مکانیسم‌های مقاومت‌های آنتی‌بیوتیکی
(بخش دوم)
مهدی اکبری دهبالایی1، دکتر شهین نجار پیرایه2، ستار محمدی داربیدی3
1 دانشجوی دکترای تخصصی باکتری‌شناسی پزشکی دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشیار باکتری‌شناسی پزشکی دانشگاه تربیت مدرس
3 کارشناس ارشد باکتری‌شناسی پزشکی
در بخش قبل در مورد برخی از مکانیسم‌های مقاومت‌های آنتی‌بیوتیکی اشاره کردیم و در این شماره بقیه مکانیسم‌های مقاومت را مورد بررسی قرار خواهیم داد.
انواع مقاومت
مقاومت نسبت به آنتی‌بیوتیک‌ها معمولاً بر اساس یکی از مکانیسم‌های زیر صورت می‌گیرد:
1- باکتری آنزیمی تولید می‌کند که موجب تخریب داروی فعال می‌شود. ژن این نوع مقاومت اکثراً از طریق پلاسمید منتقل می‌شود؛ برای مثال پلاسمیدهای مسئول مقاومت نسبت به پنی‌سیلین و سفالوسپورین‌ها دارای ژن‌های مربوط به سنتز آنزیمی به نام بتالاکتاماز یا پنی‌سیلیناز می‌باشند که حلقه بتالاکتام را تخریب کرده و ترکیب غیرفعالی به نام اسید پنی‌سیلوئیک یا اسید فنولیک باقی می‌گذارد. انتقال این نوع پلاسمید در استافیلوکوک‌های مقاوم به پنی‌سیلین با مکانیسم ترانسداکشن صورت می‌گیرد. داروهای منوباکتام مانند آزترونام (aztreonam) که دارای حلقه بتالاکتام تک حلقه‌ای هستند نسبت به بتالاکتاماز مقاومند.
مثال دیگر مقاومت باکتری‌های گرم منفی نسبت به آمینوگلیکوزیدها می‌باشد. این باکتری‌ها آنزیم‌های فسفریله کننده، استیله کننده و …. تولید می‌کنند که این داروها را غیرفعال می‌کنند، مثلاً مقاومت باکتری‌های گرم منفی نسبت به کلرامفنیکل به‌واسطه تولید آنزیم «کلرامفنیکل استیل ترانسفراز» می‌باشد.
2- میکروارگانیسم نفوذپذیری خود را نسبت به دارو عوض می‌کند. برای مثال تتراسایکلین در باکتری‌های حساس تغلیظ می‌شود ولی در باکتری‌های غیرحساس تغلیظ نمی‌شود. ژن این نوع مقاومت پلاسمیدی است.
3- میکروارگانیسم گیرنده‌های خود را که برای دارو لازم است تغییر می‌دهد. ژن این نوع مقاومت کروموزومی است، برای مثال مقاومت به آمینوگلیکوزیدهایی که منشأ کروموزومی داشته باشد. معمولاً همراه با از دست دادن یا عوض شدن پروتئین‌هایی است که در قطعه‌ی 30S ریبوزوم به‌عنوان گیرنده دارو عمل می‌کنند.
4- میکروارگانیسم به مسیر متابولیک فرعی دیگری دست می‌یابد که واکنش مهارشده توسط دارو را جبران می‌کند، برای مثال برخی از باکتری‌های مقاوم به سولفونامید نیاز به PABA خارج سلولی ندارند و همانند سلول‌های پستانداران می‌توانند از اسید فولیک از پیش تشکیل‌شده استفاده کنند.
مقاومت متقاطع (Cross Resistance):
میکروارگانیسم‌هایی که نسبت به یک داروی خاص مقاوم هستند، ممکن است نسبت به داروهای دیگری که مکانیسم عمل مشابهی دارند نیز مقاوم باشند. این نوع مقاومت را مقاومت متقاطع می‌نامند. مقاومت متقاطع عمدتاً بین داروهایی وجود داردکه ساختمان شیمیایی بسیار نزدیکی دارند (مانند آمینوگلیکوزیدهای مختلف) یا نحوه اتصال یا عمل آن‌ها مشابه است (مانند ماکرولیدها).
خاصیت مقاومت متقاطع به نحو احسن در تتراسایکلین‌ها نیز دیده می‌شود.
طبقه‌بندی آنتی‌بیوتیک‌ها بر اساس دامنه فعالیت:
الف. بعضی از آنتی‌بیوتیک‌ها فقط بر روی باکتری‌های گرم منفی مؤثرند مانند پلی‌میکسین
ب. بعضی از آنتی‌بیوتیک‌ها فقط بر روی باکتری‌های گرم مثبت مؤثرند مانند اریترومایسین و وانکومایسین
ج. بعضی از آنتی‌بیوتیک‌ها روی قارچ‌ها یا تک‌یاختگان اثر می‌کنند؛ مانند آمفوتریسین B که بر روی قارچ‌ها و پارمومایسین که بر روی آمیب هیستولیتیکا اثر می‌گذارند.
د. بعضی از آنتی‌بیوتیک‌ها وسیع‌الطیف هستند و دامنه فعالیت وسیعی دارند و بر روی تعداد زیادی از میکروارگانیسم‌ها مختلف مؤثر می‌باشند؛ مانند استرپتومایسین، تتراسایکلین و کلرامفنیکل
مکانیسم اثر دو دارو
هنگامی‌که دو داروی ضد میکروبی به‌طور هم‌زمان بر جمعیت همگون میکروبی اعمال اثر می‌کنند، نتیجه آن می‌تواند یکی از حالات زیر باشد:
1- عدم تفاوت (indifference): اثر مجموع داروها از اثر داروهای مؤثری که به‌تنهایی تجویز می‌شود بیشتر نیست.
2- اثر اضافی (addition): اثر مجموع داروها برابر مجموع اثر هرکدام است.
3- اثر مضاعف یا سینرژیسم (synergism): اثر مجموع داروها به‌طور قابل‌توجهی بیش از جمع اثرات دو دارو است.
4- اثر مقابله‌ای یا آنتاگونیسم (antagonism): اثر مجموع داروها از اثر قوی‌ترین و مؤثرترین آن‌ها هنگامی‌که به‌تنهایی بکار رود کمتر است. این حالت معمولاً هنگامی روی می‌دهد که یک داروی باکتریواستاتیک (که سنتز پروتئین در باکتری را مهار می‌کند) مانند کلرامفنیکل یا تتراسایکلین همراه با یک داروی باکتریوساید مانند پنی‌سیلین یا آمینوگلیکوزید تجویز شود و داروی باکتریواستاتیک پیش از داروی باکتریوساید به جایگاه عفونت برسد.
چند مثال از سینرژیسم:
a- کوتریموکسازول عبارت است از ترکیب «سولفانامید + ترایمتوپریم»:
هرکدام از این داروها به نحوی مسیر متابولیکی سنتز DNA را در باکتری مختل می‌کنند. از این ترکیب در درمان عفونت‌های ادراری و عفونت تک‌یاخته‌ای پنوموسیستیس کارینی استفاده می‌شود.
b- «سولفونامید + پیریمتامین»:
هرکدام از این داروها به نحوی مسیر متابولیکی سنتز DNA را مختل می‌کنند. این ترکیب در درمان توکسوپلاسموز بکار می‌رود.
c- «آمپی‌سیلین + کلوکساسیلین یا اسید کلاوولانیک» (clavulanic acid):
آنزیم بتالاکتاماز باکتری می‌تواند آمپی‌سیلین را بی‌اثر کند. کلوکساسیلین میل ترکیبی زیادی با بتالاکتامازهای تولید شده توسط باکتری‌های گرم منفی مانند هموفیلوس‌ها دارد، لذا در این نوع عفونت‌ها از این ترکیب استفاده می‌شود.
عوارض بالینی آنتی‌بیوتیک‌ها:
1- در صورتی که دارویی بتواند از تکثیر باکتری‌ها در نسوج جلوگیری کند ولی نتواند آن‌ها را از بدن ریشه‌کن نماید، بیماری به حالت مزمن درمی‌آید.
2- آنتی‌بیوتیک‌ها روی فلور طبیعی بدن اثر کرده و در نتیجه یک عدم تعادل در این فلور میکروبی ایجاد می‌شود که خود می‌تواند موجب بیماری گردد، برای مثال نزد زنانی که تتراسایکلین مصرف می‌کنند فلور طبیعی واژن کاهش یافته و عفونت کاندیدایی ایجاد می‌شود و یا در افرادی که آنتی‌بیوتیک را به‌طور بی‌رویه مصرف می‌کنند (به‌ویژه کلیندامایسین) فلور طبیعی روده بزرگ از بین رفته و کلستریدیوم دیفیسل جایگزین شده و موجب کولیت می‌شود.
3- استفاده طولانی مدت از داروها باعث بروز عوارض سمی می‌گردد؛ مانند آنمی آپلاستیک بدنبال مصرف کلرامفنیکل، آسیب‌های کلیوی و شنوایی بدنبال مصرف آمینوگلیکوزیدها به‌ویژه استرپتومایسین، هپاتیت کلستاتیک بدنبال مصرف اریترومایسین
- مقاومت به کلرامفنیکل
کلرامفنیکل با اتصال به زیرواحد 50s ریبوزومی مانع از تبدیل مرحله پپتیدیل ترانسفراز به مرحله سنتز پروتئین می‌شود. مقاومت در برابر کلرامفنیکل به‌طورکلی شامل غیرفعال شدن آنتی‌بیوتیک توسط کلرامفنیکل استیل ترانسفرازاست، آنزیم‌های مختلف که توسط ژن‌های cat کدگذاری می‌شوند در باکتری‌های گرم منفی و باکتری‌های گرم مثبت یافت می‌شوند. گاهی اوقات کاهش نفوذپذیری غشای خارجی و یا پمپ افلاکس سبب مقاومت در باکتری‌های گرم منفی می‌شوند.
- مقاومت به آمینوگلیکوزیدها
آمینوگلیکوزیدها شامل گروهی از آنتی‌بیوتیک‌ها هستند که توسط یک حلقه aminocyclitol متصل به قندهای آمینه در ساختار آن‌ها مشخص می‌شوند و طیف گسترده‌ای از فعالیت علیه باکتری‌ها دارند. نمونه‌هایی از این داروها شامل استرپتومایسین، کانامایسین، جنتامایسین، توبرامایسین و آمیکاسین هستند که معمولاً در درمان عفونت‌های ناشی از ارگانیسم‌های گرم منفی و گرم مثبت مورد استفاده قرار می‌گیرند. این آنتی‌بیوتیک‌ها اثر ضد باکتری خود را از طریق اتصال غیرقابل‌برگشت به ریبوزوم اعمال می‌کنند؛ اما اثرات ناشی از تعامل با سایر ساختارهای سلولی و فرآیندهای متابولیک نیز در آن‌ها شناخته شده است.
مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک‌هایی مانند جنتامایسین، توبرامایسین، آمیکاسین و استرپتومایسین به‌طور گسترده‌ای مشاهده می‌شود، با بیش از 50 آنزیم مدیفه‌کننده آمینوگلیکوزیدها در این روند نقش دارند. بسیاری از این ژن‌ها در باکتری‌های گرم منفی دیده می‌شوند. بسته به نوع مدیفیکاسیون، این آنزیم‌ها به آمینوگلیکوزید استیل ترانسفراز (AAC)، آمینوگلیکوزید آدنیل ترانسفراز (آمینوگلیکوزید نوکلئوتیدیل ترانسفراز هم نامیده می‌شوند {ANT}) و آمینوگلیکوزید فسفوترانسفراز (APH) دسته‌بندی می‌شوند. سیستم‌های افلاکس و جهش‌های rRNA نیز در مقاومت به آمینوگلیکوزیدها شرح داده شده‌اند.
- مقاومت به کینولون‌ها
اولین کینولون با فعالیت ضدباکتری (نالیدیکسیک اسید) در سال 1962 در طول فرآیند سنتز و خالص‌سازی کلروکین (یک عامل ضدمالاریا) کشف شد. از آن زمان چندین مشتقات از آن‌ها ساخته و وارد بازار شده است مهم‌ترین آن‌ها فلوروکینولون‌ها می‌باشند که در اثر جایگزینی یک اتم فلوئور در موقعیت 6 از مولکول کینولون است. این جایگزینی تا حد زیادی سبب افزایش فعالیت این آنتی‌بیوتیک‌ها در برابر باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی و همچنین بی‌هوازی شده است. این عوامل با اثرات ضدباکتری خود سبب مهار آنزیم توپوایزومراز خاص باکتریایی، یعنی gyrase DNA (توپوایزومراز باکتریایی II) و توپوایزومراز IV می‌شوند. این آنزیم‌های باکتریایی جهت تغییر توپولوژی از دو رشته DNA (daDNA) در داخل سلول ضروری می‌باشند.
gyrase DNA و توپوایزومراز IV پروتئین‌های هتروتترامری هستند که از 2 زیرمجموعه A و B تشکیل شده‌اند.
مکانیسم مقاومت باکتریایی به کینولون‌ها توسط هوپر (1999) به دو دسته اصلی تقسیم شده است:
- تغییرات در هدف دارویی آنزیم
- تغییرات در نفوذپذیری و محدود کردن دسترسی دارو به هدف.
در باکتری‌های گرم منفی، به نظر می‌رسد gyrase DNA هدف اصلی همه کینولون‌ها می‌باشد؛ اما در باکتری‌های گرم مثبت، بسته به فلوروکینولون در نظر گرفته شده، توپوایزومراز IV و یا gyrase DNA هدف اولیه می‌باشند.
جهش در gyrA سبب القاء تغییرات در ساختار سایت اتصال می‌شـــــــــــــــــــود که برای تعامل کینولون- gyrase DNA مهم است. تغییرات در پوشش سلولی باکتری‌های گرم منفی به‌ویژه در غشای خارجی، سبب کاهش جذب شده و با مقاومت در برابر فلوروکینولون‌ها همراه است. این نوع مقاومت در باکتری‌های گرم مثبت دیده نمی‌شود.
- مقاومت به ماکرولید، لینکوزامید و استرپتوگرامین (MLS)
آنتی‌بیوتیک‌های MLS مهارکننده‌های شیمیایی مجزا برای سنتز پروتئین باکتریایی هستند.
مقاومت ذاتی به آنتی‌بیوتیک‌های MLSB (از جمله استرپتوگرامین B) در باسیل‌های گرم منفی
با توجه به نفوذپذیری کم غشای خارجی به این ترکیبات آب‌گریز در آن‌ها وجود دارد.
باکتری‌های گرم مثبت با سه مکانیزم مختلف مقاومت به MLS را به دست می‌آورند:
- تغییرات پس از رونویسی. شایع‌ترین مکانیسم مقاومت در باکتری‌های گرم مثبت می‌باشد، به‌طورکلی ژن‌های کد کننده متیلاز یکی از اصلی ترین تغییرات پس از رونویسی در باکتری‌های گرم مثبت ایجاد می‌کنند.
- پروتئین‌های افلاکس که با ساختن پمپ‌های افلاکس سبب خارج شدن آنتی‌بیوتیک از سلول شده و درنهایت سبب ایجاد ریبوزوم‌های آزاد از آنتی‌بیوتیک می‌شوند. این پروتئیــــــن‌ها توسط ژن‌های msr mef , و vga کد می‌شوند
- آنزیم‌های هیدرولیتیک. آنزیم‌های هیدرولیتیک با هیدرولیز streptogramin B یا تغییر آنتی‌بیوتیک با اضافه کردن یک گروه استیل به streptogramin A سبب مقاومت به آنتی‌بیوتیک می‌شوند.
References:
Aarestrup, F. M. Seyfarth, A. M. Emborg, H. D. Pedersen, K. Hendriksen, R. S. and
Bager, F. 2001. Effect of abolishment of the use of antimicrobial agents for growth
promotion on occurrence of antimicrobial resistance in fecal enterococci from food
animals in Denmark. Antimicrob. Agents Chemother. 45: 2054–2059.
Bush, K. Jacoby, G. A. and Medeiros A. A. 1995. A functional classification scheme for beta
lactamases and its correlation with molecular structure. Antimicrob. Agents Chemother
39(6): 1211–1233.
Butaye, P. Cloeckaert, A. and Schwarz, S. 2003. Mobile genes coding for efflux-mediated
antimicrobial resistance in Gram-positive and Gram-negative bacteria. Int. J. Antimicrob.
Agents 22: 205–210.
Byarugaba, D. K. 2004. A view on antmicrobial resistance in developing countries and
responsible risk factors. Int. J. Antimicrob. Agents 24: 105–110.
Byarugaba, D. K. (2005). Antimicrobial resistance and its containment in developing countries.
In Antibiotic Policies: Theory and Practice, ed. I. Gould and V. Meer, pp 617–646.
New York: Springer.
Dessen, A. Di Guilmi, A. M. Vernet, T. and Dideberg, O. 2001. Molecular mechanisms of
antibiotic resistance in gram-positive pathogens. Curr. Drug Targets Infect. Dis… 1:63–77
Enne, V. I. Livermore, D. M. Stephens, P. and Hall, L. M. C. 2001. Persistence of
sulfonamide resistance in Escherichia coli in the UK despite national prescribing restriction.
Lancet 357:1325–1328
Everett, M. J. and L. J. V. Piddock. 1998. Mechanisms of resistance to fluoroquinolones. In
Quinolone Antibacterials ed. J. Kuhlmann, A. Dahlhoff, and H. J. Zeiler pp. 259–297.
Berlin:Springer-Verlag KG.
Fluit, A. C. Visser, M. R. and Schmitz, F. J. 2001. Molecular detection of antimicrobial
resistance. Clin. Microbiol. Rev. 14:836–71.
Hall, R. M. 1997. Mobile gene cassettes and integrons: moving antibiotic resistance genes in
Gram-negative bacteria. Ciba Found. Symp. 207: 192–205
Hooper, D. C. 1999. Mechanisms of fluoroquinolone resistance. Drug Resist. Updates
2:38–55
Johnston, N. J. de Azavedo, J. C. Kellner, J. D. and Low, D. E. 1998. Prevalence and
characterization of the mechanisms of macrolide, lincosamide and streptogramin resistance
in isolates of Streptococcus pneumoniae. Antimicrob. Agents Chemother.
42:2425–2426
Kehrenberg, C. Schulze-Tanzil, G. Martel, J. L. Chaslus-Dancla, E. and Schwarz, S. 2001.
Antimicrobial resistance in Pasteurella and Mannheimia: epidemiology and genetic basis.
Vet. Res. 32(3–4): 323–339.
Leclerq, R. and Courvalin, P. 1997. Resistance to glycopeptides in enterococci. Clin. Infect.
Dis. 24: 545–556
Levy, S. B. 1988. Tetracycline resistance determinants are widespread. ASM News.
54:418–421.
Quintiliani, R. and Courvalin, P. 1995. Mechanisms of resistance to antimicrobial agents, In
Manual of Clinical Microbiology, ed P. R. Murray, E. J. Baron, M. A. Pfaller,
- R. Tenover, and R. H. Yolken, pp. 1308–1326. Washington, D.C: ASM Press.
Roberts, M. C. 1996. Tetracycline resistance determinants: mechanisms of action, regulation
of expression, genetic mobility, and distribution. FEMS Microbiol. Rev. 19:1–24
Schmitz, F. J. and Fluit. A. C. 1999. Mechanisms of resistance. In Infectious Diseases. ed D.
Armstrong, and S. Cohen, pp. 7.2.1–7.2.14 London: Mosby, Ltd.
Shaw, K. J. Rather, P. N. Have, R. S. and Miller, G. M. 1993. Molecular genetics of
aminoglycoside resistance genes and familial relationships of the aminoglycoside modifying
enzymes. Microbiol. Rev. 57: 138–163
Taylor, D. E. and Chau, A. 1996. Tetracycline resistance mediated by ribosomal protection.
Antimicrob. Agents Chemother. 40: 1–5
Thomson, C. J. 1993. Trimethoprim and brodimoprim resistance of gram-positive and gramnegative
bacteria. J. Chemother. 5: 458–464
Traced, P. de Cespe´de` s, G. Bentorcha, F. Delbos, F. Gaspar, E. and Horaud, T. 1993.
Study of heterogeneity of chloramphenicol acetyltransferase (CAT) genes in streptococci
and enterococci by polymerase chain reaction: characterization of a new CAT determinant.
Antimicrob. Agents Chemother. 37: 2593–2598
Walsh, C. 2000. Molecular mechanisms that confer antibacterial drug resistance. Nature 406:
775–781
مکانیسم‌های مقاومت‌های آنتی‌بیوتیکی (1)
آنتی‌بیوتیک‌های مهار كننده سنتز پروتئین
مکانیزم‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی در سودوموناس آئروجینوزا
برای دانلود فایل pdf بر روی لینک زیر کلیک کنید
ورود / ثبت نام