Kháng sinh_Cơ chế đề kháng

Men β-lactamase ở vi khuẩn Gram [+]ƒ Có thể cảm ứng hay sản xuất liên tục ƒ Không kháng được các cephalosporin thế hệ 2, các β-lactamase inhibitor... • Trước 1960, các β-lactams không tá

Bài giảng vi sinh

Phạm Hùng Vân

KHÁNG SINH

cơ chế đề kháng

Enzyme phá huỷ

kháng sinh Biến đổi cấu trúc đíchđối với kháng sinh

Thay đổi tính thấm

với kháng sinh đường biến dưỡngThay đổi con

Đề kháng bằng tiết men phá huỷ hay biến đổi kháng sinh

Men β-lactamase ở vi khuẩn Gram [+]

Tiết men β-lactamase ra ngoại bào

Chính vì vậy,

vi khuẩn Gram [+] tiết β- lactamse có thể bảo vệ vi khuẩn không tiết β-lactamse đồng nhiễm với nó;

Vd điều trị Penicillin thất bại viêm họng

do liên cầu

Men β-lactamase ở vi khuẩn Gram [+]

ƒ Có thể cảm ứng hay sản xuất liên tục

ƒ Không kháng được các cephalosporin thế

hệ 2, các β-lactamase inhibitor

Men β-lactamase ở vi khuẩn Gram [-]

Vi khuẩn Gram [-]

kháng β-lactam

bằng cách tiết men β-lactamase

vào khoảng giữa

màng ngoài và vách peptidoglycan

Các lớp phân tử β-lactamases

A Bacteroides,

Klebsiella spp., Proteus vulgaris

Staphylococcal penicillinase TEM, SHV penicillinases và các biến thể ESBL của chúng,

CTX-M, PER và GES ESBLs KPC, IMI và SME carbapenemases

C Hầu hết Enterobacteriaceae

cảm ứng & đột biến giải ép

trong Enterobacter spp.,

C freundii, M morganii, Serratia spp., kể cả P

aeruginosa

CMY, LAT, FOX

D Aeromonas spp., lam tràn ở

mức độ vết trong các vi khuẩn không lên men

Các type OXA

Sự tiến hoá của β-lactamases

β-lactams không tác động trên Gram [-]

Ampicillin tác động trên Gram [-]

Cabapenems

• Trước 1960, các β-lactams không tác động đượctrên Gram [-] vì không thấm qua kênh porin màngngoài

• Năm 1961, Ampicillin được sản xuất và có tác

động trên trực khuẩn Gram [-] vì qua được kênhporin màng ngoài Nhưng Ampicillin lại chọn lọc vi khuẩn tiết TEM-1 (đến 1964 thì TEM-1 đã lan tràn

đến 30-60% trong E coli và tỷ lệ nhỏ hơn ở các

loài khác)

• Thập niên 70 và 80, các β-lactams bền với

β-lactamase ra đời (cephalosporin 2nd rồi 3rd,

cephamycins, ức chế β-lactamase, carbapenems)

• Xuất hiện nhanh chóng β-lactamases lớp C cóthể cảm ứng được trên nhiễm sắc thể (AmpC) và kháng cephalosporin 2nd

• Các cephalosporin thế hệ 3 là chất cảm ứng yếucho AmpC và không bị AmpC thuỷ giải nên vẫncòn tác dụng

• Sử dụng cephalosporin 3rd lại chọn lọc các độtbiến AmpC giải ép không cảm ứng (nguy cơ lênđến 20% đối với nhiễm khuẩn huyết do

Enterobacter được điều trị bởi cephalosporin 3rd) tạo ra các β-lactamases kháng được

cephalosporin 3rd

• Đặc điểm các β-lactamase của đột biến AmpC

giải ép là: (1) kháng cephalosporin 3rd, (2) khángβ-lactamase inhibitors, (3) nhạy cephalosporin 4th, (4) nhạy với carbapenems

• Carbapenems gây cảm ứng mạnh cho AmpC

nhưng không bị AmpC phá huỷ và không chọn lọccác đột biến AmpC giải ép không cảm ứng và

cũng không bị β-lactamase AmpC giải ép phá huỷ

• Cephalosporins 3rd tiếp tục chọn lọc vi khuẩn độtbiến gen β-lactamase kinh điển sản xuất β-

lactamase phổ rộng kháng cả cephalosporin 3rd

và 4th

Các lớp ESBL

TEM (A) Các đột biến TEM penicillinase,

nguồn gốc không rõ;

Các thay thế 1–7 amino-acid

Trên 100

SHV (A) Các đột biến SHV penicillinase,

ở K pneumoniae thì xuất phát từ nhiễm sắc

thể; thay thế ≥ 1 amino-acid

Trên 50

CTX-M (A) Ở Kluyvera spp hầu hết hay tất cả các phân

lớp đều xuất phát từ nhiễm sắc thể, rồi được chuyển động nhờ các trình tự chèn

Trên 40, trong 5 phân lớp

OXA-15 (D) Đột biến OXA-2, được biết từ lâu là

penicillinase có nguồn gốc không rõ 1OXA-11, 14,

15, 16, 17 (D) Đột biến OXA-10 (=PSE-2), được biết từ lâu làpenicillinase có nguồn gốc không rõ Trên 5

ESBL – Nguồn gốc

(1) Gene trên plasmid, đột biến từ các gen sản

xuất β-lactamase kinh điển (TEM-1, SHV-1 )

(2) Còn nhạy với các β-lactamase inhibitors như

clavulanic acid, tazobactam

ESBL – Kháng 3 rd cephalosporin

ESBL – Kháng 3 rd và 4 th

cephalosporin trong điều trị

(1) In – vitro có chủng sản xuất ESBL còn nhạy

với một 3rd hay 4th cephalosporin nào đó

(2) Trong thực tế điều trị, hầu như thất bại khi

dùng 3rd hay 4th cephalosporin dù in – vitro cho kết quả nhạy cảm

ESBL – Các kháng sinh khác

(1) Nhạy với carbapenems, cephamicins,

temocillin (cấu trúc gần giống nhau)

(2) Đi kèm với kháng Fluoroquinolones,

aminoglycosides và các kháng sinh khác

Bản chất của ESBL

(1) Gene trên plasmid, đột biến từ các gen sản

xuất β-lactamase kinh điển (TEM-1, SHV-1 )

(2) Do cephalosporins 3rd cảm ứng sản xuất ra

(3) Kháng tất cả β-lactams kể cả cephalosporin

3rd và 4th, aztreonam

(4) Đi kèm với kháng Fluoroquinolones,

aminoglycosides và các kgáng sinh khác

(5) Còn nhạy với β-lactamase inhibitor

(6) Nhạy với carbapenems, cephamicins,

temocillin (cấu trúc gần giống nhau)

β-lactamase inhibitors (1)

9 Clavulanic acid, tazobactam, và

sulbactam Sulbactam là yếu hơn hai loại trên

9 Tất cả đều ức chế được β-lactamase của

vi khuẩn Gram [+].

9 Có hiệu quả thay đổi trên các β-lactamase

của vi khuẩn Gram [-] Có thể ức chế được ESBL, nhưng có một số ESBL kháng được

β-lactamase inhibitors (2)

Clavulanic acid

™ Kháng aminoglycoside bằng phosphorylation,

acetylation, adenylation

Streptomycin và kanamycin không còn tác dụng trên

VK Gram [-] vì sự đề kháng này

Trên các vi khuẩn, Amikacin là aminoglycoside

kháng được cơ chế này Tuy nhiên P aeruginosa

vẫn có thể kháng được amikacin bằng cơ chế trên.

™ Kháng Chloramphenicol bằng acetyl

transferase Kháng Erythromycin và kháng

Tetracycline vẫn có cơ chế của men biến đổi kháng sinh

Tác động của men biến đổi aminoglycosides

Đề kháng bằng biến đổi

cấu trúc đích đối với kháng sinh

‰ Có thể tạo nên ra kháng thuốc 1 cấp nếu chỉ có 1 gen chịu trách nhiệm

Staphylococci kháng methicillin chịu trách nhiệm

do gen MecA, do vậy đã kháng Methicillin là

kháng các β-lactam khác, và kháng cả β-lactam+ β-lactamase inhibitor

‰ Có thể tạo ra kháng thuốc nhiều cấp nếu có nhiều gen chịu trách nhiệm.

S pneumoniae kháng penicillin là đề kháng nhiều

cấp: kháng thấp (PISP), khánng cao (PRSP) Vẫncó thể dùng PNC liều cao để điều trị các trườnghợp nhiễm PISP nhẹ

Đề kháng bằng thay đổi

đường biến dưỡng

• Đề kháng sulfonamides và trimethoprim

• Vd: Enterococci kháng bactrim bằng sử dụng

được folic acid chứ không cần tổng hợp folic acid

Đề kháng bằng ngăn vận

chuyển kháng sinh qua màng

Vi khuẩn Gram [-] kháng β-lactam bằng cách tiết

men β-lactamase vào khoảng giữa màng ngoài và

vách peptidoglycan, chính vì vậy một

cơ chế đề kháng β-lactam rất quan trọng là cơ chế ngăn cản β-lactam thấm vào trong tế bào

Chính vì vậy, methicillin không có tác dụng trên vi khuẩn Gram [-]; mezlocillin, piperacillin, và cefoperazone có các chuỗi bên là chất béo

đi qua màng ngoài kém; trái lại imipenem có cấu trúc switterion

đi qua kênh porin rất dễ Giải thích được tại

sao E cloaceae vẫn

nhạy với imipenem trong khi đã kháng 3 rd

cephalosporin

Kênh porin trên màng ngoài ngăn cản

các β-lactam kỵ nước (negative charge),

cho các β-lactam ái nước (switterion) đi

qua dễ dàng

Mong ước các nhà dược học:

Tìm được kháng sinh vào được tế bào vi khuẩn

qua xa lộ vận

chuyển các

phân tử lớn như vitamin

Đề kháng

bằng tăng

vận chuyển kháng sinh ra khỏi tế bào

Cơ chế đề kháng này còn thấy trên macrolides,

Staphylococci kháng

quinolones Trên P aeruginosa, đột biến tăng sản xuất OprK, một loại protein màng ngoài sẽ làm tăng thải và đề kháng nhiều kháng sinh

(ciprofloxacin, nalidixic acid, tetracycline, và chloramphenicol)

Đề kháng tetracycline bằng tăng

vận chuyển kháng sinh ra khỏi tế

bào, khiến tetracycline không còn

đủ trong tế bào để tác dụng trên

ribosome

Bơm đẩy kháng sinh ra ngoài

một cơ chế giúp P aeruginosa và Acinetobater kháng nhiều kháng sinh

Các đề kháng chủ yếu và

thường gặp

Cơ chế kháng Kháng sinh Ví dụ

cephalosporinases, carbapenases

Aminoglycosides Aminoglycoside-modifying enzymes

của VK Gram [-] và Gram [+]

Thay đổi

cấu trúc đích β-lactams Thay đổi penicillin binding proteins của VK Gram [-] và Gram [+]

Tetracyclines, erythromycin, aminoglycosidesThay đổi cấu trúc ribosomeQuinolones Thay đổi DNA gyrase

Sulfonamides, trimethoprim Thay đổi enzyme

Thay đổi

sự vận chuyển

kháng sinh

β-lactams Thay đổi porins của VK Gram [-],

giảm kháng sinh đi vào tế bào

Aminoglycosides Giảm lực di chuyển proton,

giảm kháng sinh đi vào tế bào

Tetracyclines, Erythromycin Tăng thải kháng sinh khỏi tế bào

Vi khuẩn Kháng sinh Cơ chế kháng

thường gặp Cơ chế kháng khác

Staphylococci Penicillin Penicillinase Biến đổi PBP

Pase R penicillin Biến đổi PBP Biến đổi PBP, tăng sản xúât

PNCase, methicillinase Quinolone Tăng thải, biến đổi DNA

gyrase Giảm thấmErythromycin Biến đổi ribosome đích Tăng thải

S pneumoniae β-lactams Biến đổi PBP

Erythromycin Biến đổi ribosome đích

Enterococcus β-lactams Biến đổi PBP β-lactamase

Aminoglycosides Mức thấp: giảm thấm

Mức cao: Men biến đổi KS

Biến đổi ribosome đích

Glycopeptides Biến đổi protein gắn

H influenzae β-lactams β-lactamase Biến đổi PBP

Chloramphenicol Acetyl transferase Biến đổi vận chuyển màng

N gonorrhoeae Penicillin Penicillinase Biến đổi PBP

Vi khuẩn Kháng sinh Cơ chế kháng

thường gặp Cơ chế kháng khácEnterobacteriaceae β-lactams Biến đổi porin, β-

lactamase Biến đổi PBP, giảm proton motive force, ESBL Aminoglycosides Giảm thấm, biến đổi

porin, men biến đổi KS Quinolones Biến đổi DNA gyrase Biến đổi vận chuyển qua

màng ngoài Tetracyclines Tăng thải

Bactrim Biến đổi enzyme đích

Pseudomonas β-lactams Giảm thấm, biến đổi

porin, β-lactamase Biến đổi PBP, giảm proton motive force, ESBL Aminoglycosides Giảm thấm, biến đổi

porin, men biến đổi KS Quinolones Biến đổi DNA gyrase

Nguồn gốc đề kháng

NHIEÃM SAÉC THEÅ

PLASMID

Bacteria can communicate with members of

both their species and others thereby allowing them to coordinate their activities

Science May 1999, 284: 1302

Cơ chế chuyển thể

d e

f

d e

f

A B

Các mảnh DNA

từ tế bào cho

Tế bào nhận

Sự chuyển nạp (transduction)

Phage bám vào vi khuẩn

và bôm phage DNA vào vk tạo nhiều phage DNA mớiPhage DNA tự nhân đôi

Phage bám vào vk nhận và bôm DNA vk cho vào vk nhận

Gen từ DNA vi khuẩn cho

tái tổ hợp vào vi khuẩn nhận

Một số phage chèn DNA vk

Phage DNA mặc áo tạo nhiều phage mới

Một số phage chỉ có DNA vk

Sự giao phối (conjugation) truyền gen kháng KS trên plasmid hay trên NST

DNA vừa truyền vừa nhân đôi (transfer replicon)

Cơ chế phân tử của sự tích hợp nhiều gen

kháng thuốc

vào plasmid, tạo nên các

plasmide kháng

đa kháng sinh

Sự điều hoà gen đề kháng kháng sinh

Sự hiện diện của kháng

sinh cảm ứng xuất hiện sự đề kháng

Sự điều hòa gen đề kháng tetracycline

Sự điều hòa

gen đề kháng erythromycin

Nguồn gốc gen đề kháng kháng sinh

¾ Xuất phát từ các vi sinh vật sản xuất

kháng sinh để bảo vệ chúng khỏi kháng sinh mà chúng sản xuất

¾ Xuất phát tự nhiên từ các gen giữ nhà

(housekeeping genes)

“The greatest danger [is] that people will consume antibiotics too often at too low

of doses so that instead of eradicating

the microbes, a host of antibiotic-fast organisms will be bred-out; and we will no

longer be able to treat septicemia and

pneumonia with penicillin”

Alexander Fleming In: LevyS The Antibiotic Paradox New-York Times, 1945

Sử dụng kháng sinh không hợp lý là

lý do đưa đến đề kháng kháng sinh