Mecanismo de Resistencia a Los Antimicrobianos

7/24/2019 Mecanismo de Resistencia a Los Antimicrobianos

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Enfermedades Infecciosas y Microbiologa, vol. 29, nm. 2, abril-junio 200970

ENF INF MICROBIOL 2009 29 (2): 70-76

Fecha de aceptacin: enero 2009

Mecanismo de resistencia aantimicrobianos en bacterias

Gerardo Becerra,*Arturo Plascencia,**Antonio Luvanos,**Miguel Domnguez,*Ivn Hernndez*

Antimicrobial resistance mechanism in

bacteria

Resumen

La resistencia a antimicrobianos es un problema de salud pblica. Los mecanismos pueden ser in-trnsecos o adaptativos. Los primeros pueden capacitar a la bacteria para que produzca enzimas quedestruyan al frmaco antibacteriano, expresar sistemas effluxde excrecin que eviten que el frmacoalcance su blanco intracelular, modificar el sitio blanco del antimicrobiano o generar una va metablicaalterna que evite la accin del frmaco. Entre los mecanismos adaptativos, encontramos las adaptacio-nes fenotpicas, sea por el estado metablico de la bacteria, o por ser secundaria a su capacidad de

producir biopelculas. En esta revisin, mencionamos los principales mecanismos relacionados con laresistencia a antimicrobianos.Palabras clave:resistencia a antimicrobianos, biopelculas, sistemas de excrecin efflux

Abstract

Antimicrobial resistance is a problem in public health. The mechanisms may be intrinsical or adap-tive. The adaptive mechanisms could give to the bacteria an ability to destroy the antibacterial drug,to express the effluxsystem that excrete the drug so that cannot get the intracellular target, or somebacteria could generate a metabolic via that protect them with the active drug. The adaptive mechanismmay shown the phenotypic adaptations that involve the metabolic state of the bacteria and their ability

to produce biofilms. In this review we mentium the principals mechanisms related to the resistance toantibiotics.Keywords:antimicrobial resistance, efflux system, biofilms

*Departamento de Microbiologa y Patologa, CUCS, U de G.; **Servicio de Infectologa y Pediatra, Hospital Civil de GuadalajaraFray Antonio Alcalde

Introduccin

Para la dcada de 1950, con la aparicin de una gamaimportante de antimicrobianos, se pensaba que vir-tualmente todas las infecciones bacterianas eran tra-

tables con xito. Poco tiempo despus el mundo sevio obligado a abandonar esa idea, debido a la apari-cin de resistencias a antibiticos de patgenos talescomo Staphylococcusaureus, Streptococcus pneu-moniae, Pseudomonas aeruginosa yMicobacteriumtuberculosis. Muchos han sido los factores que hancontribuido al incremento de cepas multiresistentesa antibiticos, como su uso inadecuado, migracinnacional e internacional que facilita la diseminacin,

aglomeraciones de personas, entre otros.Paradjicamente, al aumentar las bacterias resistentes,tambin lo ha hecho el conocimiento de los mecanis-

mos moleculares de resistencia antimicrobiana, porlo que se detectan nuevos blancos teraputicos y segeneran pocos frmacos nuevos.Las bacterias pueden ser resistentes intrnsecamen-te a uno o ms agentes antimicrobianos, puedenadquirir la resistencia por mutaciones de novoo porgenes de resistencia de otros organismos, as comopor adaptaciones metablicas al frmaco.


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Resistencia intrnseca

La adquisicin de material gentico por las bacteriassusceptibles a antimicrobianos de bacterias con re-sistencia ocurre a travs de conjugacin, transforma-cin o transduccin con transposones que a menu-

do facilitan la incorporacin de genes de resistenciamltiple al genoma o plsmido. El uso de agentesantimicrobianos tambin crea una presin selectivapara el surgimiento de cepas resistentes.1

S. aureuses un ejemplo claro de esta situacin. En laera previa a los antibiticos, la mortalidad de pacien-tes era del 80% al 70%, y para la dcada de 1940,con la llegada de la penicilina, el pronstico de lospacientes con infecciones estafiloccicas era muyalentador. Sin embargo, ya desde 1942 se identifi-caron cepas resistentes, primero en los hospitales y

despus en la comunidad.2

Para la dcada de 1960,ms del 80% de los estafilococos aislados eran re-sistentes a la penicilina. La resistencia a la penicilinaest mediada por el gen blaZ, cuyo producto es la-lactamasa, que hidroliza el anillo -lactmico de lapenicilina y lo inactiva (Figura 1).2

Figura 1

un elemento gentico mvil encontrado en todas lascepas resistentes a la meticilina.4 Con este mismocomportamiento, se generaron cepas resistentes a lasquinolonas, aminoglucsidos y cefalosporinas, con la

identificacin de los genes responsables en cada ca-so.5Con la llegada de la vancomicina, las cepas MRSAse trataban con xito y el uso de este frmaco se incre-ment para tratar infecciones estafiloccicas resisten-tes a la meticilina, Clostridium difficiley enterococos,pero con el tiempo aparecieron cepas resistentes a lavancomicina.6Para 1997 se reportaron cepas con unaresistencia intermedia a vancomicina; y para 2002,cepas con resistencia completa a la vancomicina. Es-ta resistencia se debe al producto del operon vanA,adquirido por conjugacin conEnterococcus faecalis.7En este panorama,S. aureusrepresenta un riesgo muygrave, tanto hospitalario como comunitario. La morta-

lidad por una bacteriemia causada porS. aureusva del20% al 40%, a pesar de la gran disponibilidad actual deantibiticos, y se incrementa proporcionalmente consu patrn de resistencia.

E. aureusno es la nica bacteria con este comporta-miento, sino slo un modelo ejemplar. Los microorga-nismosP. aeruginosa,M. tuberculosis,S. pneumoniae,S. epidermidis, E. coli yK. neumoniaede igual manera,a lo largo de la historia, han mostrado adaptaciones amuchos de los antibiticos actualmente disponiblesy se han identificado los genes responsables en cadaadaptacin. En estos casos, podemos mencionar al

grupo de genes Bla, que produce las resistencias abeta-lactmicos de espectro ampliado y cefalospori-nas, los erm A, B y C para macrlidos, mecA meti-cilina, etc.8,9,10Todos estos microorganismos causanms del 60% de las infecciones hospitalarias y unporcentaje considerable de las comunitarias.

Debido a esto, la Organizacin Mundial de la Salud(OMS) puso en marcha programas mundiales de vi-gilancia epidemiolgica de genes de resistencia. En1993, dio comienzo el programa para la vigilancia degenes de resistencia a tuberculosis, lo cual permitirestrategias de tratamiento ms racionales.11

Multirresistencia (MR) mediada porbombas de excrecinefux

Otro mecanismo de resistencia importante es evitarque el antibitico se incorpore a la clula bacterianay lo exporte activamente al medio extracelular, sinpermitir el alcance de la molcula diana por el frma-co (bombeo de excrecin efflux[BE]).

La resistencia a la penicilina est mediada por el gen blaZ quecodifica para una -lactamasa, con el control del antirrepresorBlaR1 y el represor BlaI. En presencia de penicilina, estimula unaautofragmentacin de BlaR1 que fragmenta secuencialmentea BlaI y permite as la expresin del gen blaZ, cuyo productohidroliza a la penicilina para producir cido peniciloico inactivo.5

En este contexto surge la meticilina, la primera peni-cilina semisinttica resistente a la -lactamasa, perorpidamente se reportaron cepas resistentes a lameticilina (MRSA).3 El gen mecA es el responsablede la resistencia a la meticilina, que forma parte de

blaZ blaR1

BlaR1

blaR2

Ruptura

Inactivacin

R R RS SS

O OOO O OOH OH OH OH

CH2

CH2 CH2

CH3 CH3 CH3HN

cido penicilinoico Medio extracelularPenicilina

blal

BlAl activo

BlAl activo

Medio intracelular

BlAl activo

MECANISMO DE RESISTENCIA A ANTIMICROBIANOS EN BACTERIAS


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Los genes y protenas de las BE estn presentes entodos los organismos. En las bacterias, los genesque codifican las bombas efflux se localizan en elcromosoma o los plsmidos.

Figura 2

Figura 3

Bombas de excrecin en Gram negativas. stas poseenlas familias RND, ABC y MFS, adems de presentar com-ponentes protenicos accesorios en la membrana externa,denominados TolC P. Se mencionan los frmacos.

Existen cinco superfamilias de protenas de BE: 1) fa-milia de casete de unin al ATP (ABC, por sus siglasen ingls, ATPbindingcassette); 2) superfamilia delfacilitador mayor (MFS,majorfacilitatorsuperfamily);3) familia de extrusin de multifrmacos y txicos(MATE, multidrugand toxic-compound extrusion);4) familia de resistencia pequea a multifrmacos(SMR,smallmultidrugresistance); y 5) familia de re-sistencia a divisin por nodulacin (RND,resistancenodulationdivision) (Figuras 2 y 3).

Un solo organismo puede expresar ms de una fami-lia de BE. En el caso deP. aeruginosa y E. coli,pue-den expresar ms de un tipo de BE de la familia RND,las cuales se expresan por bacterias Gram negativasy se relacionan con multirresistencias clnicamentesignificativas.12

Numerosos frmacos

AcriflavinaBenzalkoniumClohexidinaPentamidina

SuperfamiliaABC

Familia

SMR

Familia mate

AcriflavinaBenzakonium

Cetrimida

AminogluccidosFluoroquinolonas

Frmacos catinicos

MFS

CITOPLASMA

ATP

LmrA

QacA

NorM

QacC

ADP

H+

H+

Na(H+)

Representacin de las bombas de excrecin (efflux) en bac-terias Gram positivas. Existen cinco familias de bombas deexcrecin multirresistentes a frmacos: la superfamilia casetede unin a ATP (ABC), la superfamilia del mximo facilitador(MFS), la familia de extrusin de de compuestos txicos y mul-tifrmacos (MATE), la familia de resistencia de bajo espectro(SMR) y la familia de resistencia divisin nodular (RND). Lasbacterias Gram positivas poseen las bombas de las familiasABC, MFS, MATE y SMR. En el esquema, se mencionan losfrmacos ms afectados por estas bombas de excrecin.13

En bacterias Gram negativas, TolC puede funcionarcomo el canal proteico para las diferentes BE miem-bros de la familia RND, tambin pueden interactuarcon transportadores MFS y la superfamilia ABC.13

Algunos agentes antibacterianos no son tiles parael tratamiento de infecciones por algunas bacteriasGram negativas, pues stas tienen resistencia intrn-seca a estos agentes. Tal resistencia se atribuy alprincipio a la deficiente permeabilidad de la membra-na bacteriana a la droga, lo cual ya se ha reportado eindica que la resistencia intrnseca deP. aeruginosaavarios antibiticos se debe a BE.12

La BE es el mecanismo de sospecha de la resistenciaantimicrobiana cuando se incrementa la concentra-cin mnima inhibitoria (CMI) de tres o ms antibi-ticos para una bacteria en particular, en comparacincon la CMI de estos antibiticos frente a la cepa na-

Numerososfrmacos

SuperfamiliaABC

Membranaexterna

Membranainterna

Macrlidos

MFS

EmrAEmrB

MacB

AcrB

EmrA

MacA

MacA

AcrA

AcrA

Familia RND

cidonalixdico

Novomicina

H+

H+

H+

Becerra y cols.


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tiva. La CMI de estos agentes antimicrobianos paraBE mutante puede ser de dos a ocho veces ms altaque la CMI de estos agentes para la cepa susceptible.Cuando el CMI se incrementa ms de 100 veces, porlo general se asocia con cualquier expresin de enzi-mas que inactive agentes antimicrobianos.

Los sustratos de BE bacterianos especficos han si-do detallados por Poole.13,14

Relevancia clnica de bacterias Gram

negativas y BE

Para las bacterias Gram negativas se expresan sobretodo BE del tipo RND, mientras las comunes paraGram positivas son las MFS (Figuras 2 y 3).

En los seres humanos, P. aeruginosa causa variasinfecciones oportunistas, como en la piel y en tejido

blando en pacientes con quemaduras, y neumonaen individuos con fibrosis qustica. La P. aerugino-saposee bombas de la familia RND MexAB-OprM,MexXY-OprM, MexCD-OprJ y MexEF-OprN, cadauna de las cuales puede exportar varios tipos deantibiticos, como cloranfenicol, fluoroquinolonasy tetraciclinas, aunque no todos los sistemas Mexse expresan constitutivamente.13 Estas BE, ade-ms, exportan otras sustancias, como acriflavina,bromuro de etidio y algunos solventes orgnicos.15La sobreexpresin de BE Mex se ha asociado conniveles relevantes de MR en aislados clnicos deP.aeruginosa.16,17,18

Los perfiles de frmacos sustrato de las BE de E.coliAcrAB-TolC (familia RND) son los antibiticos clo-ranfenicol, fluoroquinolonas, antibiticos lipoflicos,-lactmicos, cido nalidxico, novobiocina, rifampi-cina y tetraciclina, as como acriflavina, bromuro deetidio, sales biliares, cidos carboxlicos de cadenacorta, SDS, tritn X-100 y triclosn.19-21 A pesar dehaber aislado otras BE, slo AcrAB-tolC se ha encon-trado sobreexpresado en aislados clnicos.22-24

El sistema ACrAB-Tolc encontrado enSalmonellaes

muy similar a E. coli,y su sustrato incluye los anti-biticos cloranfenicol, quinolonas y tetraciclinas, ascomo acriflavina, bromuro de etidio, sales biliares,SDS, tritn X, cetrimida y triclosn.25-27

En el caso deN. gonorrhoeae,el sustrato de su BE,MtrCDE (familia RND), incluye penicilinas.28La expre-sin de esta BE es insuficiente para conferir nivelesde resistencia clnicamente relevantes. En lneas celu-lares resistentes a la penicilina deN. gonorrhoeae,lasobreexpresin de MtrCDE ocurre concomitantemen-

te con otros mecanismos de resistencia a antibiti-cos -lactmicos, como la restriccin de protenasformadoras de poros de membrana externa (como lascodificadas por penB) y alteraciones en la protenasde unin a penicilina.28

Relevancia clnica de bacterias Grampositivas y BE

Entre las bacterias Gram positivas que expresan BEclnicamente relevantes se encuentranS. aureus yS.pneumoniae. La sobreexpresin de BE NorA (familiaMFS) enS. aureusconfiere resistencia a cloranfenicoly fluoroquinolonas, as como pigmentos y biocidas,como cetrimida.29-33De los antibiticos utilizados parael tratamiento deS. aureussusceptibles y resistentesa meticilina, slo fluoroquinolonas y ciplofloxacinason sustratos de Nor A. Varios estudios han encon-trado cepas aisladas resistentes a la fluoroquinolona

y norfloxacina sobreexpresada NorA.32,34,35

S. pneumoniaecausa neumona, bronquitis y menin-gitis, y algunas infecciones pueden ser fatales en lapoblacin joven. El tratamiento implica las adminis-tracin de antibiticos -lactmicos, fluoroquinolo-nas o macrlidos. La BE PmrA (familia MFS) de S.pneumoniae exporta fluoroquinolonas, ciplofloxacinay norfloxacina, as como tambin pigmento-acriflavi-na y bromuro de etidio.36Adems de las BE MFS,S.pneumoniaeexpresa otras de la familia ABC, comoMel, y ambos pueden conferir resistencia a macrli-dos, problema de preocupacin mundial.37

Resistencia adaptativa aantibiticos

En contraste con la resistencia intrnseca que resul-ta de mutaciones de genes propios de la bacteria oadquiridos de manera externa, la adaptativa es sobretodo fenotpica, aunque algunos factores genticospredisponen al microorganismo a activar este meca-nismo. En esta seccin mencionaremos los meca-

nismos por los cuales las poblaciones de bacteriaso fracciones de estas poblaciones genticamentehomogneas y ordinariamente susceptibles llegan aser resistentes a antibiticos.

Indiferencia al frmaco

Las bacterias que no se estn dividiendo no son elimi-nadas por los frmacos. Este fenmeno, que Walsh



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McDermott denomin indiferencia al frmaco, no selimita a la familia de antibiticos -lactmicos.38-40Lasbacterias que no se dividen, y/o no tienen suficientesnutrientes para un metabolismo activo, son parcial ocompletamente resistentes a antibiticos bactericidas.

Este efecto resistente no-replicante, en subpobla-ciones genticamente susceptibles de bacteriasa tratamiento con antibiticos, es particularmentebien conocido para el tratamiento de infecciones conMycobacterium tuberculosis.41,42

Esta latencia es la razn primaria para la larga dura-cin de la quimioterapia contra tuberculosis, lo que seconoce como curso corto. Las poblaciones residualesy latentes de bacterias sin divisin pueden contribuira recadas tras la suspensin del tratamiento antibiti-co para infecciones micobacterianas, estafiloccicas yotras.43,44

Persistencia

Es conocido que los antibiticos bactericidas no eli-minan todas las bacterias aun en crecimiento activo.45Conforme pasa el tiempo, el rango de eliminacindeclina en fraccin sustancial de la poblacin bacte-riana que sobrevive al encuentro con ese frmaco.Este fenmeno se denomina persistencia bacteriana,resistencia adaptativa o tolerancia fenotpica.45,46,47

La razn por la cual la subpoblacin persistente puedesobrevivir a la exposicin de antibiticos parece la mis-ma condicin que la poblacin a la cual le es indiferenteel frmaco: las clulas bacterianas no estaban en repli-cacin al momento de su exposicin al frmaco.

Se han propuesto varios mecanismos para explicarpor qu deja de replicarse un subconjunto de bac-terias (SOS systems) y as adopta el fenotipo deresistencia.48Otro mecanismo sera que, durante elcurso de crecimiento, las poblaciones bacterianas

incluyesen clulas en proceso de reparacin de suADN y no se estuviesen dividiendo, lo que generaraun fenotipo resistente.49

Biopelculas

Aunque los genes de resistencia y sus productosson los principales mecanismos de resistencia a an-

tibiticos, existen otros menos explorados, como elrelacionado con la produccin de biopelculas. Lasbiopelculas son agregados adherentes que se for-man en superficies biticas o abiticas.50Se ha de-mostrado que las cepas que producen biopelculasson significativamente ms resistentes a antibiticos

y agresores antimicrobianos, incluso con respuestadel hospedero.51,52

Esta forma de crecimiento bacteriano contiene clu-las genticamente sensibles, refractarias a muchosantibiticos, pero no a todos.53,54Se han propuestotres mecanismos por los cuales las biopelculas con-tribuyen a la resistencia.

Primero, se postulado que las clulas bacterianas en-cajadas en matrices de polisacridos que constituyenla biopelcula son menos accesibles a la difusin delantibitico.55La segunda razn es que se trata de unaforma de indiferencia el frmaco a causa de los nutrien-tes y otros limitantes, pues muchas clulas bacterianasdentro de la biopelcula no se replican ni metabolizan losuficiente para que el antibitico funcione de maneraeficaz.56,57 La tercera hiptesis, y actualmente la msapoyada, es que las bacterias dentro de las biopelculasse diferencian a estados refractarios a los antibiticos;es decir, una combinacin de indiferencia y persisten-cia, factores ya comentados.58

Esto debe considerarse en el tratamiento. Por ejem-plo,P. aeruginosaproduce biopelculas donde los an-

tibiticos, como las fluoroquinolonas, penetran msfcil en comparacin con los aminoglucsidos, puesstos se unen a polmeros como el alginato,59ade-ms de considerar interacciones muy importantes,como la de los aminoglucsidos como inductores dela formacin de biopelculas en cepas deP. aerugino-sa yE. coli,lo que exacerba la resistencia.60

Conclusiones

La resistencia a los antibiticos es una causa impor-tante de la prolongacin de la estancia hospitalaria,al fracasar la terapia inicial antimicrobiana, lo queeleva el costo de hospitalizacin. El conocimiento delos mecanismos de resistencia permitir una terapiaantimicrobiana racional y dirigida, adems de ayudaral diseo de nuevos frmacos. La resistencia no sloes intrnseca, sino tambin adaptativa, situacin quehay que tomar en cuenta para establecer regmenesadecuados de tratamiento.

Becerra y cols.


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Mecanismo de Resistencia a Los Antimicrobianos