Genes de resistencia a antibióticos β-lactámicos

Los antibióticos β-lactámicos son agentes bactericidas cuya función es inhibir la síntesis de la pared celular. En la actualidad son los antibióticos comerciales más usados; debido a su eficiencia, bajo coste y efectos secundarios mínimos (Wilke et al., 2005) Los antibióticos β-lactámicos incluyen a: penicilinas y sus derivados semi-sintéticos, cefalosporinas y sus derivados semisintéticos, cefamicinas, monobactémicos (aztreonam), ácido clavulánico y tienamicina (carbapenem)

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(Villa & Veiga-Crespo, 2014). Se han descrito cuatro mecanismos de resistencia a los compuestos β-lactámicos: (1) Bombas de flujo. (2) Modificación de las proteínas de anclaje de las penicilinas (PBPs). (3) Disminución de la expresión de las proteínas de membrana exteriores, (4) Producción de β-lactamasas. (Drawz & Bonomo, 2010). La producción de β-lactamasas es el mecanismo más habitual de resistencia, en especial en bacilos Gram negativos (Dallenne et al., 2010).

β-lactamasas

El mecanismo de acción de las β-lactamasas está basado en hidrolizar el anillo β- lactámico, con la finalidad de inactivar el antibiótico (Kong et al., 2010). Hasta el año 2016, han sido identificadas alrededor de 1.300 β-lactamasas (NCBI, 2016); las cuales están catalogadas, de acuerdo al esquema molecular de Ambler dentro de cuatro clases principales (A, B, C y D), en relación a su similitud entre secuencias y su mecanismo de acción. (Majiduddin et al., 2002). La figura 8 presenta un resumen de las características principales de cada clase.

Entre estas diferentes clases de enzimas, las β-lactamasas de amplio espectro

(ESBLs) son las más perjudiciales. Esta subclase puede degradar la mayoría de

penicilinas, monobactámicos y cefalosporinas de primera, segunda, tercera y cuarta generación (Bush, 2013a).

Las β-lactamasas de la familia TEM, representan el mecanismo de resistencia a β- lactamasas más prevalente en enterobacterias (Robin et al., 2011). Hasta octubre del 2015, se han descrito 223 variantes de TEM (Lahey Clinic, 2015). Cada una contiene cambios en su secuencia de aminoácidos en comparación con TEM-1. Muchas sustituciones se localizan en una posición cercana al centro activo, otorgándoles una ventaja en la capacidad catalítica frente a los β-lactámicos de amplio espectro (Brown et al., 2010; Gniadkowski, 2008). Sin embargo, esta mejora en su capacidad de degradación es inversamente proporcional a su actividad catalítica frente a las penicilinas, en donde en ciertos casos, es 100 veces menos eficiente (Pimenta et al., 2014). La evolución de este gen es un ejemplo ideal de la respuesta de la presión selectiva por parte de los microorganismos.

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Figura 8. Clasificación de las β-lactamasas de acuerdo a la clasificación de

Ambler. El cuadro representa las clases, subclases, familia de enzimas y principales sustratos (Bebrone, 2007; Bush, 2013b; Drawz & Bonomo, 2010; Fisher et al., 2005; Frère et al., 2005).

Las enzimas de la familia CTX-M también presentan una considerable diversidad, hasta octubre del 2015 han sido catalogadas 172 variantes (Lahey Clinic, 2015). Se agrupan en 5 clústeres de acuerdo a las similitudes de sus secuencias de aminoácidos, CTX-M-1, 2, 8, 9 y 25 (Bonnet, 2004). El clúster CTX- M-1 incluye 31 variantes y CTX-M-9, 22 variantes, por lo que representan los grupos más diversos (El Salabi et al., 2012). Los mecanismos de movilización de los genes blaCTX-M a plásmidos se llevan a cabo con una inusual frecuencia, en comparación con otras β-lactamasas (Barlow et al., 2008). La evolución de su elevada diversidad de variantes es debido a la participación de unidades de movilización genética; como por ejemplo las secuencias de inserción ISEcp1 o ISCR1, y la posterior incorporación en estructuras genéticas complejas, como integrones de clase 1 o transposones (Canton et al., 2012). Por lo tanto, representan genes de importancia ya que pueden contribuir a una acelerada

diseminación de determinantes de resistencia a antibióticos entre un gran espectro de microorganismos.

Otra familia de especial interés clínico son las SHV, cuyas variantes son unas de las más prevalentes de las ESBLs (Jacoby, 1997). La base de datos de Lahey Clinic almacena información de 193 variantes de SHV, hasta octubre del 2015. El origen de estas variantes radica en la acumulación de mutaciones puntuales que afectan al centro activo de la molécula (Heritage, 1999). Por ejemplo: el reemplazo de serina por glicina en la posición 238 es trascendental para hidrolizar ceftazidima. En cambio, el cambio de lisina por glutamato en la posición 240 es crítica para la degradación de cefotaxima (Ghafourian et al., 2015). Otras familias de ESBLs incluyen a las familias OXA, VEB, BES y PER. Diferentes artículos de revisión, como por ejemplo el de Paterson & Bonomo, 2005, hacen una completa revisión de las características de estos grupos.

mecA

Otros genes confieren resistencia a los antibióticos β-lactámicos en otros grupos diferentes a las Enterobacterias. Por ejemplo, una de las variedades de S. aureus, el S. aureus meticilina resistente (MRSA) posee un mecanismo de resistencia basado en la adquisición de un determinante genético, mecA, que codifica una proteína de fijación a la penicilina (PBP2a) la cual reduce la afinidad de la misma por los β-lactámicos (Enright, 2003).

El gen mec está localizado en un elemento genético móvil llamado casete cromosómico estafilocóccico (SCCmec), que permite el intercambio genético entre

especies de estafilococos, (Hanssen & Ericson Sollid, 2006; Katayama et al., 2000). Todos los SCCmec reportados comparten las siguientes características: (1) Poseen

el complejo del gen mec, (2) poseen el complejo del gen ccr -genes recombinantes- (3) Se encuentran flanqueados por secuencias de nucleótidos directas e invertidas características en ambos extremos, y (4) se encuentran integrados en el punto de integración de secuencias (ISS) para SCC (Ito et al., 2014; Jutendo University, 2016). Hasta el mes de abril de 2016, se han caracterizado 11 tipos de SCC (I hasta XI), 8 complejos de genes ccr (Tipo 1 hasta 8) y 6 complejos de genes mec (Clases A, B, C1, C2, D, E) (IWG-SCC, 2016). El gen mecA se detecta en la mayoría de aislamientos que muestran un fenotipo de resistencia a meticilina, y además se detecta en todos los aislamientos de S. aureus multirresistentes (Wielders et al., 2002).

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