INFECTOLOGIA

 

TITULO : Significado Clínico de la Inducción de Betalactamasas y de Desrepresión Estable en Bacilos Gramnegativos

AUTOR : Livermore DM

TITULO ORIGINAL: [Clinical Significance of Beta-Lactamase Induction and Stable Derepression in Gram-Negative Rods]

CITA: European Journal of Clinical Microbiology 6:439-445, Ago 1987

MICRO : La mayor parte de las cepas de enterobacterias y de P. aeruginosa producen betalactamasas clase I que causan resistencia a casi todos los antibióticos betalactámicos. La síntesis enzimática puede inducirse o puede estar elevada en forma permanente por modificaciones genéticas. Ambas situaciones tienen enormes consecuencias clínicas.

Betalactamasas clase I y resistencia a antibióticos

Las betalactamasas clase I son producidas por la mayoría de las enterobacterias y por Pseudomonas aeruginosa. Representan una fuente importante de desarrollo de resistencia antibacteriana. Desde el punto de vista bioquímico, las enzimas clase I son cefalosporinasas inhibidas por cloxacilina y por p-cloromercuribenzoato. La mayoría de las enzimas de este grupo, incluso las de P. aeruginosa, especies de Enterobacter, especies de Citrobacter, Morganella morganii, Escherichia coli y Shigella sonnei se parecen mucho entre sí. Tienen un peso molecular relativamente alto y son insensibles a la inhibición por ácido clavulánico. Si bien la betalactamasa cromosómica de Proteus vulgaris usualmente se incluye en este grupo, es mucho más activa contra cefotaxima, cefuroxima y carbenicilina y tiene un peso molecular más bajo. Además, se inactiva rápidamente en presencia de ácido clavulánico, por lo cual debería agruparse con las enzimas producidas por Pseudomonas cepacia y Pseudomonas pseudomallei, parecidas desde el punto de vista bioquímico. Sin embargo, genera un patrón de resistencia más parecido al de las enzimas clase I.

La forma de expresión de las betalactamasas varía de una especie a otra y determina su capacidad potencial de resistencia. E. coli, Salmonella y Shigella habitualmente producen una pequeña cantidad basal de enzima, independientemente de que el antibiótico esté o no presente. En cambio, la expresión en P. aeruginosa y en la mayoría de las especies de Enterobacter, Citrobacter, Proteus indol-positivas, Providencia, M. morganii y Serratia es inducible; la cantidad de enzima se relaciona con la cantidad de antibiótico en el medio. Además de los antibióticos, algunos aminoácidos, pequeños péptidos y varios fluidos corporales pueden inducir la síntesis de betalactamasas en unas pocas especies de bacterias.

La mayoría de las cefalosporinas de primera generación y las primeras penicilinas, excepto carboxipenicilina, son muy sensibles a las enzimas clase I. Las cefalosporinas de segunda y de tercera generación, las ureidopenicilinas y los monobactámicos -originalmente considerados resistentes- también pueden ser susceptibles a estas enzimas. Algunos grupos encontraron que la resistencia depende del atrapamiento enzimático de las moléculas de antibiótico sin hidrólisis mientras que otros estudios sugieren que en la resistencia interviene un mecanismo de hidrólisis. Los ensayos cinéticos recientes avalan este último proceso para la mayoría de las cefalosporinas de segunda o de tercera generación. En cambio, para otros fármacos como moxalactam y aztreonam, parecen predominar vías no hidrolíticas.

Independientemente del mecanismo involucrado, la aparición de resistencia depende de la producción de grandes cantidades de la enzima, ya sea transitoriamente por inducción o en forma permanente como consecuencia de desrepresión estable. Estos dos mecanismos a menudo se consideran indistintos pero ocurren en circunstancias diferentes.

Inducción de betalactamasas

La síntesis de la enzima suele comenzar 1 a 20 minutos después de que la bacteria se expone al antibiótico y cesa cuando el fármaco desaparece por completo por remoción física o hidrólisis. Se vio que el gen estructural que codifica la AmpC betalactamasa está bajo control del gen AmpR. Este último codifica una proteína posiblemente asociada con el ADN del AmpC. Los agentes inductores -betalactámicos o, en forma alternativa, precursores de la pared celular que se acumulan por acción del antibiótico- formarían un complejo con el producto del AmpR con lo cual se altera su conformación y se inicia la transcripción del gen AmpC.

La cantidad de betalactamasa que se produce se relaciona con la concentración del inductor y con el período de inducción; las drogas varían ampliamente en su capacidad de inducción aun en condiciones idénticas. La bencilpenicilina, la ampicilina y la mayoría de las cefalosporinas de primera generación son fuertes inductores de enzimas clase I y también son muy sensibles a ellas.

Entre los betalactámicos más nuevos, imipenem y cefoxitina aun en baja concentración, son fuertes inductores de betalactamasas. Sin embargo, son más estables. El imipenem es poco lábil a la enzima sintetizada por P. aeruginosa, de manera tal que la enzima confiere algo de protección bacteriana pero es insuficiente para causar resistencia clínica. El imipenem es todavía más estable a la enzima clase I de E. cloacae y es capaz de inactivar la betalactamasa de P. vulgaris en forma irreversible. La cefoxitina también es un fuerte estimulante de la síntesis de enzimas clase I y es levemente lábil a las enzimas producidas por P. aeruginosa, E. cloacae y C. freundii. La cefoxitina parece más estable a las betalactamasas clase I producidas por cepas de Providencia, Morganella y Serratia.

La mayor parte de los nuevos betalactámicos son inductores débiles de enzimas clase I. El índice de inducción de las cefalosporinas de segunda y tercera generación, ureidopenicilinas y monobactámicos apenas excede la unidad a concentración inhibitoria mínima (CIM). Sin embargo, estos antibióticos son lábiles a las enzimas clase I y su actividad contra las cepas que inducen la producción de betalactamasas se antagoniza cuando se añaden al medio inductores fuertes, como cefoxitina o imipenem. El antagonismo generalmente es mayor para cefotaxima, ceftriaxona y las ureidopenicilinas. La carbenicilina es más estable que las cefalosporinas de tercera generación y ureidopenicilinas a la betalactamasa producida por P. aeruginosa y sólo se antagoniza parcialmente con fuertes inductores contra estas especies.

Consecuencias clínicas y de laboratorio de la inducción de betalactamasa

Mientras que la CIM de inductores potentes determina la susceptibilidad bajo condiciones caracterizadas por una amplia concentración de enzimas, la CIM de inductores débiles mide la vulnerabilidad cuando la enzima está casi ausente. De esta forma, con los inductores débiles (cefalosporinas de tercera generación y ureidopenicilinas) existe potencialidad oculta de resistencia cuando la inducción es más eficiente in vivo que in vitro. Aunque por el momento se conoce poco acerca de la inducción in vivo, la producción de betalactamasa por algunas cepas de Enterobacter cloacae y P. aeruginosa es mucho mayor in vivo que in vitro, incluso en ausencia de antibióticos. Más aun, se ha visto que varios fluidos corporales también inducen la síntesis de betalactamasas en algunas especies.

Los efectos antagónicos entre inductores fuertes y débiles obligan a actuar con cautela cuando se indican combinaciones de antibióticos; algunas de ellas parecen poder ser usadas clínicamente mientras que, por ejemplo, la mezcla de ticarcilina y ácido clavulánico puede ser riesgosa. La primera de estas drogas es un inductor débil pero se inactiva en presencia de betalactamasas clase I de algunas enterobacterias y puede ser antagonizada sustancialmente por ácido clavulánico, un inductor fuerte por debajo de la CIM. El antagonismo no parece ser problema cuando se combina amoxicilina y ácido clavulánico ya que ambos son inductores potentes. Lo mismo ocurre cuando una penicilina contra estafilococo se combina con una ureidopenicilina o con una cefalosporina de tercera generación, ya que ambas son inductores débiles.

La terapia sin éxito con un inductor potente como ampicilina, cefoxitina o imipenem, seguida de la administración de un inductor débil como una cefalosporina de tercera generación genera una situación más complicada. El primer antibiótico se acompaña de inducción enzimática y el fenómeno puede asociarse con algo de protección contra el segundo agente.

Desrepresión estable de la síntesis de betalactamasas

La desrepresión estable de la expresión de betalactamasas clase I a menudo se confunde con inducción pero son dos fenómenos distintos. De hecho, la inducción es una respuesta fenotípica transitoria a un betalactámico, mientras que la desrepresión estable es la producción exagerada permanente de la enzima, independientemente de la presencia de antibiótico. La desrepresión puede ser parcial o total.

Los estudios genéticos indican que la desrepresión estable puede involucrar la modificación del gen AmpD, lejano al grupo AmpR AmpC. Sin embargo, las modificaciones en el gen AmpR o en la región promotora del AmpC posiblemente se asocien con un fenotipo idéntico. Debido a que la expresión de betalactamasas es independiente de la presencia de antibiótico, los organismos con desrepresión estable son más resistentes a los inductores débiles como cefalosporinas de tercera generación y ureidopenicilinas en comparación con especies en las cuales la expresión de la enzima es inducible. La desrepresión estable no se asocia con mayor resistencia a los inductores potentes como imipenem.

Selección de organismos con desrepresión de betalactamasas durante la terapia

Las variantes con este fenómeno pueden seleccionarse in vitro a partir de poblaciones inducibles mediante el agregado de un inductor débil al medio de cultivo. El proceso de selección no es ni más ni menos que un ejemplo de supervivencia del más apto: los organismos con producción enzimática inducible no producen cantidades protectoras de la enzima y mueren, mientras que las cepas preexistentes con desrepresión estable están protegidas por la enzima y sobreviven en el medio. Existen varios trabajos que demuestran que este fenómeno también aparece in vivo y que podría ser un problema particularmente importante en el caso de infección por P. aeruginosa y E. cloacae. Cabe destacar que la selección de mutantes con desrepresión es un problema con los inductores débiles que dan ventaja a las mutantes pero no con los inductores potentes.

El estado del paciente y el sitio de infección son otros factores de contribución en la selección de cepas, más aún en el contexto de infecciones crónicas o en huéspedes inmunocomprometidos en quienes sólo se dispone del antibiótico para la erradicación del patógeno. Además del problema de la selección de mutantes en un paciente individual, la situación también es preocupante en términos de acumulación de organismos con desrepresión estable en la flora hospitalaria.

Combinación de betalactamasas clase I

Es posible minimizar la inducción de betalactamasa en algunas cepas por la administración de inhibidores de la síntesis de proteínas como clindamicina o aminoglucósidos en combinación con un betalactámico lábil. Sin embargo, ésta y otras estrategias no reducirán la selección de mutantes con desrepresión estable y la monoterapia con inductores débiles parece poco aconsejable para infecciones graves causadas por especies en las cuales existe una amplia posibilidad de selección de variantes con desrepresión estable. La susceptibilidad a antibióticos debe monitorearse cuidadosamente de manera tal que la aparición de organismos con desrepresión estable se detecte rápidamente y que el esquema de antibiótico se modifique de inmediato.

Ref : INET, SAMET, INFECTO