Entradas Recientes

Tags

Resistencia bacteriana en enterobacterias


Introducción

El uso de los antibióticos para tratar las infecciones bacterianas es un componente clave de la medicina moderna, pero la resistencia antibiótica, especialmente la multidrogoresistencia (MDR) entre las enterobacterias, es un problema mundial con algunos aislamientos que son resistentes a múltiples (e inclusive a todos) los grupos de antibióticos. La mayoría de los mecanismos de resistencia en enterobacterias ocurre por la adquisición de elementos móviles obtenidos de otras especies, los cuales por medio de plásmidos se pueden mover entre células. De todos modos, las mutaciones en los genes cromosómicos también son importantes para conferir resistencia a ciertas clases de antibióticos incluidos algunos de los recientemente introducidos.(1)


Generalidades sobre las bacterias Gram negativas

En 1884 Hans Christian Gram desarrolló un método para distinguir entre bacterias Gram negativas y Gram positivas usando las coloraciones de cristal violeta y safranina. Las bacterias Gram positivas se tiñen de morado por la coloración cristal violeta mientras que las Gram negativas se ven de color rosado por la safranina; esto es debido a las diferencias en la composición de sus paredes bacterianas.


Las bacterias Gram negativas tienen una envoltura que se compone de 3 capas. La primera es la membrana externa la cual es única entre las bacterias Gram negativas. Esta tiene fosfolípidos que se unen a la hoja interna de la membrana y lipopolisacáridos (LPS) que se unen a la hoja externa. Además, esta contiene otros componentes tales como las proteínas de membrana externa (PME) dentro de los cuales sobresalen las porinas. La segunda capa es la pared de peptidoglicanos que se comporta como un exoesqueleto rígido y es quien le confiere la forma a la bacteria y esta hecha de un disacárido (N-acetil glucosamina y ácido N-acetilmurámico) que se repite constantemente. La tercera capa es la membrana interna compuesta de una membrana bifosfolipídica y tiene múltiples funciones tales como estructura, transporte y funciones biosintéticas. Además es el sitio de anclaje del ácido desoxirribonucleico y juega un importante papel en la mitosis celular (ver figura 1).(2)


Figura 1. Estructura de la pared celular de las bacterias Gram negativas. Tomado de referencia (2)


Las enterobacterias son un grupo heterogéneo y ampliamente distribuido en la naturaleza. Corresponden al 80% de los aislamientos Gram negativos en enfermedades humanas tales como infección de tracto urinario, neumonía, diarrea, meningitis y sepsis, entre otros. Los géneros mas frecuentemente vistos incluyen Escherichia, Proteus, Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter, Yersinia, Shigella y Salmonella. Desde el punto de vista microbiológico se caracterizan por tener forma de bacilos, no esporulados, con movilidad variable, anaerobios facultativos (pueden crecer en ambientes aeróbicos y anaeróbicos), fermentan glucosa, oxidasa negativos y reducen nitratos a nitritos.

Mecanismos de resistencia

Aparece por la expresión de mecanismos enzimáticos y no enzimáticos que pueden aparecer por mutaciones en los cromosomas bacterianos o por la adquisición de elementos móviles. Dentro de los mecanismos descritos están: producción de betalactamasas (por hidrólisis), modificación enzimática de los antibióticos, sobreexpresión de bombas de expulsión, pérdida o mutación de porinas o modificación del blanco molecular(2).

Betalactámicos

Su resistencia es mediada por muchos mecanismos (producción de enzimas, alteraciones en la permeabilidad, alteración de la diana y bombas de expulsión). El principal mecanismo de resistencia es la producción de betalactamasas(3). Estas hidrolizan los betalactámicos en el espacio periplásmico por lo que logran evitar que el antibiótico tenga la posibilidad de interactuar con su blanco molecular. Una de las formas de clasificar las betalactamasas fue descrita por Ambler y las divide en 4 grupos: A, B, C y D (Figura 2)(4)


Figura 2. Clases de betalactamasas, tomado de referencia (4)


En la actualidad se han descrito betalactamasas capaces de inactivar a todos los betalactámicos lo que se ha traducido en fracasos terapéuticos, por tal motivo se debe hacer una lectura cuidadosa del antibiograma con el fin de evitar “falsas sensibilidades” y para además hacer seguimiento a determinadas betalactamasas capaces de difundir y producir brotes epidémicos.


Fenotipos de resistencia natural

En primer lugar, se describirán los fenotipos de resistencia naturales de la mayoría de las especies de interés clínico y luego se analizarán los diferentes patrones de resistencia adquiridos.

Para facilitar su adecuada interpretación, se dividen las enterobacterias en 4 grupos basados en sus resistencias naturales (también ver tabla 1):


Grupo 1: Formado por E. coli, Shigella, Salmonella entérica y Proteus mirabilis. Estos presentan un fenotipo sensible a todos los betalactámicos. Tanto E. coli como Shigella son portadores cromosómicos de AmpC que en su forma silvestre se expresa de forma muy baja y confiere resistencia de trascendencia clínica.

Grupo 2: En estas se encuentran Klebsiella pneumoniae y oxytoca, Citrobacter koseri y Citrobacter amalonaticus (entre otras). Su principal característica es que presenta resistencia a aminopenicilinas (ampicilina) y carboxipenicilinas (ticarcilina) asociado a sensibilidad disminuida a ureidopenicilinas (piperacilina) manteniéndose sensibles a cefalosporinas, monobactámicos, carbapenémicos y a las asociaciones con inhibidores de betalactamasas. Esta resistencia es mediada por la producción de una betalactamasa cromosómica de clase A de Ambler con actividad penicilinasa.

Grupo 3: Está compuesto por Citrobacter freundii, Enterobacter spp., Providencia spp., Morganella morganii, Serratia spp., Hafnia alvei, Proteus vulgaris, Proteus penneri, Klebsiella aerogenes entre otros. Todas presentan una betalactamasa cromosómica inducible con actividad cefalosporinasa que en general confiere resistencia a aminopenicilinas y cefalosporinas de primera generación manteniéndose sensibles a carboxi/ureidopenicilinas, cefalosporinas de tercera y cuarta generación, monobactámicos y carbapenémicos. La sensibilidad para cefalosporinas de segunda generación suele varias entre géneros.

Grupo 4: Incluye a Yersinia enterocolitica que suele expresar un fenotipo de cefalosporinasa inducible y penicilinasa siendo resistente a aminopenicilinas, carboxipenicilinas, amoxicilina/clavulanato, cefalosporinas de primera y segunda generación. Este fenotipo ocurre por la producción de enzimas de clase A y C.


Tabla 1. Patrones de resistencia natural en diferentes especies de enterobacterias. Tomado de referencia (3). Enterobacter aerogenes: Klebsiella aerogenes


Aspectos prácticos

Lo primero que debemos hacer al momento de interpretar el antibiograma de una enterobacteria es definir cuales son las resistencias naturales. Sabiendo esto es más fácil definir si la resistencia a uno o varios betalactámicos es natural o adquirida. Además, nos puede ayudar a evaluar si el germen/perfil de susceptibilidad reportado es posible, improbable o imposible (por ejemplo, Klebsiella spp. sensible a ampicilina se considera imposible). Después de esto se interpreta el fenotipo, se infiere el impacto clínico de este y finalmente se hacen los cambios pertinentes para ofrecer el tratamiento con espectro mas estrecho y dirigido posible.

Fenotipos de resistencia adquirida

Cuando una especie presenta un fenotipo que no concuerda con lo descrito en los fenotipos naturales se debe considerar que estamos frente a algún mecanismo de resistencia adquirido. Antes de iniciar se debe garantizar que el aislamiento esté adecuadamente identificado.


Producción de penicilinasas: son consideradas las “betalactamasas clásicas” y hacen parte de la clase A de Ambler. De esta hacen parte TEM-1, TEM-2 y SHV-1 y son responsables de la resistencia a aminopenicilinas y carboxipenicilinas con sensibilidad intermedia a ureidopenicilinas. Las cepas portadoras mantienen sensibilidad a cefalosporinas, monobactámicos y carbapenémicos. Sin embargo, una hiperproducción de estas conlleva a resistencia contra cefalosporinas de primera y segunda generación y frecuentemente con sensibilidad disminuida a amoxicilina/clavulanato. Mas aun, la hiperoproducción de SHV-1 en E. coli y K. pneumoniae puede mostrar resistencia a ceftazidime.


Producción de betalactamasas de espectro extendido (BLEE): las primeras BLEE descritas fueron derivadas de las penicilinasas clásicas, pero luego aparecieron otras familias de BLEE como CTX-M las cuales han tenido rápida expansión en diversas áreas epidemiológicas. Estas enzimas se caracterizan por ser capaces de inactivar la práctica totalidad de cefalosporinas a excepción de las cefamicinas (cefoxitina y cefotetán) manteniendo sensibilidad a los inhibidores (principalmente in vitro) y a los carbapenémicos.


Producción de betalactamasas resistentes a inhibidores: también se derivan de las betalactamasas clásicas y se caracterizan por ser resistentes a aminopenicilinas, carboxipenicilinas y ureidopenicilinas, no son sensibles a los inhibidores y no tienen actividad sobre el resto de los belactámicos. Originalmente se denominaron IRT (inhibitor-resistant TEM mutant) porque en su mayoría se derivan de TEM-1 y TEM-2 aunque se han descrito estas betalactamasas derivadas de SHV-1.


Hiperproducción de betalactamasa cromosómica clase A: Se observa principal en especies tales como K. pneumoniae, K. oxytoca, P. penneri, P. vulgaris y C. koseri. De estas la mas importante es K. oxytoca en cuyo caso la hiperproducción de K1 puede mostrar un fenotipo similar a BLEE.


Hiperproducción de betalactamasa cromosómica clase C y AmpC plasmídica: presenta resistencia prácticamente a todos los betactámicos excepto los carbapenémicos con un efecto variable sobre algunas cefalosporinas basado en el grado de producción. Además, son inhibidas por cloxacilina y ácido borónico los cuales ayudan a diferenciarlas de BLEE.


Dependiendo de la especie puede variar su fenotipo, pero por ejemplo con E. coli y Shigella suelen producirla en baja cantidad, pero cuando se presenta hiperproducción confiere resistencia a aminopenicilinas, carboxi/ureidopenicilinas, asociaciones con inhibidores, cefalosporinas de primera generación, cefamicinas y usualmente cefalosporinas de tercera generación. En estos casos se respetan las cefalosporinas de cuarta generación y carbapenémicos. En los microorganismos del grupo 3 se debe tener cuidado pues todos los betalactámicos son inductores de estas betalactamasas por lo que al usar (principalmente) cefalosporinas de tercera generación o monobactámicos existe el riesgo real de desrepresión lo cual podría inducir resistencia durante el tratamiento y falla terapéutica. El perfil de resistencia en estos casos es similar al descrito al inicio del párrafo.


Producción de carbapenemasas: son aquellas que son capaces de hidrolizar la mayoría de los betalactámicos incluidos los carbapenémicos. Se han descrito 3 clases: aquellas de clase A (por ejemplo, KPC) que pueden ser sensibles al ácido clavulánico y tienen mayor acción sobre meropenem que imipenem, las de clase B (metalobetalactamasas como por ejemplo NDM, VIM e IMP) que no tienen acción sobre aztreonam y se inhiben con EDTA y las de clase D (OXA-48).


Fenotipos complejos: Ocurre cuando se expresan diferentes mecanismos de resistencia al mismo tiempo y para poder identificarlos con certeza requieren métodos especializados tales como la secuenciación genómica(3).


Aspectos prácticos

La interpretación del antibiograma en enterobacterias se hace cada vez más compleja debido a la suma de diferentes mecanismos de resistencia en un mismo aislamiento clínico. Hay que tener mucho cuidado con los aislamientos en los cuales se confirma o se sospecha la presencia de BLEE pues en el antibiograma puede aparecer sensibles las penicilinas asociada a inhibidores de betalactamasas las cuales no serían una buena opción en pacientes con infecciones graves.


En el caso que nos enfrentemos a gérmenes pertenecientes al grupo 3 (AmpC) se debe evaluar si la expresión del gen (y por lo tanto la producción de la betalactamasa) esta aun reprimida o esta des reprimida. Al estar reprimida puede aparecer sensible a aztreonam, cefalosporinas de 3° generación, piperacilina/tazobactam, pero si se usa alguno de ellos (principalmente los dos primeros) existe el riesgo de des represión durante la terapia lo que puede terminar en falla del tratamiento.

Fluoroquinolonas

La resistencia es mediada por mutaciones únicas o sumatorias de la DNA girasa y topoisomerasa IV lo cual disminuye la capacidad de unión del antibiótico a su blanco molecular. Otro mecanismo descrito es la alteración en la permeabilidad de la pared celular explicado por el cierre de porinas y expresión de bombas de expulsión. En enterobacterias existen otros mecanismos mediados por plásmidos que inducen resistencia de bajo nivel: expresión del gen qnr los cuales codifican para las proteínas Qnr las cuales tienen como función proteger la DNA girasa y la topoisomerasa IV evitando la unión de las quinolonas a su sitio de acción.


Aspectos prácticos

Las quinolonas son un excelente grupo de antibióticos, con espectro amplio y fácil de usar. De todos modos, vale la pena recordar que la tasa de resistencia contra este grupo de antibióticos por parte de las enterobacterias suele ser alto (dependiendo de la epidemiología local) motivo por el cual no se debería usar como terapia empírica en la mayoría de los casos. Otros problemas que tienen este grupo de antibióticos es su relación directa con el aumento en la incidencia de BLEE y de infecciones por Clostridioides difficile. Por todo lo anterior se deben usar con cautela considerando antes otras opciones.

Aminoglucósidos

El mecanismo de resistencia más importante en este grupo de antibióticos es mediado por la producción de enzimas modificadoras de aminoglucósidos. Las tres familias mas importantes producen acetilación (aminoglucósidos acetiltransferasa), fosforilación (aminoglucósido fosfotransferasa) y adenilación (aminoglucósido nucleotidiltransferasa). Los genes usualmente se encuentran en elementos móviles, aunque algunas especies los tienen a nivel cromosómico. Tal como ocurre con los betalactámicos, las alteraciones en la permeabilidad (cierre de porinas) o expresión de bombas de expulsión pueden también inducir resistencia para este grupo de antibióticos.


Aspectos prácticos

La susceptibilidad de las enterobacterias sigue siendo buena (en nuestro medio principalmente a amikacina) a pesar de la antigüedad y el uso que se le ha dado a este grupo de antibióticos. Por tal motivo es una buena herramienta en los casos de infecciones por enterobacterias MDR principalmente a nivel urinario.

Polimixinas

Su mecanismo de acción consiste en la unión con los lipopolisacáridos de la membrana externa produciendo daño directo con pérdida de la integridad. La resistencia a este grupo de antibióticos se basa en la modificación del lípido A (blanco molecular de las poliximinas) evitando así su unión.


Aspectos prácticos

Este grupo de antibióticos retomó fuerza con la aparición de las bacterias resistentes a carbapenémicos a pesar de tener alta frecuencia de toxicidad renal, dificultades con la dosificación, problemas con la penetración en diferentes compartimientos corporales y hasta la definición de sensibilidad o resistencia por los diferentes métodos disponibles. Por tal motivo se sugiere su uso en situaciones muy específicas sobre todo ahora que tenemos disponibles otros medicamentos dirigido contra este grupo de bacterias.

Tigeciclina

La resistencia a este antibiótico es mediada por la producción de bombas de expulsión activas(5)


Aspectos prácticos

Este antibiótico es de amplio espectro lo cual facilita su uso en infecciones polimicrobianas principalmente a nivel intraabdominal. Unos de sus principales problemas son los efectos secundarios sobre todo a nivel gastrointestinal, su limitada utilidad en infecciones de torrente circulatorio y la ausencia de cobertura sobre Pseudomonas aeruginosa (la cual es no es una enterobacteria).


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. Partridge SR. Resistance mechanisms in Enterobacteriaceae. Pathology. 2015;47(3):276-84.

2. Breijyeh Z, Jubeh B, Karaman R. Resistance of Gram-Negative Bacteria to Current Antibacterial Agents and Approaches to Resolve It. Molecules. 2020;25(6).

3. Navarro F, Miró E, Mirelis B. Lectura interpretada del antibiograma de enterobacterias. Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica. 2010;28(9):8.

4. Ruppé É, Woerther PL, Barbier F. Mechanisms of antimicrobial resistance in Gram-negative bacilli. Ann Intensive Care. 2015;5(1):61.

5. Fraimow HS, Tsigrelis C. Antimicrobial resistance in the intensive care unit: mechanisms, epidemiology, and management of specific resistant pathogens. Crit Care Clin. 2011;27(1):163-205.