału, z treści jelit lub z narządów we-
wnętrznych. Wszystkie charakteryzowały
się wysoką opornością w stosunku do anty-
biotyków z różnych grup, w tym szerokiego
spektrum cefalosporyn, chinolonów i ami-
noglikozydów. W wykonanych w Chile ba-
daniach geny kodujące ESBL wykryto u 20%
badanych szczepów
E. coli
wyizolowanych
od psów i kotów (41). W Polsce wśród pałe-
czek
E. coli
wyizolowanych od chorych psów
i kotów, ekspresję ESBL wykryto u 2% bada-
nych szczepów (42). Były to szczepy wyizo-
lowane z wymazów pobranych z ucha oraz
z nosa od psów. Przypadki występowania
ESBL stwierdzono także w szczepach
E. coli
wyizolowanych z kału dzikich zwierząt, tj.
mewy, sowy, jelenie, lisy (43, 44).
Coraz częstsze są doniesienia o izola-
cji bakterii o oporności typu ESBL z pró-
bek produktów pochodzenia zwierzęcego.
W leczeniu zakażeń bakteryjnych podsta-
wowym etapem powinno być rozpoznanie
czynnika etiologicznego i oznaczenie jego
wrażliwości na chemioterapeutyki. Najwła-
ściwszym postępowaniem jest wybór leku
na podstawie wskazań antybiogramu. Przy
obecnej, obszernej wiedzy na temat opor-
ności bakterii trzeba mieć świadomość, że
prawidłowe ustalenie lekowrażliwości szcze-
pów w rutynowym badaniu może być trud-
ne, zwłaszcza w odniesieniu do bakterii Gra-
m-ujemnych. Oznaczenie lekowrażliwości
powinno polegać na ustaleniu wartości MIC
dla badanych chemioterapeutyków, a także
na określeniu profi lu beta-laktamaz wytwa-
rzanych przez bakterie. Ekspresję beta-lak-
tamaz można wykrywać kilkoma metodami,
m.in. krążkowo-dyfuzyjną z odpowiednio
dobranymi antybiotykami, specjalnymi E-
testami lub metodami zautomatyzowanymi,
np. w systemie BD Phoenix. Badania te na-
leży wykonywać według zaleceń CLSI (Cli-
nical and Laboratory Standards Institute).
Rutynowo powinno się oznaczać beta-lakta-
mazy typu ESBL, MBL i AmpC u wszystkich
klinicznych szczepów należących do rodzi-
ny Enterobacteriaceae oraz u pałeczek tle-
nowych, tj.
Stenotrophomonas
spp.,
Pseudo-
monas
spp,
Aeromonas
spp
.
i
Acinetobacter
spp. Niestety, często interpretacja oznaczeń
fenotypowych jest trudna i wtedy w wątpli-
wych przypadkach można przeprowadzić
badanie genetyczne, polegające na poszu-
kiwaniu genów kodujących beta-laktamazy
(12). Oznaczenia takie wykonywane są przez
ośrodki referencyjne (w Polsce przez Naro-
dowy Instytut Leków w Warszawie).
Mimo coraz szerszej wiedzy na temat
mechanizmów oporności bakterii, w tym
działania ESBL i MBL, niewiele jej elemen-
tów dotychczas znalazło zastosowanie kli-
niczne. Walka z zakażeniami bakteryjny-
mi wciąż jest trudna, niekiedy nieskutecz-
na z uwagi na złożone, często jednocześnie
występujące różne mechanizmy oporno-
ści bakterii. Aby ograniczyć selekcję szcze-
pów opornych, należy w jak najmniejszym
stopniu poddawać je działaniu antybioty-
ków w nieskutecznych dawkach. O ile to
możliwe powinno się stosować antybioty-
ki „niższych” generacji (według wskazań
antybiogramu), a nie nadużywać antybio-
tyków „wyższych” generacji, ponieważ ich
stosowanie prowadzi do powstawania be-
ta-laktamaz o coraz szerszym spektrum
Beta-laktamazy typu AmpC
Beta-laktamazy AmpC są enzymami zali-
czanymi do klasy C i grupy 1 według Busha.
Są to cefalosporynazy o zróżnicowanym po-
ziomie aktywności w zależności od gatunku
bakterii, stosunkowo trudne do identyfi ka-
cji. Częściowo mogą łączyć się z elementa-
mi ściany komórkowej bakterii, czym przy-
pominają PBP. Cefalosporynazy AmpC roz-
kładają wszystkie penicyliny i cefalosporyny
(głównie I i II generacji) z wyjątkiem cefe-
pimu, nie hydrolizują aztreonamu, chociaż
niektóre mogą go wiązać (1). Enzymy te nie
hydrolizują karbapenemów i nie są hamo-
wane przez kwas klawulanowy.
Cefalosporynazy AmpC wytwarzane
są przez bakterie Gram-ujemne, głównie
z rodzajów
Acinetobacter
spp.,
Enterobac-
ter
spp.,
Citrobacter
spp.,
Escherichia
,
Kleb-
siella
spp.,
Serratia
spp.,
Morganella
spp.,
Providencia
spp. i
Pseudomonas
(30, 31).
Ekspresja niektórych enzymów AmpC
jest indukowana przez beta-laktamy. W przy-
padku nadprodukcji enzymu lub derepresji
(produkcja konstytutywna w wyniku muta-
cji) obserwowana jest u bakterii oporność na
cefalasporyny III generacji (1). Do takiego
zjawiska może dochodzić w trakcie stoso-
wania antybiotyków, które są słabymi induk-
torami, a jednocześnie mogą być substrata-
mi, np. cefalosporyn III generacji, na które
wrażliwość stopniowo zaczyna zmniejszać
się w czasie leczenia (1). Dlatego dla celów
Życie Weterynaryjne • 2009 • 84(3)
203
[ Pobierz całość w formacie PDF ]