RESISTENZA AGLI ANTIBIOTICI β-LATTAMICI
La penicillina è il più antico antibiotico β-lattamico; gli sviluppi successivi hanno incluso un’intera gamma di antibiotici a base di β-lattamici, come le cefalosporine di prima generazione fino alla quarta generazione, i monobattami e i carbapenemi. Quasi immediatamente dopo l’introduzione della penicillina, è stata osservata resistenza negli stafilococchi. Gli antibiotici β-lattamici interferiscono con la sintesi della parete cellulare legando enzimi chiamati proteine leganti la penicillina (PBPS)., La resistenza ai β-lattami è principalmente causata dalla presenza di β-lattamasi, che distruggono l’anello del lattame, o dalla presenza di PBP alterati, che non sono inibiti da questi antibiotici. Nei batteri Gram-positivi la β-lattamasi viene escreta nell’ambiente extracellulare e nei batteri Gram-negativi viene escreta nello spazio periplastico. Se l’antibiotico β-lattamico è efficace contro il batterio dipende da una serie di fattori (Fig. 131.,1), di cui:2
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la concentrazione dell’antibiotico nell’ambiente;
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il tasso di entrata attraverso la membrana esterna (nel caso di batteri Gram-negativi);
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la quantità di beta-lattamasi;
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il tasso di idrolisi per l’antibiotico da β-lattamasi; e
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l’affinità della Pbp per l’antibiotico.
Il numero di β-lattamasi è aumentato costantemente dall’introduzione della penicillina. Le β-lattamasi sono state classificate in base ai loro aspetti funzionali.,3 Questo sistema si basa sui tassi di idrolisi per un certo numero di substrati e sul livello di inibizione da parte dell’acido clavulanico, ma semplici mutazioni puntiformi possono alterare la classificazione. Sono stati anche classificati in base alle sequenze nucleotidiche che codificano le β-lattamasi.4 Classi A, C e D hanno una serina nel loro sito attivo, mentre la classe B ha un atomo di zinco nel sito attivo. Gli enzimi di classe A sono codificati principalmente sui plasmidi, mentre gli enzimi di classe C sono generalmente codificati cromosomicamente, sebbene i geni per queste β-lattamasi si trovino sempre più sui plasmidi., Gli enzimi di classe A sono generalmente espressi in modo costitutivo. I geni enzimatici di classe C sono presenti in quasi tutti i bacilli Gram-negativi, ad eccezione della Salmonella spp., ma la loro presenza non necessariamente conduce a resistenza. Gli enzimi di classe C sono solitamente inducibili e sono necessari un totale di quattro geni per l’espressione dell’attività β-lattamasi. Escherichia coli possiede i geni ampC, ampD e ampG, ma manca il gene ampR. Perché E. coli possiede tre di questi geni e manca il quarto non è chiaro. La classe D è un gruppo limitato di enzimi in grado di idrolizzare l’oxacillina; sono correlati agli enzimi di classe C., La classe B è di crescente importanza perché molti agiscono come carbapenemasi. Le β-lattamasi hanno una dimensione compresa tra 30 e 40 kDa.
Le β-lattamasi più comuni nelle Enterobacteriaceae sono TEM-1, TEM-2 e SHV-1 (TEM sono le prime tre lettere del nome del paziente da cui è stato ottenuto l’isolato; SHV sta per sulfhydryl variable). Queste sono semplici penicillinasi e la loro attività può essere inibita da composti come l’acido clavulanico e il tazobactam, rendendo di nuovo attivi i derivati della penicillina., Tuttavia, gli enzimi TEM e SHV possono facilmente ottenere uno spettro più ampio attraverso mutazioni, che possono portare a resistenza contro le cefalosporine di terza generazione. L’inattivazione di aztreonam, ceftazidima, cefotaxime o ceftriaxone è considerata un indicatore della presenza di una β-lattamasi a spettro esteso (ESBL). Tuttavia, questi antibiotici possono anche essere inattivati dalla sovrapproduzione di ampC.
La resistenza alle cefalosporine di terza generazione è stata descritta per la prima volta nel 1983 ed è stata mediata da un plasmide che codifica per una β-lattamasi correlata alla TEM., La maggior parte di ESBLs si trova in Klebsiella pneumoniae, ma anche sempre più in altre Enterobacteriaceae. Le β-lattamasi a spettro esteso sono codificate dai plasmidi e sono altamente trasmissibili. Sono state descritte più di 160 β-lattamasi di tipo TEM e 100 di tipo SHV; quasi la metà sono ESBLs, ma almeno 10 membri della famiglia TEM non sono più inibiti dall’acido clavulanico (TEM resistente agli inibitori). Inoltre, sono noti 60 CTX-M-type e 10 OXA-type ESBLs. Oltre a queste famiglie ESBL comunemente presenti, sono state descritte altre ESBL.,5
Alcune cefalosporinasi codificate con plasmidi, che sono anche chiamate cefamicinasi, derivano da AMPC β-lattamasi codificate con plasmidi, ma sono prodotte in modo costitutivo. La prevalenza di AMPC β-lattamasi con codifica plasmidica tra le enterobatteriacee è in aumento. L’ulteriore diffusione di questi geni attraverso l’ospedale o la comunità può ulteriormente mettere in pericolo l’uso di cefalosporine.
Un altro gruppo comprende le carbapenemasi. Questi enzimi inattivano i carbapenemi altamente attivi come imipenem e nuovi carbapenemi come erapenem e doripenem., In passato questi enzimi erano codificati solo cromosomicamente, ma sempre più i geni che codificano queste β-lattamasi si trovano anche sui plasmidi. Ciò porterà ad un aumento della resistenza contro i carbapenemi. Tuttavia, la resistenza è ancora rara ad eccezione di Pseudomonas aeruginosa e Acinetobacter spp. Molte carbapenemasi appartengono alla classe B. Tuttavia, è stata riportata una carbapenemasi OXA, che è un enzima di classe A. Inoltre, sono noti tre carbapenemasi K. pneumoniae (KPC)., Questi enzimi inoltre sono stati riferiti in altre enterobacteriaceae, compreso salmonella ed hanno causato parecchi focolai negli Stati Uniti orientali.
I PBP alterati sono anche una delle principali ragioni per la resistenza agli antibiotici β-lattamici. Un PBP alterato è coinvolto nella resistenza alla meticillina negli stafilococchi. Sia MRSA che Staphylococcus epidermidis meticillino-resistente (MRSE) sono importanti cause di infezioni nosocomiali. Queste infezioni sono difficili da trattare perché sia MRSA che MRSE sono generalmente multiresistenti e suscettibili solo a un numero limitato di antibiotici.,
Questo PBP2a è codificato dal gene mecA. La regolazione della resistenza alla meticillina è complessa. L’espressione può essere eterogenea e solo poche cellule esprimono il fenotipo, sebbene tutte le cellule siano genotipicamente identiche e posseggano il gene mecA. Attraverso la mutazione il fenotipo di resistenza può diventare omogeneo, che è il caso nella maggior parte degli isolati. L’espressione è anche influenzata dal sistema di regolazione della β-lattamasi (blaR) con codifica plasmidica blaR1 e blaI inducer-repressor system, che interagisce con il sistema MECR1 e mecI associato al mec.,6 Il determinante mec sembra provenire da stafilococchi coagulasi-negativi, che hanno una prevalenza molto più elevata del gene, e il trasferimento orizzontale sembra avvenire su base regolare.
Il gene mecA si trova su una cassetta cromosomica stafilococcica (SCCmec). Sei tipi fondamentali di SCCmec sono stati descritti in base al tipo di geni ccr e alla presenza o assenza dei geni mecI e mecR completi (mec complex A e B, rispettivamente) (Fig. 131.2). All’interno di questi tipi di base sono state osservate notevoli variazioni., Ciò è in parte dovuto all’inserimento di plasmidi di resistenza e/o trasposoni in alcuni SCCmec. I geni ccr sono ricombinasi site-specific che riconoscono le ripetizioni dirette e sono coinvolti nella mobilizzazione degli elementi SCC e quindi nel loro trasferimento tra diversi stafilococchi. SCCmec è sempre integrato nel gene orfX degli stafilococchi.7 Oltre alla presenza di mecA, alcuni ceppi resistenti alla meticillina sono sovraproduttori di β-lattamasi.,8,9
La resistenza alla penicillina in Streptococcus pneumoniae è anche dovuta alla presenza di PBP alterati e questo meccanismo può essere responsabile della resistenza alla penicillina mediata cromosomicamente in N. gonorrhoeae. In Enterococcus faecium le mutazioni in PBP5 sono responsabili della resistenza all’ampicillina. La resistenza all’ampicillina si trova spesso nei ceppi associati all’ospedale. Gli isolati clinici resistenti alla vancomicina sono spesso anche resistenti all’ampicillina.
Una riduzione delle porine nei batteri Gram-negativi come le enterobacteriaceae, e in particolare in P. aeruginosa e Acinetobacter spp.,, contribuisce alla resistenza al β-lattamico, ma di per sé è insufficiente per tenere conto della resistenza.
