NDM-1: orígenes, diseminación y características

La MBL New Delhi Metalo--lactamasa 1 (NDM-1) se identificó por primera vez en 2009 a partir de una cepa de K. pneumoniae recuperada de un paciente sueco quien había estado previamente hospitalizado en Nueva Delhi, India [82]. Desde entonces, las carbapenemasas del tipo NDM son un foco de atención mundial debido a la rápida diseminación de los genes correspondientes entre cepas de Enterobacterias y Acinetobacter spp. (Figura 3.1) [54]. A partir de estos primeros estudios, se identificó una relación entre Enterobacterias productoras de NDM y el subcontinente indio [83-85], y se encontró que las tasas de prevalencia de Enterobacterias productoras de NDM varían entre 5 a 19% en hospitales de India y Pakistán [86-89]. Además, el gen blaNDM-1 fue detectado no solamente en muestras

de pacientes, sino también en agua para consumo y en muestras de agua de calles y riachuelos en Nueva Delhi [90]. La aparición de bacterias productoras de NDM-1 en muestras ambientales es perjudicial para la gente que vive en la ciudad, la cual a menudo se abastece del agua de red pública y depende de establecimientos sanitarios deficientes. Posteriormente se identificó a los estados Balcánicos como un reservorio secundario de productores de NDM-1, dado diversos estudios que reportaron pacientes colonizados o infectados con este tipo de cepas [84,91-94]. Investigaciones recientes sugieren que estados del Oriente Medio podrían ser en su mayor parte otro reservorio secundario de productores de NDM, lo cual podría estar ligado al intercambio poblacional entre esta región y el subcontinente indio. Sin embargo, bacterias productoras de NDM-1 han sido reportadas en la actualidad en gran parte del globo [54]. Como se observó con la diseminación de Enterobacterias productoras de NDM-1, cepas de Acinetobacter productoras de NDM también han sido recuperadas de muestras ambientales en China [95]. Actualmente, la mayoría de las cepas de Acinetobacter productoras de NDM se han reportado en China [96- 99] y en Oriente Medio [100-104]. En sudamerica, específicamente en Uruguay, Brasil y

Argentina se han reportado cepas de Providencia rettgeri y Acinetobacter baumanii

productoras de NDM-1 [105-107].

Figura 3.1. Distribución geográfica de productores de NDM. Adaptado de [54].

En Enterobacterias, el gen blaNDM-1 está localizado mayoritariamente en plásmidos

conjugativos pertenecientes a varios grupos de incompatibilidad [98,108,109]. Sin embargo, una investigación de una colección mundial de aislados de Enterobacterias productoras de NDM-1 mostró que la diseminación actual del gen blaNDM-1 no está relacionada con la

diseminación de clones específicos, plásmidos específicos o de una única estructura genética [109]. En Acinetobacter spp. los genes del tipo blaNDM se han encontrado

localizados tanto en plásmidos como en cromosomas, y en el raro aislamiento de P.

aeruginosa productora de NDM-1, el gen blaNDM-1 se encontró localizado cromosomalmente

[110,111]. Investigaciones sobre la estructura genética circundante de los genes blaNDM

revelaron la presencia de una secuencia conservada que siempre está asociada a la secuencia de inserción completa o truncada ISAba125 en el extremo 5’ y al gen bleMBL

(codificante del factor de resistencia a la droga antitumoral bleomicina) en el extremo 3’ de los genes blaNDM [112] (Figura 3.2). Además, en diversos estudios enfocados en la cepa A. baumannii productora de NDM, el gen blaNDM está localizado entre dos copias del elemento

ISAba125, formando un transposón compuesto llamado Tn125 [100,113-115] (Figura 3.2).

Alta prevalencia de productores de NDM (endemicidad) Brotes y diseminación interregional de productores de NDM Descripción esporádica de productores de NDM

La identificación sistemática de una forma truncada de este transposón compuesto en Enterobacterias, el cual fue identificado en su forma completa en A. baumannii, sugirió fuertemente que Acinetobacter spp. han sido un reservorio de los genes blaNDM antes de

establecerse en las especies de Enterobacterias. Estos descubrimientos remarcan que incluso aunque A. baumannii es usualmente reconocida como el aceptor final para los genes de resistencia, podría adquirir varios determinantes de resistencia y luego transferirlos a Enterobacterias y Pseudomonas spp.

Figura 3.2. Representación esquemática de las estructuras genéticas asociadas al gen blaNDM

identificadas entre aislados clínicos de Gram-negativos. (a) Estructura encontrada en A.

baumannii, donde el gen blaNDM es parte del transposón compuesto Tn125. (b) Estructuras

encontradas en Enterobacterias y P. aeruginosa donde ISAba125 se presenta como un elemento completo o truncado junto con el gen (también completo o truncado) bleMBL. Los

genes y sus correspondientes orientaciones de transcripción se representan como flechas horizontales. El oriIS de ISCR21 se indica por un círculo. P, promotor de blaNDM; IS, secuencia

de inserción. Los nombres de los genes se abrevian de acuerdo a las proteínas correspondientes: bleMBL, gen de resistencia a bleomicina; iso, fosforibosilantranilato

isomerasa truncada; pac, fosfolipidoacetil transferasa truncada. Adaptado de [54]. Enterobacterias y P. aeruginosa

La MBL NDM-1 pertenece a la subclase B1 y se caracteriza por poseer un sitio activo compuesto por 2 iones Zn(II) (Figura 3.3). Uno de ellos se encuentra coordinado por 3 residuos de histidinas, formando el sitio Zn1, mientras que el otro ion Zn(II) se coordina a un residuo de aspártico, otro de cisteína y un tercero de histidina, formando el sitio Zn2. La estructura cristalográfica de la enzima muestra además una molécula de agua/hidróxido a puente entre ambos iones, la cual se acepta como el nucleófilo durante la catálisis, y una segunda molécula de agua unida al metal en el sitio Zn2. Es una enzima de amplio espectro de sustrato, capaz de hidrolizar igualmente bien penicilinas, cefalosporinas y carbapenemes, pero no así la monobactama aztreonam [82].

Figura 3.3. Estructura de NDM-1 (pdb 3SPU). La enzima presenta un sitio activo dimetálico compuesto de dos iones Zn(II). Uno con una esfera de coordinación tetrahédrica (Zn1, coordinado por His116, His118, His196 y una molécula puente de agua/hidróxido) y otro con una esfera de coordinación bipirámide trigonal (Zn2, cordinado por Asp120, Cys221, His263, una molécula de agua y a la molécula de agua/hidróxido a puente). Los iones Zn(II) y las moléculas de agua se muestran como esferas grises y rojas, respectivamente.