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CURSO DE FORMACIÓN CONTINUADA A DISTANCIA
TALLER DEL LABORATORIO CLÍNICO
BETALACTAMASAS DE ESPECTRO
EXTENDIDO. IMPORTANCIA CLÍNICA.
CURSO 2007 - 2008 Nº 2
I.S.S.N.- 1988-7469 Título: Taller del Laboratorio Clínico Editor: Asociación Española de Biopatología Médica Maquetación: AEBM Fecha de Distribución: Diciembre 2007
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BETALACTAMASAS DE ESPECTRO EXTENDIDO IMPORTANCIA CLÍNICA
Ana Carrillo Redondo. Residente Análisis Clínicos. H. U. La Princesa.
Alicia García Blanco. Facultativo especialista de área. Servicio de Microbiología. H. U. La Princesa.
1. Introducción
La resistencia a antibióticos es un problema de relevancia mundial, y más
concretamente a los antibióticos betalactámicos tan ampliamente utilizados. Existen
numerosos mecanismos de resistencia a este tipo de antibióticos a través de
modificaciones de las proteínas fijadoras de penicilina, la inactivación enzimática del
antibiótico por producción de betalactamasas, la alteración de la permeabilidad por
reducción de las porinas de la pared bacteriana o la eliminación del antimicrobiano
una vez que ha penetrado en las bacterias gracias a bombas de expulsión presentes
en sus envolturas (eflujo activo). Además, las bacterias pueden crear tolerancia, que
es una forma particular de resistencia en la que la concentración bactericida mínima
(CBM) es unas 32 veces la concentración inhibitoria mínima (CIM), de manera que
frente a estos microorganismos “tolerantes” el betalactámico se comporta como un
antibiótico bacteriostático en lugar de bactericida (1,2).
De los distintos mecanismos, las betalactamasas son la principal causa de
resistencia a estos antibióticos (3). Estas enzimas hidrolizan el enlace amida del anillo
betalactámico (figura 1), de manera que pueden inactivar penicilinas, cefalosporinas,
monobactámicos, carbapenemas o distintas combinaciones de estos antibióticos.
Pueden ser cromosómicas o plasmídicas y sintetizarse de forma permanente (E. coli,
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Shigella, Proteus mirabilis) o sólo en presencia de un agente inductor (Pseudomonas
aeruginosa, Enterobacter, Citrobacter, Serratia, Morganella y Providencia rettgeri).
Figura 1. Acción de betalactamasas.
La existencia de estas enzimas limita de forma importante el uso empírico de
antibióticos betalactámicos en los hospitales. Además, la fácil transferencia de unos
organismos a otros, la aparición de nuevos tipos de betalactamasas, su prevalencia
cada vez mayor, así como la aparición de cepas multirresistentes a distintos
antibióticos, resultan especialmente problemáticas en la práctica clínica.
2. Clasificación de betalactamasas
Las betalactamasas se clasifican principalmente atendiendo a dos esquemas
(tabla 1): la clasificación molecular de Ambler (4) y la clasificación funcional de Bush,
Jacoby y Medeiros (5). La clasificación de Ambler divide las betalactamasas en cuatro
clases (A-D). Se basa en la homología de las proteínas. Las clases A, C y D son
serina-betalactamasas y la clase B son metalo-betalactamasas. La clasificación de
Bush-Jacoby-Medeiros también consta de cuatro grupos y diversos subgrupos. Se
basa en las características funcionales, teniendo en cuenta distintos criterios como
las propiedades bioquímicas (peso molecular, secuenciación de nucleótidos), las
propiedades físicas (punto isoeléctrico), el espectro de hidrólisis, el espectro de
H2O
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inhibición, la codificación (plasmídica o cromosómica), etc. Esta clasificación es
mucho más importante en el diagnóstico microbiológico de laboratorio ya que
considera los substratos y los inhibidores de las betalactamasas clínicamente
relevantes.
Grupo (B-J-M)
Características Clase Molecular (Ambler)
Inh AC Inh EDTA Enzimas representativas
1 Cefalosporinasas C - - AmpC; MIR-1 2a Penicilasas A + - PCI (S aureus) 2b Enzimas de
amplio espectro A + - TEM1,2;SHV1
2be Enz de espectro extendido (BLEE)
A + - TEM3-28; SHV2-6
2br Enz de amplio espectro resistente a inh
A ± - TEM30-36; TRC-1
2c Carbenicilinasas A + - PSE-1; CARB3 2d Cloxacilinasas D ± - OXA1-11; PSE-2 2e Cefalosporinasas A + - P vulgaris 2f Carbapenemasas A + - IMI1, NMCA,Sme13 Melalo
betalactamasas B - + L1 (S maltophilia)
4 Penicilinasas ND - ? B cepacia Tabla 1. Clasificación de betalactamasas. Inh: inhibidores; AC: ácido clavulánico.
3. Betalactamasas de espectro extendido (BLEEs)
La producción bacteriana de betalactamasas existe desde antes del uso
generalizado de la penicilina. Aunque inicialmente esta actividad enzimática era más
importante en cepas de Staphylococcus aureus se empezó a desarrollar como
principal mecanismo de resistencia a antibióticos betalactámicos en bacterias
gramnegativas (BGN). Sin embargo, su existencia no llama la atención hasta el
descubrimiento de la resistencia a ampicilina mediada por plásmidos en E. coli. Más
tarde, aparecen resistencias a cefalosporinas de segunda generación por la
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hiperproducción de la betalactamasa cromosómica AmpC. La siguiente explosión de
betalactamasas sucede con la aparición de resistencias a cefalosporinas de tercera
generación a principios de los años 80 que se denominaron betalactamasas de
espectro extendido (BLEEs). Éstas derivan de betalactamasas ya existentes que
han sufrido mutaciones aleatorias por presión selectiva al introducir las
cefalosporinas de tercera generación. Inicialmente estaban restringidas a E. coli y
Klebsiella spp., organismos que contenían las tres betalactamasas progenitoras de
las BLEEs (TEM-1, TEM-2 y SHV-1) (6).
Tras la introducción de la cefotaxima en Europa apareció la primera BLEE
documentada en una cepa de Klebsiella ozonaea en Alemania en 1983 (7). Se
denominó SHV-2 ya que sólo difería de su progenitora SHV-1 en un único
aminoácido. Un año después, se describió en Francia una nueva BLEE que se
denominó TEM-3. En los siguientes cinco años, se describieron nuevas BLEEs
resistentes a cefotaxima en Klebsiella spp., E. coli y Citrobacter freundii. La
introducción de la ceftazidima, hizo que rápidamente aparecieran nuevas BLEEs que
conferían resistencia a ella. Desde entonces, ha habido una rápida evolución de este
tipo de enzimas por todo el mundo, incluso se han descrito BLEEs que confieren
resistencia a cefaminicas y carbapenemas (6,8,9).
Las BLEEs pertenecen al grupo 2be y a la clase molecular A (tabla 1). Deben su
nombre a que confieren resistencia a un amplio espectro de antibióticos
betalactámicos como las amino-, carboxi- y ureidopenicilinas (ampicilina, ticarcilina y
piperacilina respectivamente), cefalosporinas de tercera y cuarta generación (excepto
cefamicinas) y monobactámicos (aztreonam) pero no carbapenemas (imipenem,
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meropenem). Esta acción hidrolítica es inhibida por ácido clavulánico, sulbactam y
tazobactam (inhibidores de betalactamasas).
Las BLEEs se encuentran codificadas en plásmidos lo que permite su amplia y
fácil diseminación no sólo entre cepas de la misma especie sino también entre cepas
de distintas especies. Su aparición es especialmente importante por el amplio patrón
de resistencia que provocan y son las responsables de infecciones nosocomiales
graves pero también de infecciones de menor gravedad aunque más frecuentes
como las infecciones urinarias (ITU).
El perfil de multirresistencia asociado a otros antibióticos no betalactámicos
ocasiona un problema terapéutico de notables dimensiones (10).
4. Tipos de BLEEs
4.1 SHV
Son las betalactamasas más frecuentes en aislamientos clínicos (11). Su nombre
hace referencia a “sulfhydryl variable”. La primera betalactamasa descrita, SHV-2,
sólo difería en el cambio de una glicina por una serina en la posición 238 de su
progenitora SHV-1. Desde su descubrimiento hace algo más de 15 años, se han
encontrado organismos con BLEEs tipo SHV en todos los continentes, sugiriendo que
el incremento de la utilización de cefalosporinas de tercera generación ha sido el
factor responsable de su expansión (8, 12).
Se ha descrito este tipo de BLEEs en un amplio rango de Enterobacteriaceae y en
brotes de Pseudomonas aeruginosa y Acinetobacter spp.
4.2 TEM
Derivan de las betalactamasas clásicas TEM-1 y TEM-2 que se aislaron por
primera vez en una paciente griega llamada “Temoneira”. Retrospectivamente, la
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primera BLEE aislada se describió en Liverpool en 1982 en un aislamiento de
Klebsiella oxytoca y que portaba un plásmido de resistencia a ceftazidima, hoy se
conoce como TEM-12 (13). Desde entonces, más de 100 TEM han sido descritas, la
mayoría BLEEs. Algunas de estas BLEEs son conocidas con más de un nombre (14).
Las características de estas enzimas se pueden consultar en la dirección
www.lahey.org/studies.
4.3 CTX-M y Betalactamasas Toho
Su nombre refleja la potente actividad hidrolítica de este tipo de enzimas frente a
cefotaxima. Además muchas de las betalactamasas tipo CTX-M hidrolizan también
ceftazidima y cefepimas aunque con menor eficacia. La actividad frente a aztreonam
es variable. La capacidad inhibitoria de tazobactam es casi diez veces mayor que la
del ácido clavulánico. Derivan de betalactamasas cromosómicas de distintas especies
del género Kluyvera. Debemos tener en cuenta que un mismo organismo puede
contener betalactamasas tipo CTX-M y SHV o CTX-M y AmpC simultáneamente, lo
que altera su patrón de resistencia antibiótica.
Toho-1 y Toho-2, también conocidas como CTX-44 y CTX-45 respectivamente
(14), son betalactamasas estructuralmente relacionadas con las del tipo CTX-M. Su
actividad hidrolítica también es más eficaz frente a cefotaxima que a ceftazidima.
4.4 OXA
Las betalactamasas tipo OXA deben su nombre a su capacidad de hidrolizar la
oxacilina. Pertenecen al grupo 2d de la clasificación de Bush (tabla 1). Predominan
en Pseudomonas aeruginosa pero también se han detectado en otras BGN. No todas
las betalactamasas de este tipo son BLEEs (OXA-10-11, 14-20, -28, 31-32, -35 -45).
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La evolución de las BLEEs tipo OXA a partir de sus predecesoras de espectro más
reducido tiene muchas semejanzas con la evolución de las BLEEs tipo SHV y TEM.
4.5 PER
Las BLEEs tipo PER comparten entre un 25 y un 27% de homología con las BLEEs
del tipo TEM y SHV. Fueron originariamente descritas en Turquía en Pseudomonas
aeruginosa y más tarde en Salmonella enterica, Acinetobacter, E. coli, Klebsiella
pneumoniae, Proteus mirabilis, Alcaligenes faecalis y Vibrio cholerae.
4.6 VEB-1, BES-1 y otras BLEEs
Se están describiendo continuamente nuevas betalactamasas por toda la
diversidad geográfica. VEB-1 tiene homología con PER-1 y PER-2, confiere resistencia
a ceftazidima, cefotaxima y aztreonam, y es inhibida por ácido clavulánico. Esta
acción está mediada por un plásmido que además confiere resistencia a otros
antibióticos no betalactámicos. Fue originariamente descrita en un paciente
vietnamita hospitalizado en Francia (8).
GES, BES, TLA, SFO y IBC son otros ejemplos de BLEEs no TEM no SHV que se
han ido descubriendo a lo largo de los cinco continentes en los últimos años (8).
5. Epidemiología de organismos productores de BLEEs.
La aparición de los primeros organismos productores de BLEEs fue en Europa, en
Alemania y en Inglaterra, aunque fue en Francia donde se produjo el primer brote
epidémico. Desde entonces se han publicado brotes epidémicos de organismos con
este tipo de enzimas, por los cinco continentes desde América hasta Asia pasando
por África y Australia (8). En España se describió la primera BLEE en 1988 y la
primera epidemia documentada ocurrió entre 1988 y 1990 (15. 16).
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La especie más frecuente involucrada en estos brotes epidémicos es Klebsiella
pneumoniae (17) en más del 75% de los casos (8), sobre todo en unidades de
cuidados intensivos (UCI), aunque con menor carácter epidémico aparece cada vez
más frecuentemente E. coli (18) principalmente fuera del ámbito hospitalario en
infecciones del tracto urinario adquiridas en la comunidad.
En las primeras décadas tras el descubrimiento de las BLEEs, la mayoría
pertenecían a los tipos TEM o SHV. Sin embargo, actualmente las más frecuentes en
la mayoría de países, son las de tipo CTX-M (15,19,20). El resto de tipos de BLEEs
presentan menor importancia desde el punto de vista epidemiológico, al menos por
el momento.
Los factores de riesgo para la infección por organismos con BLEE son similares a
aquellos para las enfermedades nosocomiales: períodos de hospitalización
prolongados, permanencia en UCI, ser sometido a procedimientos quirúrgicos o
invasivos, así como la administración inicial de antibióticos (10).
Otro aspecto epidemiológico importante es la progresiva asociación de BLEEs con
otros mecanismos de resistencia, como las betalactamasas cromosómicas tipo AmpC.
Este es el caso del aislamiento de la cepa Enterobacter aerogenes productora de
TEM-24 que ha sido la causa de brotes epidémicos en distintos hospitales de países
europeos (15). También se asocian con resistencia a antibióticos no betalactámicos
como aminoglicósidos, cotrimoxazol o fluoroquinolonas, que les confieren a estos
organismos características especiales de multirresistencia a tratamientos
combinados.
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6. Detección de BLEEs en el laboratorio.
La detección de organismos productores de BLEEs en los laboratorios de
microbiología es de vital importancia para poder optar rápidamente a un tratamiento
antibiótico adecuado y evitar la rápida diseminación de estos organismos sobre todo
en pacientes más susceptibles.
Los métodos más utilizados en los laboratorios de microbiología están basados en
la observación fenotípica de la susceptibilidad de estos organismos a cefalosporinas y
la pérdida de resistencia en presencia de inhibidores de betalactamasas (15). Se
utilizan métodos de aproximación de discos como la sinergia de doble disco o la
combinación de discos (figura 2a y 2b respectivamente).
Las limitaciones de estos métodos dependen de la disposición de los discos y de
la interpretación de la sinergia. En algunas cepas con problemas de permeabilidad o
con resistencia simultánea a los inhibidores puede verse restringida la detección de
BLEEs. También pueden producirse falsos positivos en cepas hiperproductoras de
SHV-1 o que presenten betalactamasas cromosómicas sensibles a los inhibidores.
Además existen sistemas comerciales que añaden inhibidores de betalactamasas,
fundamentalmente ácido clavulánico, a las cefalosporinas de amplio espectro
(cefotaxima, ceftazidima y cefepima). Cabe destacar las tiras E-test (figura 2c) que
contienen en una parte de ellas concentraciones decrecientes de cefalosporina y en
la otra parte las mismas concentraciones del antibiótico con una concentración fija de
ácido clavulánico. Para confirmar la presencia de BLEE debe existir una reducción de
al menos tres diluciones en presencia del inhibidor [consultar las recomendaciones
del “National Committee for Clinical Laboratory Standards” (21) para cada antibiótico
y microorganismo específico].
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Es frecuente observar en el laboratorio cepas productoras de BLEEs con CMI para
las cefalosporinas dentro del rango de sensibilidad. En este sentido, es importante
resaltar que la detección de BLEE en estas cepas obliga a cambiar la interpretación
de sensible a resistente frente a las cefalosporinas.
Figura 2. Métodos de detección de BLEEs. a) Sinergia de doble disco. b)
Combinación de discos. c) E-test. CAZ: ceftazidima. AMX: amoxicilina; CLA: ácido
clavulánico; CTX: cefotaxima.
En todos los casos es recomendable utilizar simultáneamente los discos o las tiras
de ceftazidima y cefotaxima en asociación con ácido clavulánico ya que no todas las
enzimas hidrolizan por igual los dos substratos. Éste sería el caso de los
microorganismos productores de una BLEE tipo CTX-M en los que la utilización de
ceftazidima impediría su correcta detección, al contrario de lo que ocurre si las BLEEs
son del tipo TEM o SHV.
Es importante tener en cuenta que un mismo organismo puede presentar
betalactamasas tipo BLEE y tipo AmpC simultáneamente. El ácido clavulánico induce
la actividad AmpC y puede esconder la inhibición sobre la BLEE. En estos casos, es
preciso añadir cefepima con clavulánico ya que esta cefalosporina queda poco
CTX
CTX/CLA
CAZ AMX/CLA CTX
cba
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afectada por AmpC, incluso cuando está hiperproducida, y sÍ que puede observarse
la sinergia con el ácido clavulánico. Además, la detección de las betalactamasas tipo
AmpC se puede manifestar por la inhibición selectiva que muestran en presencia de
ácido borónico (22).
7. Alternativas terapeúticas en infecciones por organismos productores
de BLEEs.
La detección de BLEEs en distintos microorganismos implica resistencia a los
siguientes antibióticos betalactámicos: las penicilinas (ureido-, carboxi- y
aminopenicilinas), las cefalosporinas (excepto las cefamicinas) y las monobactamas.
Por tanto, los únicos betalactámicos que se pueden utilizar frente a estos
microorganismos son las cefamicinas como la cefoxitina, las combinaciones de
betalactámicos con inhibidores (ácido clavulánico, tazobactam o sulbactam) o las
carbapenemas (15).
Algunos de estos tratamientos presentan limitaciones, por ejemplo el uso de
cefamicinas puede desarrollar resistencia por pérdida de expresión de las porinas
necesarias para la entrada del antibiótico. La combinación amoxicilina-clavulánico es
una buena opción cuando no existe resistencia por producción simultánea de otras
betalactamasas, alteraciones de permeabilidad o, en menor medida, la
hiperproducción de la propia BLEE.
La presencia de BLEEs en especies productoras de la betalactamasa cromosómica
AmpC (Enterobacter cloacae, Citrobacter freundii, Serratia marcescens, etc) añade
complejidad al tratamiento ya que estos microorganismos son intrínsicamente
resistentes a cefoxitina y a amoxicilina-clavulánico, con lo cual la única opción entre
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los betalactámicos para el tratamiento de estas cepas sería las carbapenemas o la
piperacilina-tazobactam. La aparición de AmpC plasmídica demostrada por primera
vez en los años 90 (23) complica aún más el problema, ya que puede aparecer en
especies que carecen de AmpC cromosómica como K. pneumoniae y P. mirabilis. La
detección de organismos productores de AmpC es importante para asegurar un
tratamiento antibiótico rápido y efectivo al paciente.
En cuanto al uso de antibióticos no betalactámicos, hay que tener en cuenta la
resistencia a otros antimicrobianos como los aminoglucósidos y cotrimoxazol a través
de elementos genéticos (plásmidos, transposones o integrones), que en muchas
ocasiones, la resistencia se transfiere conjuntamente con el gen responsable de la
BLEE. Además, es importante mencionar el aumento de la frecuencia de resistencia a
las fluoroquinolonas, especialmente en E. coli. Se observa una asociación significativa
entre la producción de BLEE y la resistencia a estos antibióticos, debida
probablemente a la presión selectiva por el frecuente uso de betalactámicos y
fluoroquinolonas en el mismo contexto terapéutico.
La expresión de un patrón de multirresistencia asociado a la producción de BLEEs
es cada vez más frecuente, lo que limita enormemente las opciones terapéuticas. No
obstante, para el tratamiento de ITUs no complicadas producidas por E. coli con
BLEE, es posible recurrir al uso de antibióticos casi ya olvidados, como son la
fosfomicina y la nitrofurantoína (15).
8. Conclusiones
Nos enfrentamos a un creciente problema de resistencia antibiótica, tanto en el
ámbito hospitalario como a nivel comunitario, con claras implicaciones terapéuticas y
de morbimortalidad. La rápida detección en el laboratorio de microorganismos
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productores de BLEEs es esencial para poder ofrecer un tratamiento adecuado al
paciente.
La incesante aparición de nuevas BLEEs como mecanismos de resistencia a
betalactámicos pone una vez más de manifiesto la importancia del correcto uso de
los antibióticos.
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