Mecanismos de Resistencia a

los Antimicrobianos

ß-lactámicos y Glicopéptidos

Dra Daniela Centrón

UBA/CONICET

Primera Parte

❖ Mecanismo de resistencia: codificado por la

célula bacteriana

❖ Resistencia poblacional

❖ Resistencia de la población que está

produciendo una infección en el sitio de infección

Se habla de resistencia en tres niveles

Mecanismo molecular utilizado por la célula bacteriana

para resistir la acción de los antimicrobianos.

1-Mecanismos de resistencia

*Eflujo del antimicrobiano

*Impermeabilidad al antimicrobiano

*Inactivación enzimática

*Protección del blanco

*Modificación del blanco

*Vía alternativa del antimicrobiano

*Formación del biofilm o biopelículas

Capacidad de una cepa de resistir a la acción de una concentración

dada de un antimicrobiano en un medio de cultivo.

2-Resistencia poblacional

Parámetros PK/PD

3-Resistencia de una población

que está produciendo una infección

NATURAL: propia del microorganismo.

ADQUIRIDA: es aquel tipo de resistencia que determinada

célula bacteriana ha adquirido a lo largo del tiempo.

TIENE MAYOR IMPACTO A NIVEL CLÍNICO

TIPOS DE RESISTENCIA

Problemática de la resistencia a antimicrobianos

❖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

❖ Vigilancia epidemiológica y

el control de infecciones en nuestro país

❖ Uso Racional de Antimicrobianos

SOLUCIONES

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

Proteína de

Membr

Pared

Celular

Espacio

Periplásmico

Membrana

Celular

Proteína de

Unión a

Penicilina

Βeta-Lactamasas

-Lactámico

-Lactámico

Peptidoglicano

Proteína de

TranspLipopolisacárido

Lipoproteína

Canal de

Porina

Abierto

CitoplasmaMembrana

Citoplasmática

Pared

bacteriana

L-Ala

racemasa

D-Ala

ligasa Ddl

MurF

glicopéptido

+

D-Ala-D-Ala

UDP

UDP

L-Ala-D-Glu-L-Lys

pentapéptido

tripéptido

Carrier de lípidos

N-acetilglucosamina

acido N-acetilmuramico

PBPs

Péptido glicano de

S. aureus

PBPs

PBPs

PBPs

transglicosilasa

transpeptidasa

carboxipeptidasa

CitoplasmaMembrana

Citoplasmática

L-Ala

D-Ala

glicopéptido

+

D-Ala-D-Ala

UDP

pentapéptido

PBPs

-lactámicos acilan el

sitio activo de la serina

de las PBPs,

inhibiendo la formación

del péptido glicano.

PBPs

PBPs

PBPs

transglicosilasa

transpeptidasa

carboxipeptidasa

Pared

bacteriana

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)

Quinta Generación de Cefalosporinas

(Ceftobiprol, Ceftarolina, Ceftolozano)Carbapenemes

(Imipenem, Meropenem)Monobactamos

(Aztreonam)

Efecto Terapéutico

Bactericida

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 antimicrobiano -lactámico

❖alteración de la membrana externa llevando a

disminución de la entrada del antimicrobiano -

lactámico

❖ eflujo del ATB

❖ vía alternativa para el antimicrobiano -lactámico

❖ producción de biofilm

Mecanismo de acción de las β-lactamasas

β-lactamasas

β-lactámico

PBP

Antimicrobiano β-lactámico inactivo

+

H2O

Enzima serinPBP

PBP

pentapéptido

Sitio blanco de acción

(Bush K and Jacoby G, AAC, 2010)

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

Aumento de -lactamasas

Acido clavulánico, Sulbactam, Tazobactam, Avibactam

(unión irreversible de la β-lactamasa al inhibidor

por eso « inhibidores suicidas »).

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

antimicrobiano.

Inhibidores de las β-lactamasas

Tiempo

Núm

ero d

e B

acte

rias

Via

ble

s

Acido

clavulánico

Amoxicilina

Control (SIN drogas)

Acido clavulánico

+Amoxicilina

El espectro antimicrobiano

de los Inhibidores de

ß-lactamasas, varía

de acuerdo al

ß-lactámico con el que

ha sido combinado.

Especies bacterianas aisladas en H1

Problemática de la resistencia a

Antibióticos -lactámicos en las Enterobacterias

(Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae,

Enterobacter cloacae, Serratia marcescens, etc.)

Producción de

-lactamasas

Proteína de

Membr

Pared

Celular

Espacio

Periplásmico

Membrana

Celular

Proteína de Unión

a Penicilina

--Lactamasas

Peptidoglicano

Proteína de

TranspLipopolisacárido

Canal de

Porina

Abierto

Canal de

Porina

Cerrado

Lipoproteína

-Lactámico

-Lactámico

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 antimicrobianos ß-lactámicos y a los

inhibidores de ß-lactamasas

CTX-M-grupo 1

CTX-M-grupo 2

CTX-M-grupo 8

CTX-M-grupo 9

Cefotaximasas

CTX-M-grupo 25

ISEcp1

Orf 513

Orf 513

IS Ecp1

ISEcp1

IS26

Kluyvera georgiana

Kluyvera cryocrescens

Kluyvera ascorbata

ISEcp1

Las β-lactamasas adquiridas se

localizan en

Integrones y en Transposones

Sistema Integrón/Cassettes

Pc

attIintI

Pc

attIintI

qacEΔ1 sul1 orf5blaVIM-2intI1

VR1

Integrones de clase 1

Movilización y Asociación de elementos móviles

ISCR1

(Arduino et al., 2002, Arduino et al., 2002, Quiroga et al., 2007)

blaCTX-M-2

VR2

Invasión de transposones en los

integrones de clase 1

intI

1982-1989

2020

Enterobacterias

Selección con Antibióticos

ISCR1 blaCTX-M-2 orf3

Selección con Antibióticos

aac(6´)-Ib blaOXA-2 orfD

aac(6´)-Ibaac(6´)-Ib blaOXA-2 orfD

Gen ubicuo de Kluviera ascorbata

ISCR1 blaCTX-M-2 orf3aac(6´)-Ib blaOXA-2 orfD

3000 pb

Orígenes de blaCTX-M-2 ......

TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENETICA

rhsD IS4321 tnpA tnpR IRi qacEΔ1sul1 ISCR1 blaCTX-M-2 qacEΔ1sul1 orf5 tnpA tnpR blaTEM-1 aacC2 catA2 ΔtniB tniA IRt merE merD

aac(6´)-Ib blaOXA-2 orfD

Tn5036Tn21

Plataforma genética de blaCTX-M-2 de Argentina

aac(6´)-Ib-cr blaOXA-2

aac(6´)-Ib blaOXA-9

aac(6´)-Ib blaOXA-2 orfD

aadB catB3 aac(6´)-Ib

blaIMP-13aac(6´)-Ib

OCTUBRE 2008

(Pasterán F, 2008)

Emergencia de resistencia a carbapenemes en enterobacterias.....

1986-2008

2008!!!Emergencia de blaKPC

RESISTENCIA A TODOS LOS ANTIMICROBIANOS ß-LACTÁMICOS!!!!!

Localizada en un transposón

(Pasterán F, et al., 2008)

Antibiótico 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 >24g/ml

Ceftriaxona R Colistin MIC >24g/ml

Cefepime R Tigeciclina S

Perfil de susceptibilidad de cepas de K. pneumoniae

productoras de blaKPC-2.

K. pneumoniae en H1

50 50

58

11

8

0

10

20

30

40

50

60

po

rcen

taje

de

re

sis

ten

cia

1996-1998 1999-2000 2001-2002 2003-2004 2005-2006 2007-2008 2009-2010

años

Cefs 3º y 4º

Ciprofloxacina

Imipenem

Colistin

CTXM-2

CTXM-2,CTXM-1

,AmpC Plasm.

KPC EXTREMA

RESISTENCIA

K. pneumoniae

productora de PER-2

CONFIRMACIÓN POR PCR

AMC CTXCAZ

2,5 a 3cm.CTX

CTX- CLAV

K. pneumoniae productora

de CTX-M-2

Del fenotipo al genotipo en las enterobacterias

MEROIMI

blaVIM

EDTA, 1uM

IMI

IMI

+ EDTA

Del fenotipo al genotipo en las enterobacterias

Detección de las BLEE en el laboratorio......

K. pneumoniae productora de PER-2

De RUTINA en el laboratorio de Bacteriología

ATB por difusión

AMC CTX

6mm

CTX

CTX- CLAV

E-Test

CAZ

2,5 a 3cm.

K. productora de CTX-M-2

Problemática de la resistencia a

-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

Puede adquirir ADN exógeno por Transformación ya que es

transformante natural (100 veces mas competente que Staphylococcus

spp.)

Chicos!! Al agua!!

El último es un

Staphylococcus!!!!

Problemática de la resistencia a

-lactámicos en Pseudomonas aeruginosa.

No ß-lactámicos

Resistencia natural

en Pseudomonas aeruginosa

Cloranfenicol

Tetraciclinas

Macrolidos

Glicopeptidos

CoTrimetoxazol

Viejas quinolonas

(acido nalidixico)

Aminopenicilinas (ampi, amoxi)

Aminop. + inhibidores

Cefalosporinas 1ra y2da

(cefalotina, cefuroxima)

Cefotaxima*

Cefoxitina

Ticarcilina-clavulánico*

ß-lactámicos

* Sensibilidad in vitro, Resistencia in vivo

www.pseudomonas.com

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.

(Nikaido H., Current Opin. Microbiol. 1; 516-523: 1998)

RESISTENCIA

ADQUIRIDA A

AMINOGLICOSIDOS,

MEROPENEM,

NUEVAS QUINOLONAS

-LACTAMICOS,

EN FORMA CONJUNTA

EFLUJO

Comparación de BIC y MIC de aislamientos de P. aeruginosa (µg/ml)

BIC50 BIC90 Rango MIC50 MIC90

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)

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 antimicrobiana

❖La transferencia horizontal genética y la recombinación

son más eficientes en estas cepas

Cepas “Mutators” en P. aeruginosa

Problemática de la resistencia a

-lactámicos en Streptococcus pneumoniae

.

Incidencia de la Resistencia a la penicilina en

Streptococcus pneumoniae

FRANCIA: 36%

ESPANA: 29%

HUNGRIA, USA: 12%

PORTUGAL: 6.9%

ALEMANIA: 1.5%

SUECIA: 1.5%

ARGENTINA: 21%

:

La resistencia de S. pneumoniae a penicilina (CIM>2mg/l)

se correlaciona con sensibilidad intermedia a amoxicilina,

cefuroxima, cefotaxima y a ceftriaxona

(Science 1994;264:388-393)

Estructura mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos

resistentes a β-latámicos.

Czechoslovakia (1987)

USA (1983)

South Africa (1978)

S. pneumoniae = Streptococcus ?

PBP 2B

Modificación del blanco de acción

ALTERACIONES EN PBPs SENSIBILIDAD (CIM ug/ml)

PBP 1A,2X

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 PENOXA>20 mm CIM ≤ 0.06 ug/ml

% 31.5%

5.2%

N=19

0

5

10

15

20

25

30

35

Penicilina C3G

Penicilina

C3G

S. pneumoniae aislado en pacientes con

meningitis en H2

Problemática de la resistencia a

-lactámicos en Staphylococcus aureus.

.

Línea temporal de eventos

1900 2020

1928

Descubrimiento

de la Penicilina1940 Penicilina comienza

a comercializarse, sintesis

de cefalosporinas

1959

Meticilina

S. aureus

90% mortalidad

Resistencia por

-lactamasa

Resistencia

a meticilina

50% de los aislamientos

clínicos resistentes a la

meticilina

Meticilino-Resistencia

Gen mecA

PBP 2a

R a TODOS los β-lactámicos

Generalmente ligada a

resistencia antibiótica

acompañante:

aminoglucósidos, macrólidos,

quinolonas, cloranfenicol,

tetraciclina, TMS.

Mecanismo de la vía alternativa del antibiótico

Transducción

ADN

del fagoCromosoma

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

1993, pacientes de

comunidades remotas del

oeste de Australia

1999, reporte de 4

muertes pediátricas

debidas a CA-MRSA

Estudio del comportamiento epidemiológico de SAMR-CA

2004, reporte de 15

muertes en Uruguay

17,5

68 68

16,4

7476

9

68 68

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Po

rcen

taje

de a

isla

mie

nto

s

1996-1998 1999-2000 2001-2002 2003-2004 2005-2006 2007-2008 2009-2010

años

Prevalencia

Oxacilina

Gentamicina

SAMR-AC

h-VISA

S. aureus en H1

Fin de la Primera Parte