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Resistencia bacteriana en cocos Gram positivos: aspectos prácticos para toma de decisiones clínicas



Introducción


Con la aparición de los antibióticos, la resistencia a estos ha sido una constante y ha acompañado el acto médico desde entonces. Las sulfas fueron descubiertas en 1937 y los primeros casos de resistencia fueron descritos a finales de la década de los 30´s. La penicilina fue descubierta en 1928 y unos años después se comenzaron a describir casos de bacterias productoras de penicilinasas. Estos dos ejemplos reflejan lo observado con la aparición de cada nuevo antibiótico y la consecuencia lógica es la reducción en las opciones terapéuticas lo cual aumenta costos y morbimortalidad.(1)


Los mecanismos de resistencia en los microorganismos se basan en cuatro estrategias: inactivación de la medicación, prevenir la interacción entre el medicamento y su blanco terapéutico, reducción en la susceptibilidad del blanco y adquisición de un nuevo blanco que no sea sensible al antibiótico. La resistencia aparece por mutaciones y selección de cepas con el uso de antibióticos o por la adquisición de determinantes de resistencia.(2)


Generalidades sobre las bacterias Gram positivas


Las bacterias Gram positivas pueden identificarse usando la tinción de violeta cristal la cual interactúa con la bacteria dando un color azul bajo el microscopio lo cual ocurre por la alta afinidad que tiene la pared de peptidoglicanos por esta tinción. La pared de los Gram positivos (ver figura 1) difiere de los Gram negativos en que carece de membrana externa y tienen una gruesa capa de peptidoglicanos que rodea la membrana plasmática. Esta le confiere la forma a la bacteria según su composición química, grosor y tipo de interacciones entre las moléculas. Además, la pared contiene largas cadenas de polímeros aniónicos llamados ácidos teicóicos las cuales se comportan como sensores de pared que permiten el paso de diferentes moléculas y los polisacáridos capsulares que están unidos con los peptidoglicanos de forma covalente.(1) La clasificación taxonómica de las bacterias Gram positivas se puede ver en la figura 2.

Figura 1 – estructura de la pared de peptidoglicanos tomado de referencia(1)



Figura 2 – Clasificación de las bacterias Gram positivas, tomado de https://www.technologynetworks.com/immunology/articles/gram-positive-vs-gram-negative-323007



Mecanismos de resistencia


Los mecanismos de resistencia suelen compartirse entre los diferentes géneros (Staphylococcus, Streptococcus y Enterococcus) pero en el caso de los cocos Gram positivos ocurren por medio de 3 estrategias diferentes: a) degradación enzimática del antibiótico por producción de betalactamasas (betalactámicos), o enzimas modificadoras (aminoglucósidos); b) por disminución de la afinidad del antibiótico por su blanco molecular, tales como las proteínas fijadoras de penicilina (PBP por sus siglas en inglés) en betalactámicos, topoisomerasa IV y DNA girasa en quinolonas, modificaciones en el sitio de unión (macrólidos, lincosamidas, oxazolidinonas) o c) bombas de expulsión (quinolonas, macrólidos) entre otros. A continuación, describiremos brevemente los mecanismos en los géneros Staphylococcus, Streptococcus y Enterococcus.(1,3,4)



Staphylococcus


Penicilina: ocurre en un elevado porcentaje de aislamientos y es mediada por una betalactamasa codificada por el gen blaZ de las cuales hay 4 variantes: A, B, C y D.(4) En las infecciones con alto inóculo bacteriano (bacteriemias, endocarditis infecciosas, infecciones osteoarticulares) puede ocurrir falla terapéutica relacionada con el uso de cefazolina por un fenómeno conocido como efecto inóculo en el cual, algunas cepas de S. aureus (aquellas que producen gran cantidad de betalactamasas principalmente las variantes A y C) tienen un aumento inusitado de las concentraciones inhibitorias mínimas (MIC por sus siglas en inglés), aumentando el riesgo de falla terapéutica.(5) Este fenómeno también se ha descrito para ampicilina/sulbactam y piperacilina/tazobactam.(6)


Penicilinas antiestafilocóccicas: en estos casos la resistencia se debe a la producción de una PBP con afinidad disminuida a los betalactámicos llamada PBP2a y está codificada por el gen mecA; el mensaje más importante con respecto a esto es que S. aureus resistente a meticilina lo es a todos los betalactámicos de utilidad antiestafilocóccica excepto las cefalosporinas de 5° generación (ceftarolina y ceftobiprole). El marcador del laboratorio para este fenotipo es la resistencia a cefoxitina la cual es mucho más específica para la detección de PBP2a que la misma oxacilina. La prevalencia de este tipo de cepas es muy variable, en el mundo se describe entre un 10 y 60%. En 2011 se describió otro gen de resistencia a la meticilina denominado mecC el cual codifica para una PBP2a más afín por la oxacilina que por cefoxitina y que se ha encontrado principalmente en animales de granja. El término BORSA se refiere al anglicismo Bordeline Oxacillin Resistant Staphylococcus aureus. Este fenotipo suele tener una hiperproducción de betalactamasas o alteraciones en otras PBP (como la 1, 2 o 4) y en su antibiograma se observa una resistencia de bajo nivel a oxacilina. En estas puede también coexistir la presencia del gen mecA. La resistencia a ceftarolina es poco frecuente y se relaciona con mutaciones específicas del gen mecA que produce cambios puntuales en la PBP2a perdiendo afinidad por el antibiótico.(4)


Glucopéptidos: Los glucopéptidos vancomicina y teicoplanina (este último no disponible en Latinoamérica) actúa inhibiendo las fases finales del ensamblaje de la pared bacteriana formando complejos con el D-alanil-D-alanina terminal ubicados en los precursores peptidoglicanos evitando la acción de las transpeptidasas, transglicosilasas y carboxipeptidasas. La resistencia a este grupo de antibióticos parece ser multifactorial e incluye: engrosamiento de la pared bacteriana con lo cual logran capturar las moléculas del glucopéptido eliminándolo del medio(2), este fenómeno aumenta las MIC para vancomicina de forma progresiva y usualmente se observa en pacientes tratados con ese grupo de antibióticos. El otro mecanismo descrito es la adquisición de un gen de resistencia llamado vanA el cual proviene de Enterococcus y actúa produciendo cambios en el residuo terminal (D-alanin-D-lactato) evitando la unión del glucopéptido. A la fecha la cantidad de aislamientos con este fenotipo de resistencia es raro.(4, 7)


Lipopéptidos: La resistencia a daptomicina es rara y se relaciona con cambios en la membrana y pared celular.


Macrólidos/lincosamida/estreptograminas: La resistencia contra este grupo de antibióticos suelen ser mediadas por tres mecanismos:

  • Modificación de la diana: metilación de la subunidad 23S del ARN ribosomal lo cual impide la unión de los diferentes antibióticos a su blanco molecular. Es mediada por los genes erm los cuales tienen 3 clases: ermA, ermB y ermC. La expresión de este fenotipo puede ser constitutiva o inducible. En el primer caso se sintetiza sin necesidad de inducción. En los casos de resistencia inducible se observa resistencia a eritromicina (el cual es el más potente de los inductores) pero se mantiene sensibilidad a lincosamidas y estreptograminas. La presencia de eritromicina, además de inducir su propia resistencia, la induce sobre los otros dos grupos de antibióticos descritos. Este fenotipo no puede ser evidenciado por lo métodos de dilución usuales por lo que se requieren pruebas especiales con difusión de disco conocida como D test en el cual, en caso de haber mecanismo de resistencia inducible, se producirá una deformidad del halo de inhibición producido por clindamicina (D-test positivo, figura 3)

Figura 3 – D-test positivo. Archivo personal

  • Expulsión activa del antibiótico: Expulsa tanto eritromicina como estreptograminas, no afecta a clindamicina por lo que este antibiótico mantiene su capacidad antimicrobiana. En estos casos el D-test es negativo (figura 4)


Figura 4 – D-test negativo. Archivo personal

  • Inactivación del antibiótico: es poco frecuente, se han descrito enzimas con actividad fosfotransferasa con capacidad de inactivar eritromicina y claritromicina y nucleotidil-transferasas con actividad sobre lincomicina, pero no sobre clindamicina.(8)

Fluoroquinolonas: Se produce, o por mutaciones en las subunidades grlA y grlB (ADN topoisomerasa IV) y gyrA y gyrB (ADN-girasa), o bien por alteración en la entrada del antibiótico mediante mutaciones en el promotor o en el sistema de regulación de norA que dan lugar a su sobreexpresión. La sobreexpresión de norA se asocia además con resistencia a biocidas y en concreto con resistencia a sales de amonio cuaternario ampliamente utilizadas.(4)


Aminoglucósidos: ocurre principalmente por la producción de enzimas modificadoras de antibióticos. Existen tres clases: aminoglucósido nucleotidiltransferasa, aminoglucósido acetiltransferasa y aminoglucósido fosfotransferasa. La mayoría están ubicados en transposones lo que permite su fácil transmisión entre géneros. Otro mecanismo menos frecuente es el observado en las colonias de variantes pequeñas las cuales tienen alteraciones en la cadena de transporte de electrones afectando la adecuada penetración de antibiótico a la célula (el cual es ATP dependiente).(2)


Oxazolidinonas (linezolid): La mayoría de las cepas son sensibles pero su resistencia suele asociarse a mutaciones en el sitio de acción del antibiótico (ARNr 23) o en las proteínas ribosomales L3, L4 y L22.(4)


Tetraciclinas: es mediada por dos mecanismos principales: protección ribosomal y bombas de expulsión activa. El primero actúa por medio de enzimas con actividad GTP-asa que tienen como función liberar la molécula de tetraciclina del ribosoma y son mediados por los genes tetM y tet0 y confieren resistencia a tetraciclinas, minociclina y doxiciclina. Las bombas de expulsión específicas son llamadas TetK y TetL y confieren resistencia a tetraciclina, pero no a minociclina.(2) La tigeciclina no es afectada por estos mecanismos, pero se ha detectado resistencia a esta mediada por bombas de expulsión MepA las cuales también afectan fluoroquinolonas.(4)


Aspectos prácticos

Staphylococcus son unos de los gérmenes mas frecuentemente vistos. Dentro de los betalactámicos existe alta frecuencia en la resistencia a penicilina, ampicilina y piperacilina la cual es mediada por la producción de una penicilinasa. La resistencia a oxacilina es mediada por cambios en las PBP y cuando ocurre la resistencia se extrapola al resto de betalactámicos excluyendo ceftarolina y ceftobiprole lo que obliga a buscar alternativas terapéuticas. En las infecciones graves el antibiótico de elección es vancomicina, pero en otros casos en los cuales la infección está controlada, no hay bacteriemia y se hizo control del foco infeccioso se podrían usar otras opciones tales como clindamicina, trimetoprim sulfa y menos frecuente tetraciclinas o quinolonas. Al momento de decidir el uso de clindamicina se debe verificar si hay resistencia inducible, cuya presencia contraindicaría su uso independiente del reporte en el antibiograma, dada la alta probabilidad de inducción de resistencia durante tratamiento y falla terapéutica. En casos selectos se considera el uso de linezolid o daptomicina, idealmente apoyado por el concepto del especialista en enfermedades infecciosas.



Streptococcus


Los cocos Gram positivos en cadenas son un grupo grande y heterogéneo de microorganismos los cuales se clasifican por medio de su capacidad hemolítica en el agar sangre (betahemólisis, alfahemólisis y gamahemólisis), su reacción con los antisueros de Lancefield (grupo A, B, C, etc), su resistencia a optoquina y la solubilidad a la bilis.


Streptococcus no pneumoniae


Los Streptococcus del grupo viridans suelen ser alfa o gamahemolíticos, tienen características que los diferencian del resto de Streptococcus (que se salen del objetivo de esta revisión) y hacen parte de la flora normal de múltiples sitios en el cuerpo humano. Se dividen en 6 grupos mayores: S. mutans, S. salivarius, S. anginosus, S. mitis, S. sanguinis y S. bovis. De estos, S. mitis suele tener un perfil de susceptibilidad diferente al resto al ser resistente a mas grupos de antibióticos.(9) La resistencia a betalactámicos es mediada por cambios en las PBP las cuales disminuyen su afinidad por este grupo de antibióticos y afecta principalmente a penicilina mejorando su sensibilidad con las cefaloporinas. La resistencia a macrólidos, lincosamidas y estreptograminas ocurre de forma similar a lo observado en Staphylococcus (metilación en el sitio de unión y bombas de expulsión). Los aislamientos de Streptococcus del grupo viridans suelen ser uniformemente sensibles a glucopéptidos, oxazolidinonas y lipopéptidos aunque de estos últimos se han encontrado cepas que generan resistencia luego de ser expuestas al antibiótico.(9)


Los Streptococcus betahemolíticos suelen ser uniformemente sensibles a penicilina, esto a pesar del uso extensivo de la penicilina por más de medio siglo. Se considera que esto ha permanecido así por varios motivos:

  • Dificultades del microorganismo para recibir material genético que permita la consecución de PBP menos afines y betalactamasas que hidrolicen los antibióticos.

  • Al efecto negativo sobre el crecimiento y funciones fisiológicas que implica la expresión de PBP diferentes a las usualmente observadas.

De todos modos, esta situación puede cambiar en algún momento, motivo por el cual se debe estar atento a la aparición de alguna cepa resistente.(10)


Los mecanismos relacionados con resistencia contra macrólidos, lincosamidas y tetraciclinas son similares a los descritos en Staphylococcus, pero cabe anotar que la resistencia a macrólidos (ampliamente usados para tratar infecciones orofaríngeas por Streptococcus pyogenes) puede llegar hasta el 40% en algunas poblaciones(9) por lo que su uso solo sería justificado ante la imposibilidad de ofrecer un betalactámico como terapia definitiva.


Aspectos prácticos

Las infecciones por Streptococcus no pneumoniae son relativamente frecuentes sobre todo en pacientes inmunosuprimidos (S. viridans), piel y tejidos blandos (S. pyogenes) e infecciones neonatales (S. agalactiae) por mencionar algunos ejemplos. Dentro de los S. viridans aun se mantiene sensibilidad a los betalactámicos en la mayoría de los géneros excepto en S. mitis/oralis en cuyo caso la resistencia a este grupo de antibióticos va en aumento. Es de primera importancia recordar que los Streptococcus betahemolíticos (S. agalactiae, S. pyogenes) son universalmente sensibles a penicilina por lo que los antibióticos de elección (en ausencia de alergia grave a betalactámicos) es penicilina, ampicilina o amoxicilina y que el uso de inhibidor de betalactamasas (tales como clavulanato y sulbactam) no es necesarios pues son microorganismos que no las producen.



Streptococcus pneumoniae


La resistencia a betalactámicos ha ido aumentando rápidamente en el mundo. Esta ocurre por alteración en una o más de las seis clases diferentes de PBP y lo logran por mutación cromosómica o por transformación natural relacionada con la adquisición de nuevo material genético obtenido de otras bacterias presentes en el ambiente donde se encuentra la bacteria.(1) Las PBP mas frecuentemente implicadas en la resistencia los betalactámicos son PBP1a, 2b y 2x. Los cambios en la PBP1a afectan de forma importante la penicilina mientras aquellas que alteran la PBP 2x tienen alta resistencia a cefalosporinas pues estas no se unen a la PBP2b.(4)


Hasta ahora no se ha detectado cepas resistentes a vancomicina, pero algunas sí que presenta tolerancia a esta. La dalbavancina no se afecta por estos mecanismos. Con respecto a lincosamidas, macrólidos, estreptograminas y fluoroquinolonas los mecanismos de resistencia son similares a los descritos en Staphylococcus.(4)


Aspectos prácticos

La resistencia a penicilina en los diferentes aislamientos de S. pneumoniae viene en aumento. Se debe tener en cuenta que para interpretar el antibiograma existen puntos de corte de MIC diferenciales en infecciones meníngeas y no meníngeas tanto para penicilinas como para cefalosporinas de tercera generación. Cuando la infección en producida por un aislamiento resistente a penicilina y cefalosporinas el antibiótico de elección es vancomicina. El uso de otros antibióticos se definirá según la situación clínica y su sensibilidad en el antibiograma.



Enterococcus


Presentan resistencia intrínseca a penicilinas semisintéticas (de bajo nivel), lincosamidas, aminoglucósidos (de bajo nivel) y vancomicina (E. casseliflavus, E. gallinarium y E. flavescens).


La frecuencia de Enterococcus resistentes a betalactámicos ha venido en aumento. Con respecto a E. faecium más del 90% de los aislamientos son resistentes a ampicilina. Esto ocurre por hiperproducción de PBP4 (E. faecalis) y PBP5 (E. faecium) lo cual genera alta resistencia a ampicilina. Algunos aislamientos producen betalactamasas similares a la observada en Staphylococcus y suele ser un mecanismo infrecuente y predominante en E. faecalis.


Para los aminoglucósidos la resistencia de alto nivel (que no permitiría su uso en terapia combinada) es de frecuencia variable y ocurre por la presencia de enzimas modificadoras de aminoglucósidos y por mutaciones puntuales en la proteína de la subunidad ribosomal 30s o modificaciones del blanco molecular por medio de una metiltransferasa codificada por el gen efnM.


Con respecto a los glucopéptidos se ha generado mucha preocupación debido a las limitadas opciones terapéuticas disponibles. Se observa más frecuentemente en E. faecium con reportes variables según países (algunos tan altos como 40% de resistencia). La presencia de los genes vanA y vanB son los más frecuentemente descritos y con frecuencia se localizan en plásmidos y transposones lo que favorece su diseminación. Los lipoglucopéptidos mantienen cierta actividad frente a Enterococcus con operón van. La actividad frente al fenotipo vanB se mantiene con todos los de este grupo mientras para vanA solo oritavancina mantiene actividad.


La resistencia a la daptomicina es poco frecuente y se observa más en E. faecium y ocurre por cambios en varias proteínas que producen cambios en el sistema que regula la envoltura celular.


Linezolid sigue siendo una opción terapéutica atractiva debido a la baja tasa de resistencia descrita hasta ahora. Cuando esta ocurre se debe principalmente a mutaciones en la subunidad 23s del ARNr. Recientemente se detectó otro mecanismo mediado por el gen optrA el cual confiere protección a los ribosomas evitando la unión del antibiótico al blanco molecular.(4)


Aspectos prácticos

En género Enterococcus tiene ciertas peculiaridades tanto en su ecología como en sus mecanismos de resistencia lo que los hace únicos. Las dos especies más frecuentemente encontradas en los aislamientos clínicos son E. faecalis y E. faecium. El antibiótico de elección en los aislamientos sensibles es ampicilina y esto predice sensibilidad a piperacilina por lo que se podría usar este antibiótico en los cuales se sospechen infecciones polimicrobianas (por ejemplo, infecciones intraabdominales). Aunque son intrínsecamente resistentes a aminoglucósidos se puede usar gentamicina como sinergista en los casos que se demuestre utilidad (evidenciado por antibiograma) y esta recomendación se reserva para las infecciones graves tales como choque séptico y endocarditis. Muchos de los otros antibióticos usualmente útiles para cocos Gram positivos no son útiles contra Enterococcus (clindamicina, trimetoprim sulfa, cefalosporinas y hasta cierto punto carbapenémicos) por lo que en los casos resistentes a ampicilina se requiere el uso de vancomicina. Por esto la importancia en salud pública de Enterococcus resistente a vancomicina pues en estos casos las opciones terapéuticas se ven limitadas a linezolid, daptomicina y ceftarolina.

Juan Gonzalo Mesa Monsalve (@jgmesa1981)

Pediatra especialista en enfermedades infecciosas – Universidad CES

Clínica Las Américas Auna – Hospital General de Medellín

Medellín – Colombia

Referencias bibliográficas

  1. Jubeh B, Breijyeh Z, Karaman R. Resistance of Gram-Positive Bacteria to Current Antibacterial Agents and Overcoming Approaches. Molecules 2020, 25, 2888; doi:10.3390/molecules25122888

  2. Berger-Bächi B. Resistance mechanisms of Gram-positive bacteria. Int J Med Microbiol 292, 27-35(2002)

  3. Rice LB. Antimicrobial resistance in gram-positive bacteria. doi:10.1016/j.ajic.2006.05.220

  4. Lozano C, Torres C. Actualización en la resistencia antibiótica en Gram positivos. Enferm Infecc Microbiol Clin. 2017;35(Supl 1):2-8

  5. Nannini EC, Stryjewski ME, Singh KV, Bourgogne A, Rude TH, Corey GR, et al. Inoculum Effect with Cefazolin among Clinical Isolates of Methicillin-Susceptible Staphylococcus aureus: Frequency and Possible Cause of Cefazolin Treatment Failure. Antimicrob Agents Chemother Jul 2009, 53 (8) 3437-3441; DOI: 10.1128/AAC.00317-09

  6. Song KH, Jung SI, Lee S, Park S, Kim ES, Park KH et al. Inoculum effect of methicillin-susceptible Staphylococcus aureus against broad-spectrum beta-lactam antibiotics. Eur J Clin Microbiol Infect Dis . 2019 Jan;38(1):67-74. doi: 10.1007/s10096-018-3392-6. Epub 2018 Sep 30.

  7. Stogios PJ, Savchenko A. Molecular mechanisms of vancomycin resistance. Protein Sci 2020 Mar;29(3):654-669. doi: 10.1002/pro.3819. Epub 2020 Jan 23.

  8. Alós AI, Cantón R, Martínez Martínez L, Vila. Atlas del antibiograma primera edición.

  9. Desai N, Steenbergen J, Kats DE. Antibiotic Resistance of Non-pneumococcal Streptococci and Its Clinical Impact. Antimicrobial Drug Resistance, DOI 10.1007/978-3-319-47266-9_2

  10. Horn DL, Zabbriskie JB. Why Have Group A Streptococci Remained Susceptible to Penicillin? Report on a Symposium. Clin Infect Dis 1998;26:1341–5

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