Mikhail Eidelstein: Beta-lactamase production. Most crucial inherent and acquired beta-lactamases of gram-negative bacteria (Part 2)

1. РЕЗИСТЕНТНОСТЬ, СВЯЗАННАЯ С ПРОДУКЦИЕЙ -ЛАКТАМАЗ
РАЗНООБРАЗИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ -ЛАКТАМАЗ
ПРИРОДНЫЕ -ЛАКТАМАЗЫ ГРАМ(-) БАКТЕРИЙ
М.В. Эйдельштейн
НИИАХ ФГБОУ ВО СГМУ Минздрава России

2. Edward P. Abraham Ernst B. Chain
Ферменты бактерий могут
расщеплять пенициллин и,
таким образом, делать их
устойчивыми

3. -лактамаза
+ H2O - CO2
«ферменты, осуществляющие гидролиз амидов, амидинов и
других C-N связей…, выделенные на основании субстрата -
…циклических амидов»*
*Webb E.C., ed. Enzyme nomenclature. London: Academic Press Inc. (London) Ltd.; 1984. p.366-74
 Встречаются у подавляющего большинства видов
бактерий (значимые исключения: S. pyogenes, H. pylori)
 Часто - наличие нескольких -лактамаз у одного штамма
-Лактамазы: механизм действия

4. -лактамаза
+ H2O - CO2
цитоплазмаЦитоплазма
ПСБ ПСБ
Порин
Система эффлюкса
Периплазма
-Лактамазы: механизм действия

5.  Структурная
– общий уровень гомологии,
– наличие консервативных участков в первичной структуре
ферментов,
– строение активного центра
– классы A, B, C, D [R. Ambler, 1980]
 Функциональная
– субстратная специфичность (способность
к преимущественному гидролизу определенных -лактамов:
пенициллинов, цефалоспоринов, монобактамов,
карбапенемов)
– чувствительность к действию ингибиторов
– 3 группы, 16 подгрупп
[K. Bush, G. Jacoby, A. Medeiros, 1995; K. Bush, G. Jacoby, 2010]
-Лактамазы: классификация

6. -лактамазы
Сериновые
DA
Металло-(Zn2+)
B1, B2, B3
1 3
C
2a, 2b, 2e, 2br,
2be, 2ber, 2f
2d,
2de, 2df
AmpC TEM, SHV, CTX-M OXA NDM, VIM, IMP
Молекулярный класс
Функциональная группа
Примеры
Структурная и функциональная классификация

7. -Лактамазы: растущее число и разнообразие
-ЛАКТАМАЗЫ
Сериновые
DA
Металло- (Zn2+)
B1, B2, B3
1 3
C
2a, 2b, 2e, 2br,
2be, 2ber, 2f
2d,
2de, 2df
AmpC TEM, SHV, CTX-M OXA NDM, VIM, IMP
Молекулярный класс
Функциональная группа
Примеры
0
100
200
300
400
500
600
1975 1981 1987 1993 1999 2005 2011
Количествовыявленныхферментов
Группа 1/класс C
Группа 2/класс A
Группа 2/класс D
Группа 3/класс B
Год
Bush & Fisher. Annu Rev Microbiol. 2011;65:455-78.

8. Видоспецифические -лактамазы
 Присутствуют у всех штаммов определенного вида
 Являются хромосомно-кодируемыми
 Определяют профиль природной устойчивости каждого вида
бактерий к -лактамным антибиотикам
 Присутствуют у большинства видов грамотрицательных
бактерий
 Для некоторых ГНБ (P. aeruginisa, A. baumanii,
S. maltophilia) характерно наличие нескольких
видоспецифических -лактамаз, принадлежащих к разным
группам
 Часто существенно отличаются по структуре и спектру
активности у близких видов (Klebsiella spp.)
 Принадлежат ко всем 4 молекулярным классам

9. Видоспецифические -лактамазы и
природная резистентность
Вклад хромосомных -лактамаз в формирование
резистентности определяется:
Спектром активности
Характером экспрессии кодирующих генов
- «молчащие» гены
- индуцибельная экспрессия
- конститутивная экспрессия на низком,
среднем или высоком уровне
Вторичная резистентность может быть связана с
изменением этих свойств, не только с приобретением
дополнительных -лактамаз

10. Вид Мол. класс Функц. группа. Тип экспресии
Salmonella, Proteus mirabilis Отсутствуют
E. coli, Shigella С 1 (AmpC) 
Enterobacter cloacae, Klebsiella
aerogenes, Citrobacter freundii,
Serratia spp., Morganella morganii,
Providencia spp., Hafnia alvei
С 1 (AmpC) Индуцибельная
(часто дерепрессия)
Citrobacter koseri*, Proteus vulgaris*,
P. penneri*, Klebsiella oxytoca**
A 2e* / 2be** Конститутивная
Klebsiella pneumoniae A 2b Конститутивная
Природные (видоспецифические)
-лактамазы Enterobacterales

11. Зачем нужно знать о свойствах видоспецифических
-лактамаз и резистентности, которую они вызывают?
Тяжелая инфекция, вызванная Enterobacter cloacae
Профиль чувствительности:
Цефтазидим Ч
Цефотаксим Ч
Цефепим Ч
Гентамицин Ч
Ципрофлоксацин Ч
Можно ли рекоментовать
монотерапию ЦС III?

12. Индуцибельная продукция -лактамаз и стабильная
гиперпродукция в результате мутаций (дерепрессии)
Стабильная дерепрессия
(гиперпродукция)
Базальный уровень
+  -  Время
Терапия
Индукция

13. R
Чувствительность к -лактамам штаммов с
индуцибельной экспрессией AmpC
СЛАБЫЕ ИНДУКТОРЫ
СИЛЬНЫЕ ИНДУКТОРЫ
НЕСТАБИЛЬНЫЕ СТАБИЛЬНЫЕ
Цефалоспорины II - III Темоциллин
Уреидопенициллины Цефалоспорины IV
Азтреонам
НЕСТАБИЛЬНЫЕ СТАБИЛЬНЫЕ
Цефалоспорины I Карбапенемы
Аминопенициллины Клавулановая к-та.
Цефамицины

14. СЛАБЫЕ ИНДУКТОРЫ
СИЛЬНЫЕ ИНДУКТОРЫ
НЕСТАБИЛЬНЫЕ СТАБИЛЬНЫЕ
Цефалоспорины II - III Темоциллин
Уреидопенициллины Цефалоспорины IV
Азтреонам
НЕСТАБИЛЬНЫЕ СТАБИЛЬНЫЕ
Цефалоспорины I Карбапенемы
Аминопенициллины Клавулановая к-та.
Цефамицины
R
Чувствительность к -лактамам штаммов со стабильной
гиперпродукцией AmpC

15. Гиперпродукция AmpC*:
Р Р Р Р* Р Р Ч Р**
Enterobacter spp., Citrobacter freundii, Serratia spp.,
Morganella morganii, Providencia spp.
* M.morganii сохраняет чувствительность к Пипер/Таз
** Serratia, Morganella и Providencia обычно более чувствительны к цефокситину
Природная чувствительность:
Ампи Амокс/ Пипер Пипер/ Цефотакс Цефтаз Цефепим Цефокс
Клав Таз
Р Р Ч Ч Ч Ч Ч Р*
Часто на фоне
терапии ЦС 3!
…и Pseudomonas aeruginosa

16. http://www.antibiotic.ru/minzdrav/files/docs/clrec-dsma2018.pdf

17. ВИДОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ -ЛАКТАМАЗЫ
ГРАМ(-) НЕФЕРМЕНТИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ
 Pseudomonas aeruginosa
 Acinetobacter baumannii
 Stenotrophomonas maltophilia

18. Механизмы резистентности P. aeruginosa к -лактамам
 -лактамазы:
– Индуцибельная AmpC цефалоспориназа
– Оксациллиназa ОХА-50 (очень низкий уровень экспрессии)
– Металло--лактамаза PA5542 (молчащий ген)
 Проницаемость наружной мембраны
– OprD
 Эффлюкс
– MexAB-OprM; MecCD-OpmJ; MexEF-OprN; MexXY-OprM…

19. Антибиотик Гидролиз Индукция Индуциб.
AmpC
Аминопен.,
цефамицины
+ + R
Уреидо-, карбокси-
пен.
+ - S
ЦС III*
(цефтазидим)
+ - S
ЦС IV
(цефепим)
- - S
Карбапенемы - + S
Дерепресс.
AmpC
R
R
R*
S
S
Цефалоспориназа (AmpC) :
характер экспрессии и фенотип резистентности
* Постепенная дерепрессия
МПК CAZ: 8-256 мг/л
* Резистентность может быть
селектирована в ходе терапии

20. Генетические механизмы дерепрессии AmpC
у P. aeruginosa
 Инактивация AmpD – часто!
(несколько копий генов)
N-ацетилмурамоил-L-аланин амидаза –
фермент участвующий в рециркуляции
пептидогликана
 Точечные мутации в AmpR
– реже!
Регулятор транскрипции AmpC,
взаимодействует с продуктами/
субстратами AmpD
 Мутации в ПСБ4 (DacB)
Неосновной низкомолекулярный ПСБ, мишень для -лактамов, запускает
гиперэкспрессию AmpC и активацию двухкомпонетной регуляторной системы CreBC
Juan at al., Antimicrob Agents Chemother. 2005 49(11):4733-8
Moya at al., PLoS Pathog. 2009 5(3):e1000353
Lister at al., Clin Microbiol Rev. 2009 22(4):582–610

21. Видоспецифические -лактамазы
Acinetobacter baumannii
 Цефалоспориназа (класс С, AmpC): ADC
 Оксациллиназы (класс D): ОХА-51 / ОХА-69 и родственные
(слабо гидролизуют карбапенемы, низкий уровень экспрессии)

22. Видоспецифические -лактамазы
Stenotrophomonas maltophilia
 Металло-β-лактамаза (класс В): L-1
(гидролизует пенициллины, большинство цефалоспоринов и
карбапенемы, за исключением азтреонама; ингибируется ЭДТА)
 Cериновая цефалоспориназа (класс А): L-2
(гидролизует пенициллины, цефалоспорины и азтреонам
ингибируется клавулановой кислотой)

23. Stenotrophomonas maltophilia
Природные -лактамазы:
 MBL L-1
 ‘ESBL’ L-2
Авибактам подавляет L-2 и
восстанавливает активность
азтреонама
КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕРАПИЯ ЦЕФТАЗИДИМОМ-
АВИБАКТАМОМ И АЗТРЕОНАМОМ

24. КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕРАПИЯ ЦЕФТАЗИДИМОМ-
АВИБАКТАМОМ И АЗТРЕОНАМОМ
Burkholderia multivorans
персистенция (>10 лет)
у пациента с муковисцидозом
Цефтазидим-авибактам: 2 g q8h
Азтреонам: 3 g q24h (CI)
Подавление хромосомной
карбапенемазы класса А (PenA)
авибактамом
Успешная эрадикация возбудителя