μηχανισμοί ανάπτυξης αντοχής των μικροοργανισμών στα αντιβιοτικά πολυανθεκτικοί μικροοργανισμοί

Transcript

1 μηχανισμοί ανάπτυξης αντοχής των μικροοργανισμών στα αντιβιοτικά πολυανθεκτικοί μικροοργανισμοί Περιβολιώτη Ευσταθία, MD, PhD Διευθύντρια, Μικροβιολογικό τμήμα ΓΝΑ Ευαγγελισμός Πέμπτη, 11/10/2018, 19:00-21:00

2 γιατί είναι σημαντικό να γνωρίζουμε & να ανιχνεύουμε τους μηχανισμούς αντοχής; προαπαιτούμενο για την κατηγοριοποίηση των μικροβίων και την θεραπεία; όχι εφαρμογή μέτρων ελέγχου λοιμώξεων; ναί επιδημιολογική επιτήρηση; ναί

3

4 αντιβιοτικά- ορισμός Φυσικά παράγωγα μικροοργανισμών που δρουν εναντίον άλλων μικροοργανισμών (αντι-βιοτικά) σήμερα ο όρος έχει αντικατασταθεί: αντιμικροβιακά γιατί εκτός από φυσικά παράγωγα, περιλαμβάνει ημισυνθετικά (χημικές τροποποιήσεις των φυσικών) και συνθετικά παράγωγα 1. αναστέλλουν τον μεταβολισμό ή/και την ανάπτυξη του μικροοργανισμού (βακτηριοστατικά) 2. θανατώνουν τον μικροοργανισμό (βακτηριοκτόνα)

5 για την ιστορία Η αντιμικροβιακή χημειοθεραπεία ξεκινά στα τέλη της δεκαετίας του 1880, όταν ο Paul Ehrlich, ανακάλυψε την σαλβαρσάνη, αρσενικούχο ουσία, η πρώτη επιτυχής θεραπεία για τη σύφιλη (1909) Οι αντιμικροβιακές ουσίες θα πρέπει σαν μαγικές σφαίρες να κατευθύνονται εναντίον των μικροβίων

6 για την ιστορία εκαετία 50 χρυσή εποχή 1940: ανακάλυψη της πενικιλλίνης, Alexander Fleming, Nobel : ανακάλυψη της στρεπτομυκίνης, Selman Waksman, Nobel 1952 A. Fleming ( ) Selman Walksman ( )

7 για την ιστορία Ο ίδιος ο Φλέμινγκ είχε δει την αχίλλειο πτέρνα του αντιβιοτικού του, καθώς το 1946 σημείωνε ότι: η χορήγηση πενικιλλίνης, ακόμη και σε μικρές δόσεις, οδηγούσε σε ανάπτυξη ανθεκτικότητας στους μικροοργανισμούς Πολύ προφητικά τα λόγια του Paul Erhlich: η αντοχή στη δράση του φαρμάκου το ακολουθεί πιστά σαν να είναι η σκιά του - Paul Erhlich

8 η ανακάλυψη των αντιβιοτικών συμβαδίζει με την εμφάνιση των αντοχών Ανακάλυψη αντιβιοτικών Εμφάνιση αντοχών

9 μικροβιακή αντοχή σύνθετο βιολογικό φαινόμενο, αποτέλεσμα της διασποράς συνεχώς εξελισσόμενων μέσω μεταλλαγών & ανταλλαγής γενετικού υλικού μικροοργανισμών επηρεάζεται: * από τη πίεση επιλογής της χρήσης των αντιβιοτικών * από προϋπάρχοντες ανθεκτικούς γόνους * από τα μέτρα ελέγχου των λοιμώξεων

10 μικροβιακή αντοχή φυσικό βιολογικό φαινόμενο φυσική επιλογή

11 διασπορά των ανθεκτικών βακτηρίων επιλογή διασπορά

12 αντοχή των μικροβίων στα αντιμικροβιακά η μικροβιακή αντοχή είναι αρχαία εγγενής (intrinsic) εξαρτάται από το είδος των βακτηρίων & καθορίζεται γενετικά π.χ. E. coli και βανκομυκίνη ή επίκτητη (acquired), αναπτύσσεται σε αρχικά ευαίσθητα μικρόβια με διάφορους μηχανισμούς S. aureus και οξακιλλίνη N. gonorrhoeae και πενικιλλίνη

13 φυσική αντοχή Πάντα παρούσα και ανεξάρτητη από την παρουσία/έκθεση σε αντιβιοτικά Περιγράφει τον αρχέγονο φαινότυπο (wild type) ενός μικροβίου σε κάποιο αντιβιοτικό Παρατηρείται σε όλα τα στελέχη του ίδιου είδους (P. mirabilis φυσική αντοχή σε τετρακυκλίνη, νιτροφουραντοΐνη και κολιστίνη) Οφείλεται σε:!! αδιαπερατότητα,!! αδυναμία μεταφοράς στο σημείο δράσης!! ή χαμηλή συνάφεια με το στόχο

14 εντεροβακτηριακά - ενδογενής αντοχή Klebsiella spp Citrobacter diversus Enterobacter spp C. freundii Serratia spp ampicillin, amoxicillin, carbenicillin ticarcillin, piperacillin ampicillin, amoxicillin, co-amoxiclav, 1 st Cefs, cefoxitin ampicillin, amoxicillin, co-amoxiclav, 1 st Cefs, cefuroxime, colistin P. mirabilis colistin, tetracycline, tigecycline, nitrofurantoin (SHV-1) (AmpC) (AmpC) P. vulgaris colistin, tetracycline, tigecycline, nitrofurantoin ampicillin, amoxicillin, 1 st Cefs, cefuroxime Morganella morganii Providencia stuartii colistin, nitrofurantoin, tetracycline, tigecycline, ampicillin, amoxicillin, 1 st Cefs, cefuroxime, co-amoxiclav. (AmpC) colistin, nitrofurantoin, ampicillin, amoxicillin, 1 st Cefs, co-amoxiclav, aminiglycosides except amikacin (AmpC)

15 επίκτητη (acquired) αντοχή Γενετικοί μηχανισμοί Βιοχημικοί μηχανισμοί

16 γενετικοί μηχανισμοί επίκτητης αντοχής αλλαγές (mutations) στη δομή του χρωμοσωματικού DNA τυχαία συμβάματα, σπάνια ( ), επιλέγονται κάτω από την πίεση των αντιβιοτικών, κάθετη μεταβίβαση

17 γενετικοί μηχανισμοί επίκτητης αντοχής απόκτηση εξωγενούς γενετικού υλικού από άλλα βακτήρια, οριζόντια μεταβίβαση γονιδίων: Μεταμόρφωση (transformation) Σύζευξη (conjucation) Μεταγωγή (transduction)

18 τα κινητά γενετικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται ως οχήματα για τη μεταφορά των γονιδίων αντοχής, είναι: πλασμίδια τρανσποζόνια ιντεγκρόνια επιτρέπουν στα γονίδια αντοχής να μετακινούνται μέσα στο γονιδίωμα ενός βακτηρίου ή μεταξύ των γονιδιωμάτων διαφορετικών βακτηρίων

19 πώς μεταφέρονται τα γονίδια αντοχής μεταξύ των βακτηρίων; chromosome transposon plasmid

20 βιοχημικοί μηχανισμοί ανάπτυξης αντοχής 3. Απουσία διαπερατότητας της βακτηριακής κυτταροπλασματικής μεμβράνης-απώλεια πορίνης συχνά συνυπάρχουν 4. Μηχανισμός efflux: αντλία ενεργητικής εκροής του αντιβιοτικού έξω από το βακτηριακό κύτταρο 2. Τροποποίηση του στόχου δράσης του αντιβιοτικού 1. Παραγωγή ενζύμων από τα βακτήρια που εξουδετερώνουν τα αντιβιοτικά

21 μηχανισμοί αντοχής των Gram-θετικών & Gram-αρνητικών βακτηρίων στα β-λακταμικά αντιβιοτικά Alexander Fleming 1928 Βραβείο Nobel 1945

22 β-λακταμικά Penicillins Cephalosporins Cephamycins Carbapenems Monobactams Amino- Cephalothin 1 st Cefoxitin Imipenem Aztreonam Ampicillin Cefuroxime 2 nd Cefotetan Meropenem Amoxicillin Cefixime 3 rd Ertapenem Cefotaxime 3 rd Doripenem Carboxy- Ceftriaxone 3 rd Beta-lactam/Beta-lactamase Inhibitor Combinations Ticarcillin Ceftazidime 3 rd Ampicillin/sulbactam Amoxicillin/clavulanate Cefepime 4 th Ticarcillin/clavulanate Ureido- Cefpirome 4 th Piperacillin/tazobactam Piperacillin

23 β-λακταμικά Τα συχνότερα συνταγογραφούμενα κοινό δομικό χαρακτηριστικό: ο β-λακταμικός δακτύλιος και στόχος δράσης οι πενικιλλινοδεσμευτικές πρωτεΐνες -PBPs

24 πως δρουν; αδρανοποιώντας ένζυμα της μεμβράνης που συμμετέχουν στη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος. αυτά τα ένζυμα είναι οι λεγόμενες «πρωτεΐνες που δεσμεύουν τις πενικιλλίνες» (PBP S, Penicillin Binding Proteins) PBPs: Penicillin Binding Proteins καταλύουν την σύνθεση της πεπτιδογλυκάνης

25 β-λακταμικά μηχανισμός δράσης Διακοπή σχηματισμού πεπτιδογλυκάνης εξασθένιση του κυτταρικού τοιχώματος του βακτηρίου, αφού δεν μπορεί να αναπληρώσει τα σημεία φθοράς του κυτταρικός θάνατος

26 στόχοι δράσης των αντιβιοτικών Σύνθεση Κυτταρικού τοιχώματος Πολλαπλασιασμός βακτηριακού DNA RNA σύνθεση Αντιμεταβολίτες Πρωτεϊνική σύνθεση (30S υπομονάδα) Πρωτεϊνική σύνθεση (50S υπομονάδα)

27 μηχανισμοί αντοχής στα β-λακταμικά παραγωγή β-λακταμασών - απαντάται συνήθως στα Gram (-) βακτήρια μειωμένη διαπερατότητα απώλεια πορινών π.χ: απώλεια πορίνης OprD στην P. aeruginosa προκαλεί αντοχή στην Ιμιπενέμη συστήματα αντλιών ενεργητικής αποβολής του αντιβιοτικού π.χ : υπερέκφραση αντλίας στην P. aeruginosa προκαλεί αντοχή σε Μεροπενέμη και άλλες τάξεις αντιβιοτικών τροποποίηση του στόχου δράσης δηλαδή των PBP s, απαντάται συνήθως στα Gram (+) βακτήρια

28 β-λακταμάσες βακτηριακά ένζυμα πρωτεϊνικής φύσης εκκρίνονται στο περιβάλλον του μικροβιακού κυττάρου Gram(+)βακτήρια ή στον περιπλασμικό χώρο Gram(-) βακτήρια κωδικοποιούνται από γονίδια που φέρονται στο χρωμόσωμα ή σε πλασμίδια

29 β-lactamase production 2 β-lactam antibiotic Porin Peptidoglycan PBP Periplasmic space

30 2

31 2

32 2 ß -lactamase

33 2 No cell wall destruction No bacterial death Antibiotic resistance

34 ταξινόμηση των β-λακταμασών (Ambler) Bush et al. Antimicrob Agents Chemother 1995;39:

35 Extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) κωδικοποιούνται από γονίδια που φέρονται σε πλασμίδια, μαζί με άλλα γονίδια αντοχής, με συνέπεια την πολυαντοχή!

36 το φάσμα υδρόλυσης των ESBLs good activity Penicillins Cephems 1 st, 2 nd gen. Cephamycins(cefoxitin) TEM-1 SHV-1 ESBLs no activity Cephems 3 rd gen. Cephems 4 th gen. Monobactams Carbapenems Susceptibility to inhibitors(clavul.,tazob) + +

37 ταξινόμηση των καρβαπενεμασών

38 καρβαπενεμάσες τάξης B Penicillins Cephalosporines good activity Carbapenems Monobactams no activity Susceptib. to - inhibitors(clavul.,tazob)

39 μηχανισμοί επίκτητης αντοχής στα β-λακταμικά τροποποίηση του στόχου δράσης PBPs συμβαίνει με: απόκτηση νέων ξένων PBPs ανασυνδυασμό PBPs μεταμόρφωση σημειακές μεταλλαγές στις υπάρχουσες PBPs υπερπαραγωγή PBP (σχετικά σπάνια)

40 αλλαγή του βιολογικού στόχου δράσης (π.χ. πενικιλλινοδεσμευτικές πρωτεΐνες PBPs) ß - Lactam

41 αλλαγή του βιολογικού στόχου δράσης (π.χ. πενικιλλινοδεσμευτικές πρωτεΐνες PBPs) High affinity for PBP Inactive PBP Inhibition of peptidoglycan synthesis

42 αλλαγή του βιολογικού στόχου δράσης (π.χ. πενικιλλινοδεσμευτικές πρωτεΐνες PBPs) High affinity for PBP Cell wall destruction Bacterial death

43 αλλαγή του βιολογικού στόχου δράσης (π.χ. πενικιλλινοδεσμευτικές πρωτεΐνες PBPs) Low affinity for PBP Active PBP Normal peptidoglycan synthesis

44 αλλαγή του βιολογικού στόχου δράσης (π.χ. πενικιλλινοδεσμευτικές πρωτεΐνες PBPs) Low affinity for PBP No cell wall destruction No bacterial death Antibiotic resistance

45 Staphylococci η αντοχή στα β-λακταμικά οφείλεται: στη σύνθεση μιας νέας PBP (PBP2a) Methicillin Resistant Staphylococcus Aureus MRSA αντοχή σε όλα τα β-λακταμικά και τους αναστολείς ανιχνεύεται με τον έλεγχο της Oxacillin και Cefoxitin

46 μειωμένη διαπερατότητα απώλεια πορινών ενδογενή αντοχή σε υδρόφοβα και/ή μεγάλου ΜΒ αντιβιοτικά o Penicillin G, V & M o Macrolides o Rifampin o Fusidic acid o Glycopeptides επίκτητη αντοχή λόγω μειωμένης διαπερατότητας ποιοτική ή ποσοτική αλλαγή πορινών

47 συστήματα αντλιών ενεργητικής αποβολής του αντιβιοτικού Efflux system Efflux system αποτελείται από 3 πρωτεΐνες 1 η στην κυτταροπλασματική μεμβράνη «η αντλία» (the pump) 2 η στην εξωτερική μεμβράνη για την επιβεβαίωση της αποβολής στο εξωτερικό περιβάλλον 3 η στο περιπλασμικό χώρο η οποία δημιουργεί γέφυρα μεταξύ της αντλίας και του καναλιού της πορίνης

48 Αντοχή στην βανκομυκίνη Λόγω αλλαγής του στόχου δράσης μηχανισμοί αντοχής των Gram-θετικών κόκκων στα γλυκοπεπτίδια

49 αντιβιόγραμμα o έλεγχος ευαισθησίας των παθογόνων μικροβίων στα αντιβιοτικά κύριο μέσο επικοινωνίας κλινικού & εργαστηριακού γιατρού πολύτιμο εργαλείο στα χέρια του κλινικού γιατρού για την επιλογή της κατάλληλης αντιμικροβιακής αγωγής

50 τo αντιβιόγραμμα και η ερμηνεία των αποτελεσμάτων γίνεται προτυποποιημένα σύμφωνα με συγκεκριμένες οδηγίες Επιτροπές CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute) EUCAST (European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing) Εθνικές επιτροπές (BSAC, SFM, DIN κ.ά.) Αναλόγως των τιμών και βάσει των συγκεκριμένων ορίων (breakpoints) χαρακτηρίζονται οι μικροοργανισμοί ως ευαίσθητοι ή ανθεκτικοί

51 έλεγχος ευαισθησίας in vitro Φαινοτυπικές μέθοδοι Ελάχιστη ανασταλτική συγκέντρωση (MIC) και χρήση breakpoints MIC, μέθοδος των δίσκων, E-test, αυτο/μένα συστήματα * Πρόβλεψη ευαισθησίας και αντοχής * Ποσοτική μέθοδος (MIC) Μοριακές μέθοδοι Ανίχνευση γονιδίων αντοχής * Πρόβλεψη μόνο αντοχής όχι ευαισθησίας * Μη μετρήσιμο, χρήσιμο για επιδημιολογικούς σκοπούς Με επαγωγή με βάση ειδικούς κανόνες (expert rules)

52 μέθοδοι ελέγχου eυαισθησίας in vitro ποιοτικές ποσοτικές (MIC) διάχυσης των αντιβιοτικών σε άγαρ κλιμακωτής διάχυσης των αντιβιοτικών σε άγαρ Kirby-Bauer Ε test αραιώσεων των αντιβιοτικών σε άγαρ σε ζωμό μακρομέθοδος μικρομέθοδος

53 φαινοτυπικές μέθοδοι: Ελάχιστη Ανασταλτική Πυκνότητα του φαρμάκου (ΕΑΠ) Minimun Inhibitory Concentration (MIC) Αναστολή ανάπτυξης του μικροβίου

54 πολυανθεκτικά μικρόβια (Multidrug-Resistant Organisms, MDROs) μικροοργανισμοί ανθεκτικοί σε >3 διαφορετικές κατηγορίες αντιμικροβιακών παραγόντων: * Βανκομυκίνη ανθεκτικός εντερόκοκκος (VRE) * Μεθικιλλίνη ανθεκτικός σταφυλόκοκκος (MRSA) * Clostridium difficile / Klebsiella pneumoniae * Βακτήρια που παράγουν ευρέως φάσματος β-λακταμάσες * Βακτήρια ανθεκτικά στις καρβαπενέμες * Άλλα πολυανθεκτικά ή παν-ανθεκτικά Gram-αρνητικά βακτήρια ESC(K)APE CDC March 20, 2009 / 58(10);

55 CDC

56 μικροβιακή αντοχή: μια σοβαρή απειλή Σε Ευρωπαϊκό επίπεδο, οι θάνατοι από λοιμώξεις με ανθεκτικά μικρόβια ανέρχονται σε ετησίως (WHO Europe, Data and statistics on AMR), εκτιμάται ότι ο αριθμός αυτός, το 2050 σε παγκόσμιο επίπεδο, θα εκτιναχθεί στα 10 εκατ. περίπου (UK AMR Review on Antimicrobial Resistance)

57

58 WHO Issues List of Bacteria for Which New Antibiotics are Needed Urgently * Acinetobacter baumanni, carbapenem-r * Pseudomonas aeruginosa, carbapenem-r * Enterobacteriaceae, carbapenem-r, ESBL-producing Priority 1: Critical Priority 2: High * Enterococcus faecium, vancomycin-r * Staphylococcus aureus, methicillin-r, vancomycin-intermediate & R * Helicobacter pylori, clarithromycin-r * Campylobacter spp, fluoroquinolone-r * Salmonella, fluoroquinolone-r * Neisseria gonorrhea, cephalosporin-r, fluoroquinolone-r Priority 3: Medium * Streptococcus pneumoniae, penicillin non-susceptible * Haemophilus influenzae, ampicillin-r * Shigella spp, fluoroquinolone-r 27 February 2017 GENEVA

59 εσφαλμένη & υπερβολική χρήση αντιβιοτικών >30-50% των νοσηλευομένων ασθενών λαμβάνουν αντιβιοτικά για 50% αντιβιοτικών στους νοσηλευόμενους ασθενείς η χρήση τους κρίνεται ακατάλληλη (ένδειξη, επιλογή, δοσολογία, διάρκεια) Αυξημένη πιθανότητα θανάτου Μεγαλύτερη διάρκεια νοσηλείας Dellit et al., 2007 Αυξημένο κόστος νοσηλείας

60

61 το πρόβλημα της υπερκατανάλωσης αντιβιοτικών

62

63 2015

64 Campaign to Prevent Antimicrobial Resistance in Healthcare Settings

65

66 The Proposal of the World Alliance Against Antibiotic Resistance Antibiotics should be included in the UNESCO Intangible Heritage List for Humanity!! because they are natural gifts to humanity! Θριάσιο Νοσοκομείο, ΕΝΛ, 3 η Ημερίδα Λοιμώξεων, 22/2/2017, Ε. Γιαμαρέλλου

67 ευχαριστώ για την προσοχή σας!