مکانیسم مقاومت داروئی در باکتری‌ها

دکتر میرنژاد

بدون شک مهم‌ترین آنتی‌بیوتیک‌ها، آنتی‌بیوتیک‌های مهار کننده سنتز دیواره سلولی هستند. دسته مهم این آنتی‌بیوتیک‌ها شامل آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام می‌باشد که شامل کارباپنم‌ها، سفالوسپورین‌ها، سفامایسین‌ها، منوباکتام‌ها و پنی‌سیلین‌ها هستند. امروزه مقاومت به این آنتی‌بیوتیک‌ها بسیار رایج بوده بطوریکه اغلب عوامل ایجاد کننده عفونت‌های بیمارستانی به بيشتر این داروها مقاوم شده‌اند. با توجه به این که کنترل و درمان عفونت‌های ناشی از این باکتری‌ها مستلزم آشنائی با مکانیسم‌های ایجاد کننده مقاومت می‌باشد در این مقاله و مقالات بعدی اشاره‌ای کوتاه به نحوه مقاومت باکتری‌ها به آنتی‌بیوتیک می‌گردد.

مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام

مقاومت اکتسابی باکتری‌ها به آنتی‌بیوتیک‌هاي بتالاکتام احتمالاً از طريق جهش ژن‌های کروموزومی یا انتقال از راه پلاسمید بدست آمده است. عموماً تغییرات وابسته به کروموزوم در حساسیت به آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام شامل تغییر در نفوذ پذیری آنتی‌بیوتیک یا تغییر در توانایی پروتئین‌های باند کننده به پنی‌سیلین‌ها (PBP) برای شناسایی آنتی‌بیوتیک‌ها می‌باشد، اما بعضی از بتالاکتامازها توسط کروموزوم کد می‌شوند. مقاومت کد شده توسط پلاسمید نسبت به بتالاکتام‌ها، همیشه بصورت معرفی یک ژن بتالاکتاماز می‌باشد.

تغییر در نفوذ پذیری باکتری

نفوذ پذیری باکتری‌ها نسبت به بتالاکتام‌ها، ممـــــــــــــکن است در اثر تغییر در پورین‌ها یا تغيير در لیپوپلی‌ساكارید‌های غشاء خارجی، کاهش یابد. غشاء خارجی باكتري‌هاي گرم منفی بصورت غیر قرینه است، یعني پورین‌ها و لیپوپلی‌ساکارید در قسمت خارجی آن قرار دارند. اشريشیا کلی حدود10⁵× 1 مولکول پورین در هر سلول دارد كه می‌تواند بصورت‌های کانال‌های بزرگ (OmpF) یا کوچک (OmpC) باشد. در ابتدا، وقتی كه غشاء خارجی اشریشیا کلی دارای کانال‌های OmpC شده است، کاربنی‌سیلین و سایر داروهایی که معمولاً به آهستگی نفوذ می‌کنند، بطور اساسی قادر به ورود به باکتری نیستند. برخلاف سویه‌های اشریشیا کلی، سویه‌های انتروباکتر کلوآكه و سودوموناس ائروژینوزا به وضوح با تغییر در ترکیب لیپوپلی ساکاریدشان در مورد حساسیت به پنی‌سیلین با اشریشیا کلی تفاوت دارند.

(2) تغییر در افینیتی اهداف آنتی بیوتیک

دومین مکانیسم مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام شامل تغییر در تمایل PBPها نسبت به آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام می‌باشد. بزرگترین ضربه کلینیکی حاصل از این مکانیسم، ظهور استافیلوکوک اورئوس‌های مقاوم به پنی‌سیلین بوده است. سایر باکتری‌هایی که مقاومتشان نسبت به بتالاکتام‌ها بدليل تغییر در PBP است عبارتند از: کلستریدیوم پرفرنژنز (مقاومت به تمام پنی‌سیلین‌ها)، هموفيلوس انفلوانزا و سراشیا (مقاومت به سفالوسپورین‌هاي نسل سوم و بعضی از پنی‌سیلین‌ها) و نایسریا گونوره آ و استرپتوکوک پنومونیه (مقاومت به پنی سیلین G).

نقص در القاء اتولیز

بنظر می‌رسد که بعضی از باکتری‌ها نسبت به بتالاکتام‌ها تحمل پیدا کرده‌اند. آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام در این باكتري‌ها نمی‌توانند آنزیم‌های اتولیتیک القاء كنند و نسبت MBC به MIC بیشتر یا مساوی 32 می‌باشد. این بدان معنی است که پنی‌سیلین یا سفالوسپورین بیشتر از اينكه باکتریوسید باشد، باکتریواستاتیک است، مگر اینکه میزان بسیار زیادی آنتی‌بیوتیک مصرف شود. این امر در درمان افراد با ایمنی سرکوب شده و یا بیماران نوتروپنی مشکل ایجاد می‌کند. باکتری‌هایی که گاهگاهی تحمل به بتالاکتامها را نشان می‌دهند عبارتند از: لیستریا منوسیتوژنز، استافیلوکوک اورئوس، استافیلوکوک اپیدرمیدیس، استرپتوکوک آگالاکتیه و استرپتوکوک سانگوئیس؛ تمام این باکتری‌ها گرم مثبت می‌باشند.

تأثیر بتالاکتامازها

پردردسرترين مكانيسم‌هاي مقاومت به آنتي‌بيوتيك، متعلق به بتالاكتامازها بوده است. يك بتالاکتاماز، آنزیمی است که بصورت غیرکووالانت به آنتی‌بیوتیک‌هاي بتالاکتام باند می‌کند و با تشکیل یک پیوند کووالانت، سبب هیدرولیز باند آمیدی حلقوی حلقه لاکتام و آزاد شدن آنتی‌بیوتیک تغییر یافته (غیرفعال) می‌گردد. بتالاکتامازها براي آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام، با PBPها رقابت می‌کنند. امروزه بیشتر از 100 نوع بتالاکتاماز شناخته شده که هر کدام الگو، اختصاصیت و تمایل مربوط به خود را دارند. اگر چه بتالاکتامازها در بین باكتري‌هاي گرم مثبت و منفی بسیار پخش شده‌اند، اما بنظر می‌رسد که توزیع آنها به صورت چند دسته بندي بزرگ است که دو نوع طبقه بندی زیر بسیار معمول می‌باشد.

اولین سیستم طبقه بندی مولکولی Ambler می‌باشد که براساس همولوژی پروتئین یا تشابه آمینواسیدی این پروتئین‌ها، بتالاکتامازها را به 4 کلاس اصلی دسته بندی می‌کنند که عبارتند از A، B، C و D (شکل 1). در این نوع طبقه بندی ویژگی‌های فنوتیپی مد نظر قرار نمی‌گیرد. در این نوع طبقه بندی، کلاس‌های A، C، D بتالاکتامازهای حاوی سرین می‌باشند، در مقابل آنزیم‌هایی که در کلاس B قرار گرفته‌اند، در واقع متالوبتالاکتامازها هستند که برای فعالیت خود نیاز به فلز روی دارند. این سیستم زیرمجموعه سیستم‌های M.H.Richmond R.B.Sykes می‌باشد که در آن طبقه بندی بر اساس نوع سوبسترا، ژن‌های کد کننده، بیان ژن و وزن مولکولی می‌باشد.

شکل 1: دیاگرام شماتیک سیستم طبقه بندی آمبلر

سیستم طبقه بندی رایج دیگر در خصوص بتالاکتاماز ها سیستم Bush jacoby medeiros می‌باشد که در آن بتالاکتامازها براساس نوع سوبسترا و مطالعات مهاری طبقه بندی می‌شوند (جدول 1 و 2). بتالاکتامازهای باكتري‌هاي گرم مثبت که در این سیستم در یک کلاس واحد قرار دارند، آنزیم‌هایی هستند که به مقدار زیاد تولید شده و به محیط خارج ترشح می‌شوند، بطوریکه در خارج سلول می‌توانند بتالاکتام‌ها را غیرفعال کنند. دراین حالت، آنها از باکتری‌هایی که خودشان بتالاکتاماز تولید نمی‌کنند، نیز حفاظت می‌کنند. این پدیده اثر تلقيح (Inoculum effect) نامیده می‌شود و به هر آنزیم غیر فعال کننده آنتی‌بیوتیکی که توسط باکتری‌های مقاوم به محیط ترشح می‌شود، مرتبط می‌باشد. در باكتري‌هاي گرم منفی، بتالاکتامازها به شش کلاس اصلی تقسیم می‌شوند.

احتمالاً مهم‌ترین بتالاکتامازهای سیستم ريچموند- سایکس در كلاس I قرار دارند. بتالاکتامازهاي کلاس I توسط کلاوولانات یا سولباکتام مهار نمی‌شوند و بعضی از آنها، سفالوسپورین‌های نسل سوم را می‌توانند هیدرولیز نمایند. بیشتر بتالاکتامازها ساختمانی‌اند، اما بتالاکتامازهای استافیلوکوکی و کلاس I توسط سفامندول، سفوکسی‍تین و ایمی‌پنم القاء می‌شوند. بتالاکتامازهای کلاس II تا کلاس IV همگی توسط کلاولانات یا سولباکتام مهار می‌شوند. این بتالاکتامازها به میزان کم تولید شده و محدود به فضای پری‌پلاسمیک می‌باشند. بنابراین نفوذ پذیری غشاء خارجی بسیار بر عملکرد آنها اثر می‌گذارد و اثر تلقیحی نیز وجود ندارد. اگر تغییری در پورین روی دهد که سبب کم شدن نفوذپذیری شود، تأثیر بتالاکتامازها احتمالاً به میزان زیادی افزایش می‌یابد.