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MECANISMOS DE RESISTENCIA BACTERIANA A LOS ANTIMICROBIANOS
Ac. Dr. Christian TRIGOSO AGUDO INTRODUCCION La enorme versatilidad y adaptabilidad de los microorganismos ha impedido que podamos contar con los antimicrobianos de manera continua y permanente dado que sí hay un modelo en el que se puede evidenciar la capacidad evolutiva de una especie biológica es sin duda el fenómeno de la resistencia a los antimicrobianos, toda vez que aumentamos la presión selectiva por el excesivo y a veces mal uso de estas moléculas. Tras el optimismo inicial que acompañó a los éxitos de la introducción de las sulfamidas y penicilinas (décadas de los 40 y 50 del siglo pasado), se constató igualmente el surgimiento de resistencias bacterianas a estas drogas. Si bien los antimicrobianos han sido útiles en las grandes epidemias bacterianas del pasado, las enfermedades infecciosas siguen con nosotros, constituyendo un serio problema debido a la emergencia de cepas refractarias a estas drogas. Luego de 6 años de haber introducido la penicilina G, la frecuencia de cepas de Staphylococcus aureus resistentes a la penicilina en los hospitales ingleses pasó de menos del 10% a un 60%. Hoy por hoy, sabemos que casi han alcanzado el 100% en todo el orbe. DEFINICIÓN RESISTENCIA.- Aquel potencial proceso por el cual las bacterias no se inhiben o no se destruyen en su interacción con los antimicrobianos a partir de su correspondiente dosificación y luego de su concentración fisiológica en el organismo. Y obedece al establecimiento de por lo menos un mecanismo de resistencia, generado cromosómica o extra cromosómicamente. BASES GENÉTICAS DE LA RESISTENCIA Estos mecanismos de resistencia pueden ser adquiridos a través de un origen cromosómico , en este caso se pueden producir las siguientes posibilidades:
- Mutaciones para el sitio bacteriano de acción de los antimicrobianos.
- Modificaciones en la regulación genética por mutaciones y que originan: a. Hiperproducción de Beta lactamasas.
b. Manejo óptimo de bombas de eflujo. La otra opción es que se originen a nivel extra cromosomal:
- Por plásmidos que codifican genes de resistencia y que se transmiten vertical y horizontalmente, fundamentalmente por conjugación.
- Por transposones que se viabilizan desde los plásmidos hacia el genoma central y viceversa, pudiendo observarse también el “desprendimiento” de estas secuencias genéticas y su movilidad en zonas genéticas del genoma central bacteriano.
- Por integrones que están formados por un fragmento que codifica una integrasa y otras secuencias, a las que se unen los genes en casetes que codifican diferentes mecanismos de resistencia. Los integrones en la actualidad se prefiere clasificarlos según su localización. Se habla, en general, de "integrones móviles" para referirse a aquellos asociados a secuencias de inserción, transposones y/o plásmidos conjugativos, los que en su mayoría median mecanismos de resistencia, y de "superintegrones", de localización cromosómica y con grandes arreglos de genes en casetes. SELECCION DE MUTANTES RESISTENTES Las mutaciones son espontáneas cuando ocurren sin intervención de procedimientos mutagénicos experimentales. Las mutaciones bacterianas espontáneas son al azar, y afectan a un gen cualquiera con frecuencias dentro del rango de 10--^5 a 10--^7 por célula y división. Queda claro que cuando se inicia un proceso de resistencia y éste se disemina, básicamente se debe al hecho de que la presión selectiva al utilizar un antimicrobiano simplemente selecciona a los mutantes resistentes que espontáneamente surgieron en ese clon. Esta es precisamente la base genética del surgimiento de cepas patógenas resistentes a antibióticos, es decir que el fármaco inhibe o mata las bacterias silvestres sensibles, pero no afecta a las pocas células bacterianas que por mutación espontánea hayan adquirido un alelo resistente; estas bacterias se multiplican, de modo que al final son las prevalentes. Las secuencias genéticas pueden pasar de bacteria a bacteria por conjugación , por transducción o por transformación ; en todo caso los plásmidos siguen manteniendo un lugar importante en la localización de secuencias que codifican genes de resistencia precisamente estas secuencias son denominadas Factores R. Características de los plásmidos R :
- Los plásmidos R han evolucionado en respuesta a presiones selectivas ambientales (antibióticos usados por los humanos o inhibidores presentes en los medios naturales de las bacterias).
- Son capaces de conferir varias resistencias simultáneamente a las bacterias que los adquieran.
4. Bombas de eflujo Estos dispositivos que se hallan normalmente en las paredes bacterianas y sirven para expulsar aquellos metabolitos innecesarios en la economía bacteriana. Nuevamente por mutaciones en el genoma y también por mutaciones en secuencias plasmídicas mejoran su actividad y a partir de este momento se convierten en un mecanismo por demás eficiente para eliminar antimicrobianos a través de proteínas de unión, y transportadoras que en el espesor de la pared bacteriana reorientan a estas moléculas y las redirigen hacia canales de salida expulsándoles con gasto de energía. Este mecanismo se estudió en detalle en relación a la tetraciclina, ya que el efecto inhibidor de estas moléculas depende de la acumulación activa de este tipo de antibióticos en las bacterias. Algunos plásmidos R poseen transposones (como el Tn 10 o el Tn 1721 ) que codifican un sistema para "bombear" tetraciclina desde el interior bacteriano hacia el exterior, en contra del gradiente de concentración. Hoy por hoy se ha visto que trabaja perfectamente prácticamente contra cualquier tipo de antimicrobiano. 5. Alteración del mecanismo de transporte del antibiótico Cuando el antimicrobiano accede al interior bacteriano por algún mecanismo de transporte específico, una mutación que afecte a dicho sistema de transporte supondrá una mayor resistencia a estas moléculas. Por ejemplo, en E. coli la cicloserina entra aprovechando el sistema de transporte de la valina o la glicocola. Determinados mutantes incapaces de transportar estos aminoácidos son resistentes a la cicloserina. **MODIFICACIÓN ESTRUCTURAL O QUÍMICA DEL SITIO SOBRE EL CUAL ACTÚA EL ANTIMICROBIANO
- Alteración de PBP’s** En estos casos las bacterias modifican sus PBP’s por mutaciones puntuales que van remodelando estas proteínas y confiriéndoles baja afinidad para los β lactámicos. De esta forma van perdiendo paulatinamente la sensibilidad a estos antimicrobianos, el ejemplo claro es el aportado por Streptoccus pneumoniae que a lo largo del tiempo va remodelando sus PBP’s, disminuyendo gradualmente su sensibilidad a la penicilina hasta alcanzar la resistencia total. 2. Incorporación de una nueva PBP Es el caso de Staphylococcus aureus , bacteria que evolutivamente alcanzó la posibilidad de expresar una nueva PBP (PBP2a), misma que está controlada genéticamente por la secuencia mecA. De esta forma logra la resistencia total a
los β lactámicos desarrollados hasta la fecha (con la excepción de la ceftarolina y del ceftabiprole).
3. Alteración de la proteína S12 ribosomal La mutación cromosómica strA produce una proteína ribosómica S12 alterada que impide la unión de la estreptomicina, desencadenando la resistencia. 4. Alteración de la dihidropteroato sintetasa En el metabolismo de los folatos se necesita la enzima dihidropteroato sintetasa para llegar desde el PABA hasta el ácido dihidropteroíco. Sin embargo, las bacterias pueden desarrollar una nueva enzima diferente a la mencionada pero que todavía cumple esta función, logrando así el estado de resistencia a las sulfonamidas. 5. Alteración de la dihidrofolato reductasa Dentro de la misma vía metabólica se necesita la enzima dihidrofolato reductasa para interconvertir el ácido dihidrofólico en ácido tetrahidrofólico. Con una mutación desarrollan una nueva enzima que sin embargo todavía cumple esta función logrando también la resistencia a la trimetoprima. 6. Alteración por hiperproducción de enzimas blanco Las bacterias pueden hiperproducir algunos sustratos, por ejemplo, el ácido para- aminobenzoíco y a partir de este metabolito incrementado, si bien la sulfonamida está cumpliendo con su función, sin embargo, por el aumento del sustrato, éste todavía es suficiente para llevar adelante la ruta metabólica. Otra posibilidad es que hiperproduzcan la enzima dihidrofolato reductasa normal, provocando de esta forma que la trimetoprima va a cumplir su mecanismo de acción, empero la cantidad aumentada de esta enzima le asegura a la bacteria la continuidad de su ruta metabólica camino a la formación de folatos. 7. Alteración por metilación (Resistencia MLSb) Ciertos plásmidos de cepas de Staphylococcus aureus y de Streptococcus codifican una metilasa de ARN inducida por la presencia de eritromicina: esta enzima modifica por metilación un determinado nucleótido del ARNr 23S de la subunidad grande del ribosoma. Esto produce un cambio conformacional en el ribosoma que disminuye su afinidad hacia la eritromicina y hacia la lincomicina (resistencia cruzada a los dos antibióticos). El mecanismo genético subyacente al carácter inducible de la metilasa es muy interesante; en lugar de un mecanismo a nivel transcripcional, como es habitual en
En Staphylococcus ha sido posible observar que cuando alcanzan la meticilino resistencia y luego evolucionan a la caída de la sensibilidad frente a la vancomicina (cepas VISA), aumentan el espesor de sus paredes lo que significaría que se estárían sintetizando más monómeros de la pared, representados por abundantes unidades de n-acetil glucosamina o mayores cantidades de D-ala en los terminales de estas moléculas, inclusive existiría un aumento en la expresión en las PBP’s 2a.
13. Alteración por trampas de afinidad En este caso Staphylococcus aureus hiperproduce residuos D-ala-D-ala, mismos que son liberados al exterior del microorganismo y determinando que cuando se utiliza vancomicina exista una acumulación de estos péptidos en la franja externa de la bacteria por lo cual la vancomicina cumple con su mecanismo de acción pero fuera de la bacteria, prácticamente actuando como un “señuelo” y evitando así la acción directa sobre la integridad de su pared. **INACTIVACIÓN ENZIMÁTICA DEL ANTIMICROBIANO
- Inactivación por acetilación del antimicrobiano** La resistencia al cloranfenicol suele deberse a una enzima inactivante de dicho antibiótico, denominada cloranfenicol-acetiltransferasa (CAT), que normalmente está codificada por genes plasmídicos. Uno de los genes de CAT de Gram- negativas más estudiados forma parte del transposón Tn 9. La CAT convierte el cloranfenicol en su derivado 3-acetoxi, usando el acetil-CoA, a continuación, una reacción química (no catalizada por enzima) hace que el grupo acetoxi pase a la posición 1, finalmente ocurre una segunda acetilación catalizada enzimáticamente, que genera el producto final, 1,3-diacetoxi-cloranfenicol. Los derivados mono o diacetilados del cloranfenicol son inactivos como antibióticos. 2. Inactivación por enzimas modificantes Los aminoglucósidos son un grupo amplio y abundante de antibióticos, por lo que no es sorprendente que las bacterias hayan evolucionado con distintos mecanismos para inactivarlos, se pueden agrupar en tres tipos: a. Fosfotransferasas (Fosforilación) b. Adeniltransferasas (Adenililación) c. Acetiltransferasas (Acetilación) Las fosforilaciones y adenililaciones se dan sobre grupos - OH susceptibles, mientras que las acetilaciones recaen sobre determinados grupos - NH 2.
La modificación enzimática de los aminoglucósidos ocurre en el espacio periplásmico o en la membrana citoplásmica, y produce un doble efecto: a. El antibiótico modificado covalentemente ya no puede usar el mecanismo de transporte facilitado a través de la membrana y por lo tanto, accede en menor cantidad al citoplasma. b. El compuesto modificado ya no puede afectar al ribosoma, por lo que no ejecuta acción inhibitoria sobre el crecimiento de la bacteria.
3. Inactivación por β lactamasas Algunas bacterias producen penicilinasa (ß-lactamasa) , capaz de abrir el anillo ß-lactámico de la penicilina para dar ácido peniciloico, que carece de actividad antibacteriana. Lo mismo ocurre con las cefalosporinas, donde la ß-lactamasa (cefalosporinasa) genera un producto inestable inactivo que se descompone rápidamente. Sin embargo, la naturaleza de la cadena lateral (grupo acilo, R) influye notablemente en la susceptibilidad de rotura del anillo ß-lactámico por las lactamasas. Las β lactamasas actúan en diferentes sectores dependiendo de las bacterias que las expresan, así por ejemplo en las bacterias Gram negativas actúan en el espacio periplásmico,en tanto que en las bacterias Gram positivas actúan fuera del microorganismo, en otras palabras en este caso su síntesis es inducida por el propio β lactámico. ¿Cuál es el origen de las ß-lactamasas? Aunque la prevalencia de cepas (sobre todo patógenas) resistentes a ß-lactámicos es un fenómeno que se incrementó desde los años 50 con el uso masivo de estos antibióticos, está claro que la resistencia debía de existir previamente al uso humano de los mismos. La aplicación clínica a gran escala (incluyendo el abuso) de las penicilinas y cefalosporinas sólo ha permitido que veamos en acción un caso "acelerado" de evolución bacteriana, donde las cepas más aptas han sobrevivido y se han multiplicado, y en el que, merced a los procesos de intercambio genético y a la construcción "modular" (transposones) de muchos plásmidos R, las secuencias genéticas responsables se han diseminado de unas especies bacterianas a otras. Se supone que en la naturaleza (p. ej., en los suelos), ciertas cepas bacterianas, antes de la aparición de la quimioterapia, poseían ya mecanismos para destruir los ß-lactámicos segregados por hongos con los que coexistían. Profundizando más en el tema, parece que las propias ß-lactamasas proceden evolutivamente (por mutaciones sucesivas) de alguno de los genes que originalmente codificaban algunas de las "autolisinas" (PBPs) que intervienen en la maduración del peptidoglucano. Es decir, las ß-lactamasas serían formas
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