Antibiotická rezistence PDF

Antibiotická rezistence Anna Šrámková Biomedicínské centrum, Lékařská fakulta UK v Plzni; Ústav mikrobiologie, FN Plzeň  Osnova Antibiotikum – definice Mechanismy účinku ATB Inhibice syntézy buněčné stěny Inhibice syntézy nukleových...

Antibiotická rezistence Anna Šrámková Biomedicínské centrum, Lékařská fakulta UK v Plzni; Ústav mikrobiologie, FN Plzeň  Osnova Antibiotikum – definice Mechanismy účinku ATB Inhibice syntézy buněčné stěny Inhibice syntézy nukleových kyselin Antimetabolity Inhibice funkcí buněčné membrány Inhibice proteosyntézy Mechanismy antimikrobiální rezistence, klinické souvislosti Selekce rezistentní bakteriální populace, šíření ATB rezistence Klinicky nejvýznamnější mechanismy rezistence β-laktamázy (ESBL, AmpC, karbapenemázy) MRSA VRE Antimicrobial stewardship, surveillance rezistence Stanovení citlivosti k ATB Klinická citlivost/rezistence Fenotypové metody Průkaz vybraných mechanismů rezistence  Antibiotikum látky původně produkované mikroorganizmy termín užíván pro antimikrobiální látky k léčbě bakteriálních infekcí Cílovým místem účinku antibiotika je mikrob bez ohledu na jeho lokalitu (moč, dýchací cesty, likvor, měkké tkáně, kosti,…) – selektivní toxicita Antibiotikum působí i na rezidentní mikroorganismy v těle (na mikrobiotu) – riziko superinfekce, selekce rezistentních populací Léčba antibiotiky má epidemiologické důsledky (vznik a šíření rezistentních kmenů – v nemocnici i v komunitě)  Mechanismy účinku ATB Inhibice proteosyntézy 5 Cílem bakteriální ribozom Baktericidní - aminoglykosidy Bakteriostatické – makrolidy, linkosamidy, chloramfenikol, 1 tetracykliny ibice syntézy buněčné stěny Inhibice funkcí buněčné membrány 4 Baktericidní Baktericidní β-laktamy, glykopeptidy Polymyxiny 2 3 Inhibice syntézy nukleových kyselin Antimetabolity Baktericidní Inhibice syntézy kyseliny listové Fluorochinolony Bakteriostatické Sulfonamidy + Trimethoprim (kombinace: kotrimoxazol – baktericidní) https://commons.wikimedia.org/wiki/ nhibice syntézy buněčné stěny (peptidoglykan ATB se váže na enzymy účastnící se stavby stěny (transpeptidázy) Brání inkorporaci stavebních kamenů, které se vytvořily v cytoplazmě, do stěny rostoucí buňky Enzymy, na které se váží peniciliny a všechna ostatní tzv. betalaktamová antibiotika, se nazývají penicillin - binding proteins (PBP) Stěna praská, buňka https://www.pinterest.co.kr/pin/427419820887829841/  2. Inhibice syntézy nukleových kyselin Zásah do různých míst Např. rifampicin se váže na RNA polymerázu a brání tvorbě mRNA a sekundárně proteosyntéze Chinolóny blokují DNA gyrázu, která je nutná pro vytvoření dvojšroubovice DNA Metronidazol vlivem bakteriální nitroreduktázy se mění na cytotoxickou sloučeninu, která rozruší DNA. https://twitter.com/hiba_alzoubi/status/  3. Antimetabolity Sulfonamidy, trimetoprim a dapson (terapie lepry) se chovají jako antimetabolity Sulfonamidy mají podobnou strukturu jako kyselina paraaminobenzoová, jejím vytěsněním brání tvorbě k. dihydrolistové Trimetoprim interferuje s kyselinou dihydrolistovou a brání tvorbě k.tetrahydrolistové →Je narušena syntéza purinů a pyrimidinů pro https://thebiologynotes.com/folic-acid-synthesis-inhibito  4. Inhibice funkcí buněčné membrány ATB se váže na lipopolysacharidy a fosfolipidy vnější membrány (G-) Naruší její funkci, unikají esenciální složky buňky a buňka hyne ATB s účinkem tohoto typu působí i na nemnožící se buňky https://journals.asm.org/doi/10.1128/mBio.02776-21  5. Inhibice proteosyntézy ATB působí v různých fázích proteosyntézy na ribozómech (30S nebo 50S podjednotce) Většinou jsou bakteriostatická Př.: Tetracykliny, chloramfenikol, linkozamidy, makrolidy, oxazolidinony, streptograminy Aminoglykozidy působí na několika místech proteosyntézy a jsou baktericidní https://www.biomol.com/resources/biomol-blog/how-do-antibiotics-affect- protein-synthesis  Mechanismy antimikrobiální rezistence Změna cílové struktury 4 1 Genetická modifikace → změna Efluxní pumpy cílového proteinu, na které ATB Aktivní transportní působí mechanismus Změna PBP (penicilin-binding Rezistence: aminoglykosidy, protein) → rezistence k penicilinu tetracykliny, fluorochinolony Metylace r-RNA → rezistence k 2 aminoglykosidům DNA-gyráza (topoizomeráza II) - Degradace nebo modifikace účast v replikaci DNA → rezistence bakteriálními Transferázy → enzymy enzymy rezistence k k fluorochinolonům aminoglykosidům 3 Rezistence: makrolidy, linkosamidy β-laktamázy → kombinace Zhoršení propustnosti pro ATB Inaktivace β-laktamového mechanismů Modifikace nebo absence porinů kruhu rezistence Penicilinázy, Rezistence: aminoglykosidy, karbapenemázy,…. tetracykliny, fluorochinolony → Nejčastější příčina multirezistentní kmeny rezistence na tyto ATB ttps://www.mdpi.com/2227-9059/8/10/405/htm  Kde se vzala antibiotická rezistence? Společné soužití mnoha bakteriálních druhů v prostředí a vzájemná kompetice o živiny → Rezistence k antibiotikům existuje historicky jako přirozená vlastnost bakterií nezávisle na lidské činnosti → Pomocí mechanismů rezistence a produkce antibiotik si bakterie chrání svůj životní prostor v rámci společenství dalších bakterií v určitém prostředí Mutace v genech rezistence/cílových místech ATB následkem selekčního tlaku podávání antibiotik – dochází Antibiotická rezistence – klinické souvislosti → schopnost bakteriální populace přežít účinek definované koncentrace příslušného antibiotika Přirozená - přirozená odolnost bakteriálního (primární) druhu k určitému antibiotiku (př. absence cílové molekuly antibiotika) Získaná (sekundární) - změna z původně citlivé bakterie na rezistentní, následkem evoluce bakteriálního genomu a selekčního tlaku prostředí → získaná rezistence patří v současné době k nejzávažnějším medicínským problémům → významné omezení terapeutických možností  Definice rezistentních bakterií MDR (multidrug- resistant) → získaná rezistence k alespoň jednomu antibiotiku ze třech a více skupin XDR (extensively drug- resistant) → rezistence k alespoň jednomu antibiotiku, zároveň kmen citlivý pouze k jedné nebo dvěma skupinám antibiotik PDR (pandrug- resistant) →rezistentní ke všem antibiotikům všech skupin MDR bakterie nejsou více virulentní, ale obtížněji léčitelné  Selekce rezistentní bakteriální populace ATB zahubí Dochází k Možnost všechny citlivé pomnožení předání bakterie → rezistentních mechanismu rezistentní bakterií rezistence bakterie zůstavají dalším bakteriím Nutnost racionálního přístupu k antibiotické léčbě léčba bakteriálních infekcí dle patogena a jeho citlivosti zvolit ATB s co nejužším spektrem účinku, v dostatečných dávkách, intervalech a adekvátním trváním léčby www.lactonovasport.com/food-nutrition/how-to-reduce-the-spread-of- antibiotic-resistance/  Šíření ATB rezistence Hospodářská Pacient s zvířata virózou antibiotika → antibiotika → rezistentní rezistentní bakterie ve bakterie ve střevě střevě Masné Komunita → šíření produkty rezistentních kmenů Pacient hospitalizován riziko přenosu rezistentních bakterií Hnojivo a voda kontaminované rezistentnímu bakteriemi → Ostatní potravinářské pacienti plodiny přímý přenos rezistentních bakterií, nepřímý Nemocnice přenos např. rukama ošetřujícího Kontaminované personálu Ostatní pacienti plodiny → přenos přenos bakteriální rezistence rezistentních na člověka bakterií cestou kontaminovaných předmětů a Source: http://www.me-med.com and (CDC 2013) povrchů  ATB rezistence Vývoj ATB rezistence u Vývoj nových ATB Enterobacteriaceae ATB rezistence Sara Reardon, Spread of antibiotic-resistance gene does not spell Vývoj nových Zdroje: http://chicago-mosaic.medill.northwestern.edu/ bacterial apocalypse – yet, Natur, 2015 antibiotik antibiotic-resistance-superbugs/, https://www.fda.gov/drugs /new-drugs-fda-cders-new-molecular-entities-and-new-therapeutic-biol ogical-products/novel-drug-approvals-2018 , Andrei S, Valeanu L, Chirvasuta R, Stefan MG. New FDA approved antibacterial drugs: 2015-2107  Antimikrobiální rezistence uvedení Imipenemu uvedení Gentamicin u rezistence uvedení Enterobacteriac Erytromyci eae nu rezistence uvedení Enterococc Levofloxaci us uvedení nu rezistence uvedení Penicilli Staphylococ uvedení nu Ceftarolinu cus Ceftazidim rezistence u Pneumococc us rezistence rezistence rezistence Staphylococ uvedení Pneumococcu rezistence uvedení Staphylococc cus Tetracyclin s Enterobacteriac Linezolidu us u uvedení eae Vankomyci nu rezistence rezistenc Staphylococc e us Shigella rezistence uvedení Methicilli Enterococc nu us rezistence Staphylococ cus 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Antimikrobiální rezistence Jim O'Neill, The Review on Antimicrobial Resistance, May 2015  Důvody ATB rezistence Neopodstatněná preskribce ATB Studie USA: ze 40milionů pacientů, kteří dostali abulantně ATB z důvodu respirační infekce, pouze 13 milionů opodstatněných Nadměrná Non- Nadužívání preskribce compliance ATB ve ATB k léčbě veterinárním průmyslu Nedostatečná Špatná kontrola Nedostatek hygiena a přenosu v nových ATB sanitace nemocnicích Jim O'Neill, The Review on Antimicrobial Resistance, May 2 Šíření ATB rezistence Horizontální – Klonál přenos ní bakteriální DNA Klinicky nejvýznamější mechanismy rezistence  WHO seznam „předních patogenů“ (únor 2017) kupina 1 – priorita: kritická Enterobacterales (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Enterobacter spp., …) – rezistentní ke karbapenemům, ESBL producenti Acinetobacter baumanii – rezistentní ke karbapenemům Pseudomonas aeruginosa – rezistentní ke karbapenemům kupina 2 – priorita: vysoká Enterococcus faecium (VRE) Staphylococcus aureus (MRSA, vankomycin rezistentní) Helicobacter pylori (rezistentní ke klarytromyccinu) Campylobacter spp. (rezistentní k fluorochinolonům) Samonella spp. (rezistentní k fluorochinolonům) Neisseria gonorrhoeae (rezistentní k cefalosporinům, fluorochinolonům) kupina 3 – priorita: střední Streptococcus pneumoniae (resistentní k penicilinu) Haemophilus inflenzae (ampicilin rezistentní) Shigella spp. (rezistentní k fluorochinolonům)  β-laktamázy enzymy způsobující rezistenci k β-laktamovým ATB (př. peniciliny, cefalosporiny, karbapenemy,…) „Penicilinázy“ – př. Staph. aureus, Haemophilus, Neisseria gonorrhoeae Degradují převážně základní peniciliny (benzylpenicilin, ampicilin) Širokospektré betalaktamázy (ESBL – extended spectrum betalactamase) – E.coli, Klebsiella pneumoniae c u a další enterobaktérie e a cefalosporiny všech generací te n Degradují peniciliny základní, širokospektré s re z i s j c í r a ínapř. Enterobacterl e AmpC betalaktamázy rm u – a c t e l a A základní, r o b Degradují peniciliny En t e širokospektré a cefalosporiny 1 -3.generaci Karbapenemázy (CPE – carbapenemase producing Enterobacterales) – degradují různou měrou karbapenemy – např. Klebsiella pneumoniae, Enterobacter. nterobacterales: rezistence k „rezervním“ A ESBL, CPE Kombinac Multirezistent Omezené e ní izoláty terapeutick mechanis mů é možnosti rezistence Epidemiologicky i klinicky nejzávažnější Rezistence k cefalosporinům III. a IV. generace Rezistence ke karbapenemům  MDR Enterobacterales Jedním z největších současných medicínských problémů – rezistence ke karbapenemům (,,antibiotika poslední volby“) Po celé ČR nezřídka identifikovány kmeny rezistentní k většině dostupných antibiotik Vysoké riziko horizontálního přenosu genů rezistence Detekovány i kmeny rezistentní ke všem dostupným antibiotikům Surveillance of antimicrobial resistance in SA - Methicilin rezistentní Staphyococcus au Jeden z předních patogenů nosokomiálních i komunitních infekcí Rezistence k oxacillinu (methicillinu) → rezistence k většině β- laktamovým ATB a často i k dalším ATB skupinám + řada faktorů virulence Rezistence způsobena převážně expresí chromozomálně lokalizovaného mecA/mecC genu SA - Methicilin rezistentní Staphyococcus au PBP PB 2 P2 Peptidoglykan Buněčná stěna Peptidoglykan Plasmatická membrána VRE – Vankomycin rezistentní Enterokoky Enterokoky - součástí přirozené střevní mikroflóry Celosvětově patří mezí přední nosokomiální patogeny Úspěch: časté kolonizace, genová plasticita, perzistence v nemocničním prostředí Infekce typicky u imunosuprimovaných 8 typů získané rezistence ke glykopeptidům (vanA, vanB, vanD, vanE, vanG, vanL, vanM, vanN) , 1 přirozená (vanC) Geny rezistence často lokalizované na mobilních genetických elementech Významné riziko šíření rezistence VRE – Vankomycin rezistentní Enterokoky Inhibice syntézy buněčné stěny Syntéza buněčné stěny vanA Vankomycin Upraveno dle: Murray BE. Vancomycin-resistant enterococcal infections. New England Journal of Medicine.  MRSA versus VRE Počty MRSA v současné době ve V EU v posledních letech patrný většině států EU relativně signifikantní nárůst stabilizovány – účinnost národních doporučení a Enterokoky přirozeně rezistentní guidelines k řadě ATB, další získané rezistence významně ovlivňují Přesto zůstává významným terapeutické možnosti patogenem závažných bakteriálních infekcí s vysokou Snadné šíření v nemocničním morbiditou a mortalitou prostředí Často přítomna rezistence k Enterokoky mimořádně úspěšné v dalším ATB získávání a šíření různých mechanismů rezistence Úspěšné rozšíření do komunity  Antimicrobial stewardship = řízení antibiotické terapie s cílem minimalizovat rozvoj rezistence a zachovat jejich budoucí účinnost Systematické vedení lékařů k dodržování pravidel správné antibiotické preskripce (indikace, optimální výběr, dávkování, trvání antimikrobiální léčby) a její kontrola Cílem tohoto úsilí je: Zabránit nadužívání antibiotik Oddálit nástup rezistence Zvýšit účinnost a bezpečnost léčby Snížit náklady https://www.rqhealth.ca/department/antimicrobial-stewardship-program/what-is-the-antimicrobial-  Antimicrobial stewardship Systémové řešení - komplexní program pro nemocnice Nestačí doporučení, edukace a restrikce; je třeba důsledná kontrola 4D Drug – správná volba Dose – správná dávka Duration – správná délka Deescalation – deeskalace při známém agens a jeho citlivosti  Surveillance rezistence Sledování stavu rezistence u významných patogenů: Komunitní patogeny - původci respiračních infekcí, močových, střevních – pneumokoky, hemofily, E. coli, salmonely, kampylobaktery Původci sepsí – Staphylococcus aureus, E. coli, enterokoky, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa Na úrovni lokální (nemocnice), republikové, evropské Souvislost se spotřebou antibiotik – v ČR data omezeně dostupná Stanovení citlivosti k ATB  Antibiotická rezistence Biologická rezistence - jakákoliv změna citlivosti na antibiotika - infekce způsobené takovými kmeny mohou být v některých situacích daným antibiotikem léčitelné Divoký typ (WT – wild type): – mikroorganizmus je definován jako divoký typ (WT), neobsahuje-li mechanizmy získané nebo mutační rezistence k danému antibiotiku – mikroorganizmus je kategorizován jako divoký typ (WT) použitím příslušného epidemiologického předělu v definovaném fenotypovém testovacím systému Mikrobiologická rezistence (non-WT, NWT): – mikroorganizmus je definován jako NWT, obsahuje-li získané mechanizmy rezistence k danému antibiotiku – mikroorganizmus je kategorizován jako NWT použitím příslušného epidemiologického předělu v definovaném fenotypovém testovacím systému Klinická rezistence - infekce způsobená takovýmto kmenem je daným antibiotikem nezvládnutelná (dochází k terapeutickému selhání léčby)  Klinická citlivost/rezistence Jedná se o interpretaci výsledků testů citlivosti podle tzv. breakpointů Klinický breakpoint je mezinárodními odborníky stanovená koncentrace ATB (mg/L), která definuje zda je daný bakteriální izolát k ATB citlivý či rezistentní zároveň předpovídá, zda můžeme očekávat, že bude léčba konkrétního patogena tímto ATB úspěšná C – Citlivý, standardní dávkovací režim: R – Rezistentní: Mikroorganizmus je Mikroorganizmus je definován jako definován jako citlivý při rezistentní, je-li standardním úroveň aktivity dávkovacím režimu, antimikrobního je-li úroveň aktivity přípravku spojená s antimikrobního vysokou přípravku pravděpodobností podávaného ve selhání léčby i při standardním zvýšené expozici dávkování spojená Klinická citlivost/rezistence Citlivý, zvýšená expozice (I): nová kategorie Mikroorganizmus je definován jako citlivý při zvýšené expozici, je-li úroveň aktivity antimikrobního přípravku spojená s vysokou pravděpodobností léčebného úspěchu pouze při zvýšené expozici přípravku úpravou dávkovacího režimu nebo při koncentrování tohoto přípravku v místě infekce. Dříve označováno jako intermediární  Stanovení citlivosti k ATB Metody fenotypové - Průkaz citlivosti/rezistence bakterie k antibiotikům kvalitativními nebo kvantitantivními metodami - Hodnocení růstu/inhibice bakterie v přítomnosti antibiotika - Další možností je přímý průkaz enzymů inaktivujících antibiotikum nebo použití selektivních půd (obvykle chromogenní půdy) Kvalitativní – disková difúzní metoda Kvantitativní – diluční/mikrotitrační bujónová metoda - E-test Metody genotypové - průkaz genu metodou PCR - Přítomnost genu nemusí automaticky znamenat rezistenci - Např. průkaz mecA genu u MRSA 38 Stanovení citlivosti k ATB – fenotypové metod Kvalitativní Disková difúzní metoda - hodnotí se vznik a velikost zóny inhibice růstu kolem antibiotického disku na půdě polité inokulem testovaného kmene po uplynutí inkubační doby (obvykle 16-24 hodin) - Antibiotické disky obsahují definované množství antibiotika - Pro každé antibiotikum je stanoven tzv. breakpoint (hraniční inhibiční zóna, kdy je kmen ještě považován za citlivý) Stanovení citlivosti k ATB – fenotypové metod Kvalitativní Disková difúzní metoda Escherichia coli – disková citlivost Klebsiella pneumoniae Streptococcus pneumoniae - rezistentní k ampicilinu a ciprofloxacinu– kmen ESBL pozitivní disková citlivost Stanovení citlivosti k ATB – fenotypové metod Kvantitativní - Hodnotí se inhibice růstu v určité koncentraci antibiotika (MIC – minimální inhibiční koncentrace v mg/l) - Pro každé antibiotikum je stanoven tzv. breakpoint (hraniční inhibiční koncentrace, kdy je kmen ještě považován za citlivý), breakpointy jsou stanoveny pro různé skupiny bakterií ve vztahu k antibiotiku. Diluční/mikrotitrační bujónová metoda - antibiotikum ředěné geometrickou řadou v tekuté půdě (komerční sety, analyzátory) Metoda gradientová (E-test) - difúzní na agaru s použitím proužku nasyceném řadou ředění antibiotik (tzv. E-test) Stanovení citlivosti k ATB – fenotypové metod Kvantitativní Diluční/mikrotitrační bujónová metoda Ampicilin 64 mg/l = R Komerční destičky s danými sestavami Gentamicin 0,25 mg/l antibiotik pro určité druhy (např. pro =C enterobaktérie, stafylokoky, enterokoky) Antibiotika ředěná geometrickou řadou 12 antibiotik v 8 koncentracích Inhibice růstu – čirý bujón Odečet první čiré jamky = MIC MIC je porovnána s BP pro daný druh: MIC > BP =R MIC