Mecanismos de resistencia antimicrobiana en

bacterias de importancia hospitalaria

Dr. Alberto Fica

Servicio de Infectología, Departamento de Medicina

HOSPITAL MILITAR DE SANTIAGO

Contenidos

Panorama general y factores involucrados en emergencia de

resistencia

En bacilos gramnegativos

Beta-lactamasas

BLEE

Carbapenemasas

En cocáceas grampositivas

ERV

SAMR

S aureus resistente a vancomicina

transferencia horizontal

a otras especies

multiresistencia

otros tratamientos

nuevas selecciones

selección individuos resistentes

replicación bacteriana

reemplazo población

población bacteriana resistente

tratamiento antibiótico

población bacteriana

rasgo de resistencia infrecuente

una cepa por millón o diez millones de bacterias

Resistencia antimicrobiana

Fenómeno progresivo

Aparece luego de introducción de antibióticos

Se comporta en forma acumulativa y tiende a la multiresistencia

Detectable en hospitales y en la comunidad

Limita las opciones terapéuticas, disminuyendo la eficacia clínica

Aumenta los costos de tratamiento

Algunos ejemplos de emergencia de resistencia antimicrobiana

En la comunidad

Gonococo Resistencia a penicilina (presente en Chile)

Salmonella serotipo Typhi Multiresistencia (no observado en Chile)

Mycobacterium tuberculosis Multiresistencia (de baja frecuencia en Chile)

Shigella sp Multiresistencia (relevante en Chile)

Escherichia coli (como agente de ITU) Resistencia a ampicilina y cotrimoxazol (presente en Chile)

Neumococo Resistencia a penicilina y en una fracción de los casos a cefalosporinas (presente en Chile)

Haemophilus influenzae Resistencia a ampicilina (presente en Chile)

Moraxella catharralis Resistencia a ampicilina (presente en Chile)

Staphylococcus aureus Resistencia a penicilina (presente en Chile)

Resistencia a cloxacilina (presente en Chile)

Plasmodium sp Resistencia a diferentes antimaláricos

En hospitales

Estafilococos Resistencia a cloxacilina y multiresistencia (presente en Chile) Resistencia a vancomicina (no descrito en Chile)

Enterococos Resistencia a beta-lactámicos, aminoglucósidos y vancomicina (descrito en Chile)

Bacilos Gram negativos entéricos y no fermentadores

Resistencia a beta-lactámicos, aminoglucósidos, quinolonas, cotrimoxazol, etc (presente en Chile)

Selección y dispersión de la resistencia

El uso de antibióticos selecciona resistencia, no la genera

El ecosistema hospitalario es equivalente a un caldo de cultivo

con antibióticos agregados

Tiene laboratorio propio a nivel intestinal, cutáneo y respiratorio

donde conviven especies promiscuas y ejecutan transferencia de

material genético

Además, diseminación gratuita por manos del personal, equipos

contaminados u otros fenómenos creando un continuo geográfico

y temporal que sirve de reservorio

Actitudes médicas y culturales que favorecen el uso irracional de antimicrobianos

Uso de la prescripción médica como sedante para el propio médico y la familia

Uso de antibióticos en cuadros respiratorios virales

Uso indiscriminado de antibióticos en cuadros de diarrea aguda

Uso indiscriminado de penicilina en consultas de urgencia por odinofagia y fiebre

Profilaxis quirúrgica indiscriminada

Presión maternal por lograr algún tratamiento antibiótico para los hijos

Falta de capacitación y/o desconocimiento del tema en el cuerpo médico

Promoción y presión farmacéutica

Ausencia histórica de regulaciones en la venta libre de antimicrobianos*

Utilización de antimicrobianos en el sector agropecuario *modificada el año 2000

Modificación enzimática del antibiótico

Beta-lactamasas

Enzimas modificantes de aminoglucósidos

Cloranfenicol acetil-transferasa

Cambios en la permeabilidad a antibióticos por mutaciones en porinas

Mutación en porina D2 en Pseudomonas aeruginosa (resistencia a carbapenems)

Modificaciones en el sitio de ataque del antibiótico

Cambios de afinidad a penicilina en las proteinas ligantes a penicilina (PBP)

DNA girasa (resistencia a quinolonas por mutaciones en subunidades de DNA girasa)

Modificaciones ribosomales (resistencia a aminoglucósidos)

Modificaciones ribosomales cruzadas (MLS, resistencia cruzada a macrólidos, lincosamidas y estreptogramina)

Reemplazo de D-alanina por D-lactato en la cadena pentapéptida terminal del péptidoglucano (resistencia a vancomicina)

Mecanismos de eflujo

Bombas de eflujo para tetraciclina, cloranfenicol, quinolonas, beta-lactámicos, eritromicina u otros compuestos.

Transporte inefectivo

Deficiente captación de aminoglucósidos en anaerobios

Mecanismos generales de resistencia antibiótica en bacterias

Resistencia antibiótica a beta-lactámicos

Resistencia a Beta-lactámicos

Bacilos Gram negativos

Enzimático

Beta-lactamasas

4 tipos de enzimas

Cocáceas Gram positivas

Estructural >> enzimático

Cambios PBP

Proteínas ligantes PNC

Beta lactamasas

gran diversidad

4 grupos moleculares

genes codificantes en plasmidios o cromosomas

diferencias en el espectro de resistencia antibiótica, capacidad de

inhibición por ácido clavulánico, tazobactam o sulbactam o en las

especies asociadas

inducibles (genes reguladores) o constitutivas

Algunas diferencias relevantes entre beta-lactamasas de los grupos A y C.

Variable Beta-lactamasas grupo C Beta-lactamasas grupo A Ubicación preferente de genes codificantes

Cromosomal Plasmidial

Especies asociadas y escenario epidemiológico

Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter sp, Citrobacter freundii, Serratia sp.

Escenario nosocomial

Klebsiella pneumoniae, E. coli, N. gonorrhoeae, H. influenzae, M. catharralis, Shigella, S.aureus, B. fragilis Escenario comunitario o nosocomial

Ampliación del espectro Por mutaciones que desregulan síntesis de la enzima

Por mutaciones complementarias en sitio activo de la enzima

Espectro de resistencia No hiperproductora: Ampicilina, Cef. 1aG Hiperproductora Ampicilina, Cef de 1ª a 3ª G

No BLEE:

Ampicilina, Cef. 1aG BLEE

Ampicilina, Cef de 1ª a 3ª G

Sin espectro sobre Carbapenémicos Carbapenémicos

Efecto de inhibidores de beta-lactamasas

Sin efecto Efecto inhibitorio

Mutaciones en el sitio

activo de beta-

lactamasas tipo A

Mutaciones en el sitio

activo de beta-

lactamasas explican

optimización en la

afinidad por diferentes

beta-lactámicos y

aumento de espectro

Incorpora Cef 3ª G :

BLEE

Mejora la calidad de la

enzima, no su cantidad

La presión selectiva

permite su

persistencia y

expansión

Beta-lactamasas Clase A

Hospital

seleccion variantes, evolucion enzimatica

resistencia a cefalosporinas de 3a G

Ceftazidima R, espectro expandido (BLEE)

Comunidad

mecanismo prevalente

resistencia a ampicilina, cefalosporinas de primera G

E. coli, Shigella, N. gonorrhoeae, H. influenzae, S. aureus, B. fragilis

enzimas originales

TEM-1, TEM-2

SHV-1

Característico de ciertas especies

Haemophilus influenzae, Neisseria gonorrhoeae, E. coli,

Klebsiella pneumoniae, Citrobacter diversus, Proteus sp

beta-lactamasas clase A

E. coli o Klebsiella pneumoniae

Cepa no BLEE

TEM-1, TEM-2, SHV-1

Cepa BLEE

TEM > 2; SHV > 1

Ambiente comunitario Ambiente nosocomial

Ampicilina/amoxicilina R Ampicilina/amoxicilina R

Cefalosporinas1aG R Cefalosporinas1aG R

Cefalosporinas 2aG S Cefalosporinas 2aG R

Ceftriaxona/cefotaxima S Ceftriaxona/cefotaxima R

Ceftazidima S Ceftazidima R

Cefoperazona-sulbactam S Cefoperazona-sulbactam S

Cefoperazona S Cefoperazona R

Piperacilina R Piperacilina R

Piperacilina-tazobactam S Piperacilina-tazobactam S

Carbapenémicos S Carbapenémicos S

Beta-lactamasas de espectro extendido

TEM, SHV

CTX-M, PER, VEB, GER, BES, TLA, SFO y BEL.

El grupo CTX-M se divide en 5 subfamilias y dentro de ellas ha habido

una enorme diversificación

Estas subfamilias corresponden a CTX-M1, CTX-M2, CTX-M8, CTX-M9

y CTX-M25, algunas de ellas identificadas en Chile

La extensa diseminación en varias partes del mundo es una propiedad

de estas enzimas, la que ocurre a nivel nosocomial como comunitario.

Una característica central de las enzimas de la línea CTX-M es su

actividad sobre cefotaxima o ceftriaxona con mínima actividad sobre

ceftazidima, estableciendo un contrapunto con las BLEE asociadas a

TEM y SHV que se caracterizan por el perfil opuesto

Características de diferentes tipos de beta-lactamasas de espectro

extendido (BLEE).

Línea TEM y SHV CTX-M

Clase o grupo A A

Actividad preferencial Sobre ceftazidima Sobre cefotaxima o

ceftriaxona

Evolución Modificación sitio activo Modificación sitio activo

Inhibición Posible Posible

Diseminación Amplia, por plasmidios Amplia, por plasmidios

Implicancias terapéuticas ante beta-lactamasas Clase A espectro

extendido en hospitales

Sospechar enzimas de espectro expandido ante resistencia a

cefalosporinas de tercera generación (ceftriaxona o ceftazidima)

en especies específicas de BGN

Alternativas terapéuticas:

Uso beta-lactámico apropiado con inhibidor de beta-

lactamasa

Compuestos estables (carbapenémicos)

Otra familia (si es posible por antibiograma)

No siempre el inhibidor funciona con enzimas tipo A

Más difícil inhibir BLEE línea SHV que línea TEM

Mayor número copias de plasmidios que codifican por BLEE (dosis genética)

implica una mayor cantidad para inhibir

Alteraciones asociadas en permeabilidad a beta-lactámicos

Beta-lactamasa AmpC

Operon que incluye zona

regulatoria

Presencia beta-lactámico

inhibe represor y permite

síntesis de enzima (inducción)

En ocasiones hay mutación

en la zona que codifica el

represor o promotor y en

forma constitutiva

(permanente) sintetiza enzima

en grandes cantidades Estado hiperproductor

Enzima de baja afinidad que

aumenta su espectro por

cantidad

No sirven los inhibidores

Algunas diferencias relevantes entre beta-lactamasas de los grupos A y C.

Variable Beta-lactamasas grupo C Beta-lactamasas grupo A Ubicación preferente de genes codificantes

Cromosomal, incluye zona reguladora y sensor

Plasmidial

Especies asociadas y escenario epidemiológico

Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter sp, Citrobacter freundii, Serratia sp.

Escenario nosocomial

Klebsiella pneumoniae, E. coli, N. gonorrhoeae, H. influenzae, M. catharralis, Shigella, S.aureus, B. fragilis Escenario comunitario o nosocomial

Ampliación del espectro Por mutaciones que desregulan síntesis de la enzima

Por mutaciones complementarias en sitio activo de la enzima

Espectro de resistencia No hiperproductora:

Ampicilina, Cef. 1aG Hiperproductora

Ampicilina, Cef de 1ª a 3ª G

No BLEE:

Ampicilina, Cef. 1aG BLEE

Ampicilina, Cef de 1ª a 3ª G

Sin espectro sobre Carbapenémicos Carbapenémicos

Efecto de inhibidores de beta-lactamasas

Sin efecto Efecto inhibitorio

Beta-lactamasas AmpC

Beta-lactamasas cromosomales de importancia hospitalaria

Tipo Amp C o clase C

Restringidas a ciertas especies

P. aeruginosa, Enterobacter spp, Citrobacter freundii, Serratia spp.

Sensibilidad a Cefalosporinas de 3ª G

Desrepresión, Hiperproducción

Resistencia a Cefalosporinas 3aG

Susceptibilidad a Carbapenémicos

Pseudomonas aeruginosa

Cepa no hiperproductora Cepa hiperproductora

Origen comunitario Ambiente nosocomial

Ceftazidima S Ceftazidima R

Cefoperazona-sulbactam S Cefoperazona-sulbactam R

Cefoperazona S Cefoperazona R

Piperacilina-tazobactam S Piperacilina-tazobactam R

Piperacilina S Piperacilina R

Cefepime S Cefepime V

Imipenem /Meropenem S Imipenem / Meropenem S

Efecto cuantitativo o estequiométrico en aparición de

Resistencia

Compuesto Cantidad relativa de AmpC Susceptibilidad

Ceftazidima + S

Ceftazidima +++ R

Piperacilina + S

Piperacilina +++ R

Cefepime + S

Cefepime +++ S

Cefepime ++++ R

Imipenem + S

Imipenem ++++ S

Sorteando obstáculos

Carbapenems Otra familia si es posible

amikacina, ciprofloxacino, otros

Estrategias terapéuticas en casos

de hiperproducción de beta-lactamasas AmpC

Cefepime en ocasiones

Carbapenemasas

Enzima con espectro sobre todos los beta-lactámicos

Incluye carbapenémicos

No utilidad inhibidores

Pertenecientes al grupo B y algunos casos al grupo A

Constituyen la peor amenaza

Resistencia a carbapenémicos

Mecanismo Carbapenemasa Carbapenemasa Mutación porina +

hiperproducción

AmpC

Grupo o Clase Grupo o clase B Grupo o clase A

Denominación Metalo beta-

lactamasas

KPC

Especies

asociadas

S. maltophilia (100%),

P. aeruginosa (VIM,

<20%)

Otras especies

K. pneumoniae P. aeruginosa

Espectro Todos los beta-

lactámicos.

Incluye

carbapenémicos

Todos los beta-

lactámicos.

Incluye

carbapenémicos

Todos los beta-

lactámicos.

Incluye

carbapenémicos

Causa más frecuente resistencia a todos los B-L

Pseudomonas aeruginosa

Cepa panresistente a B-

lactámicos

2 mecanismos

Cepa panresistente a B-

lactámicos

1 mecanismo

Hiperproducción AmpC +

mutación porina

Carbapenemasa

Ceftazidima R Ceftazidima R

Cefoperazona-sulbactam R Cefoperazona-sulbactam R

Cefoperazona R Cefoperazona R

Piperacilina-tazobactam R Piperacilina-tazobactam R

Piperacilina R Piperacilina R

Cefepime R Cefepime R

Imipenem /Meropenem R Imipenem / Meropenem R

Causa más frecuente resistencia a todos los B-L

KPC llegó a Chile

KPC

Carbapenemasa

con espectro

sobre todas los

beta-lactámicos y

carbapenémicos

Variantes de enzimas modificantes de aminoglucósidos y su espectro de acción.

enzimas estreptomicina Gentamicina C1 amikacina

Acetiltransferasas AAC-6’ - - +

AAC-2’ - + - AAC-3’ - + - Fosfotransferasas

APH-3’ - - V

APH-2’’ - + V

APH-3’’ + - - APH-6 + - - Enzimas adenilantes

ANT-2’’ - + - ANT-4’ - - +

V: variable, no presente en todas las isoformas

Resistencia a aminoglucósidos

Más frecuente R a GM que AMK

En BGN la multiresistencia se da por suma de genes y no por evolución sitio activo de la

misma enzima

Resistencia a aminoglucósidos

Mecanismos predominantemente enzimáticos

Enzimas modificantes

Espectro de acción limitado y reducido para cada una de ellas

Escasa resistencia cruzada

Multiresistencia originada por suma alélica de genes

Resistencia infrecuente ante amikacina

¿Qué mecanismos podrían estar presente en este

antibiograma?

P. aeruginosa

Antimicrobiano Sensibilidad Mecanismo

Gentamicina R Enzima modificante

Amikacina S No aplicable

Ciprofloxacino R Mutación DNA girasa

Ceftazidima R Hiperproducción AmpC

Piperacilina-tazobactam R Hiperproducción AmpC

No efecto inhibidores clásicos

Imipenem o Meropenem S No aplicable

Integrones

Estructuras genéticas que facilitan la multiresistencia

Integrones permiten cosecha genes de R

Explican resistencia modular (simultánea)

Expresan todos los mecanismos simultáneamente

Habitualmente residen en plasmidios

Resistencia en cocáceas Gram positivas

Enterococcus faecium

Enterococo resistente a vancomicina-teicoplanina (VanA)

Enterococo resistente a vancomicina (VanB)

Staphylococcus aureus

Resistencia a PNC

Resistencia a cloxacilina (meticilina)

Resistencia a glicopéptidos

El problema del enterococo

Autonomía y efecto sinérgico entre dos antibióticos

tiempo en horas

log

bacte

rias v

iab

les / m

L

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 4 8 12 16 18 24

x-micina

z-micina

x + z-micina

autonomíao efecto indiferente

sinergia

efecto no se incrementa más de 10 veces sobre el más activo

efecto se incrementa más de 100 veces a 24h

Patógeno ocasional pero sobre el cual es difícil lograr un efecto bactericida

Tolerante a muchos ATB bactericidas

Requiere combinación sinérgica en infecciones graves

Combinación habitual PNC o Ampicilina + gentamicina

Evolución de resistencia en enterococo

• Especie tolerante

• Efecto bacteriostático ATB por separado

• Efecto bactericida en combinación sinérgica de PNC/ampi + GM

Situación previa

• Resistencia a PNC/Ampicilina y GM por separado

• Vancomicina reemplaza a beta-lactámicos

• Efecto sinérgico bactericida se mantiene

Transición • Resistencia a

Glicopéptidos

• Fenotipo Van B:sensible a teicoplanina

• Fenotipo Van A: resistente a ambos glicopéptidos

ERV

La emergencia de ERV implica la pérdida

de alternativas clásicas

La emergencia de ERV implica la pérdida

casi total de alternativas bactericidas

(necesarias en cuadros graves)

Mecanismo de acción y de resistencia

de glicopéptidos en Enterococos

Bacterias resistentes a vancomicina modifican los precursores

del pentapéptido, cambiando D-Ala terminal por D-Lac, sin afinidad por glicopéptidos

Evolución resistencia en S. aureus

S. aureus S a PNC

Beta-lactamasa grupo A

Meticilina (cloxacilina)

Compuesto estable a

beta-lactamasa

Adquisición gen mecA

Cassette cromosomal

Nueva PBP

(PBP2a)

SAMR

Uso glicopéptidos

Alteraciones permeabilidad

(GISA)

Adquisición VanA (GRSA)

No prefiera vancomicina si es susceptible a cloxacilina

Resistencia a glicopéptidos

Enterococo S. aureus

Mecanismo Reemplazo de D-ala terminal

por D-lactato

Alteraciones de

permeabilidad

Adquisición de fenotipo

VanA desde

enterococo

Magnitud de la

resistencia

Se divide en 2 de acuerdo al

espectro sobre los 2

glicopéptidos

Se identifican por fenotipos A

y B

Se divide en dos de

acuerdo al nivel de

resistencia:

Intermedio

(permeabilidad)

Alta resistencia (VanA)

Resistencia a quinolonas

Mecanismos tradicionales no

transferibles

Codificación cromosomal

Mutación DNA Girasa o

Topoisomerasa

Mecanismos transferibles

Incrementan CIM discretamente

pero pueden ser aditivos

Pueden estar codificados en

plamidios o integrones

Mecanismos transferibles Denominación

Proteínas protectoras del sitio

blanco

Qnr

Enzimas modificantes conjuntas

para AMG y quinolonas

AAC(6´)-1b-cr

Bombas de eflujo Oqx, Qep

En esta charla se han sacrificado numerosos aspectos

para simplificar sus contenidos

Conclusiones

PBP2a

VanA

AmpC

BLEE

Carbapenemasas

Qnr

Qep Oqx

AAC(6´)-1b-cr

Aumento costos

Reducción eficacia

Diseminación horizontal por factor humano

Enzimas

Modificantes

AMG

Integrones

Transposones

Plasmidios

Transferencia información

entre bacterias