LA REVISTA MÉDICA DEL C.I.E.M.


Los Mecanismos de la Resistencia Microbiana

Julio Chirinos Pacheco

Médico Nefrólogo

Profesor de Farmacología de las Facultades de Medicina de la Universidad Católica de Santa María y de San Agustín

Arequipa, Perú.


Consideramos a la resistencia microbiana como la pérdida de la sensibilidad de un microorganismo a un antimicrobiano al que originalmente era susceptible. Este hecho involucra necesariamente la aparición de un cambio permanente en el material genético del microorganismo, que se transmite a sus descendientes, los que por este motivo resultan también insensibles al antimicrobiano en cuestión. Si bien cualquier microorganismo puede desarrollar resistencia a los antimicrobianos, este fenómeno ha sido estudiado más ampliamente en las bacterias.

Aunque la resistencia no es un fenómeno universal, se afirma que tarde o temprano las bacterias desarrollan resistencia a cualquier antimicrobiano; en realidad, hay algunas excepciones a esta afirmación siendo una de las más notables la ausencia de resistencia, hasta el momento, de Treponema pallidum a la penicilina G.

La resistencia microbiana constituye un problema de grandes implicancias clínicas, pues obliga al desarrollo y utilización de nuevos agentes antimicrobianos, siempre más costosos y muchas veces más tóxicos que los empleados habitualmente en el tratamiento de las infecciones; además ha obligado a abandonar y eliminar del arsenal terapéutico a muchas drogas que inicialmente fueron muy útiles.

Cuando se prueba inicialmente una droga antimicrobiana se le define el espectro de microorganismos sobre los cuales es eficaz o ineficaz. Este patrón inicial frecuentemente va cambiando a medida que la droga se utiliza clínicamente.


Mecanismos Genéticos de la Resistencia Microbiana.

Los cambios genéticos que explican la resistencia pueden producirse por varios mecanismos que involucran ya sea al DNA cromosomal, como en la mutación, o por la adquisición de material genético extracromosomal, por transducción, transformación o conjugación.

En la mutación, aparecen cambios en el cromosoma que pueden ser debidos al azar o a la influencia de agentes físicos o químicos y de hecho no necesariamente debidos a la exposición al antimicrobiano, como se demuestra por la observación de que muchos microorganismos aislados antes de la aparición de los antibióticos han presentado mutaciones que los han hecho insensibles a los antibióticos luego de que éstos fueron descubiertos. Aunque el antimicrobiano no es el causante de la mutación, tiene sin embargo un papel importante en la selección de las cepas resistentes, ya que cuando el antimicrobiano se administra a un paciente con un cultivo bacteriano en el que existen cepas sensibles y otras con mutación que les confiere resistencia, el antimicrobiano eliminará a los microorganismos sensibles dejando solo a los resistentes. La velocidad de aparición de las cepas mutantes es muy variable y puede ocurrir muy rápidamente en algunos casos o por el contrario en forma muy lenta y gradual, a lo largo de los años.

Más comúnmente, la alteración genética que condiciona la resistencia es producida mediante la adquisición, por parte del microorganismo, de genes transportados en plásmidos extracromosomales, mediante transducción, transformación o conjugación.

En la transducción, un virus bacteriófago transfiere DNA extracromosomal bacteriano incorporado en su cubierta proteica, desde una bacteria insensible a una sensible, la cual adquiere la resistencia y la capacidad de transferirla a su descendencia, tal como se ha observado en cepas de Staphilococcus aureus que adquiere resistencia a las penicilinas.

En el proceso de transformación, las bacterias sensibles pueden incorporar DNA del medio ambiente y si éste posee genes que codifican para resistencia, la bacteria se convierte en resistente para uno o más antimicrobianos. El origen del DNA del medio ambiente radicaría en el hecho de que algunas bacterias, en ciertas fases de su crecimiento, son capaces de excretar DNA.

La conjugación es un importante mecanismo de adquisición de resistencia microbiana y consiste en el pasaje de genes (determinantes R) desde una bacteria resistente a una sensible, mediante acoplamiento directo entre las bacterias mediante la formación de un pili sexual. Los factores R pueden contener información para brindar resistencia a varios antimicrobianos a la vez y esto ocurre muy rápidamente, en un solo paso. Para que ocurra la conjugación entre bacterias y la formación del pili sexual, es necesaria la intervención de otro grupo de genes denominado factor de transferencia de la resistencia, sin los cuales no puede realizarse el proceso. El complejo determinante R más el factor de transferencia de la resistencia es conocido como factor R. La aparición de resistencia mediada por factores R es muy importante entre bacterias gram negativas, en especial entre Enterobacterias. Entre los microorganismos capaces de transferir este tipo de resistencia a bacterias sensibles están Escherichia coli, Salmonella, Shiguella, Klebsiella y Pseudomonas aeruginosa. Por este mecanismo se produce resistencia a tetraciclinas, cloramfenicol, sulfonamidas, penicilinas y aminoglucósidos.


Mecanismos Bioquímicos de la Resistencia Microbiana.

Los cambios genéticos producidos dan lugar a diversos tipos de alteraciones bioquímicas en el metabolismo bacteriano, las cuales pueden ser de tres tipos generales : cambios en el sitio de acción del antimicrobiano, producción de enzimas que modifiquen a la droga o disminución de la captación del antimicrobiano.

Se ha demostrado cambios en el sitio de acción del antimicrobiano en los siguientes casos:

a) Para aminoglucósidos, cambios en la proteína receptora de la subunidad 30S.

b) Para beta lactámicos, alteraciones o aparición de nuevas proteínas fijadoras de penicilinas.

c) Para eritromicina y clindamicina, metilación del RNA ribosomal en la subunidad 50S.

d) Para quinolonas, alteraciones en la DNA girasa.

e) Para trimetoprim, cambios en la dihidrofolato reductasa bacteriana.

f) Para sulfonamidas, cambios en la dihidropteroico sintetasa.

g) Para rifamicinas, alteraciones en la RNA polimerasa DNA dependiente.

h) Para vancomicina, cambios en los péptidos de la pared celular bacteriana.

En lo relativo a la adquisición por parte de la bacteria de la capacidad de formar enzimas que inactiven a antimicrobianos, se conocen los siguientes casos: a) Para aminoglucósidos, la aparición de enzimas adenilantes, acetilantes y fosforilantes. b) Para cloramfenicol, la producción de acetiltransferasa. c) Para beta lactámicos, la destrucción de los antibióticos por enzimas beta lactamasas.

Finalmente, los cambios bioquímicos que reducen la captación, ya sea porque reducen el ingreso o porque aumentan la salida o eflujo del antimicrobiano, se han encontrado los siguientes casos: a) Aumento del eflujo: Para tetraciclinas, macrólidos y quinolonas, mediante la adquisición de nuevos sistemas de transporte en la membrana citoplasmática. b) Reducción del ingreso por disminución de la permeabilidad: Para trimetoprim, quinolonas, tetraciclinas, cloramfenicol y beta lactámicos, por cambios en la constitución de la membrana celular externa.

Los mecanismos bioquímicos sólo pueden ser adecuadamente comprendidos si se recuerdan los mecanismos de acción de los antimicrobianos, así como los mecanismos mediante los cuales estas drogas acceden al microorganismo.

Dado que en el momento actual los antimicrobianos más utilizados son los beta lactámicos, los aminoglucósidos y las quinolonas dedicaremos especial atención a la resistencia para estos fármacos.

Resistencia a beta lactámicos: Estos antibióticos tienen un mecanismo de acción común. Inhiben la síntesis de la pared celular bacteriana, en especial la formación de puentes cruzados entre las diversas capas de peptidoglicano, que normalmente brinda rigidez a la pared celular y protege a la membrana celular del ingreso de cantidades excesivas de agua a la bacteria, que ocurriría debido a la elevada concentración de solutos en estos microorganismos. La formación de puentes cruzados es efectuada por proteínas con acción de transpeptidasas, denominadas proteínas fijadoras de penicilinas (PFP). Debe también recordarse que cuando los antibióticos beta lactámicos son expuestos a enzimas del grupo de las beta lactamasas, estos se convierten en inactivos, debido a destrucción (ruptura) del anillo beta lactámico.

Relacionado a este último aspecto, se ha logrado sintetizar antimicrobianos que son resistentes a las beta lactamasas del Staphilococcus aureus, como por ejemplo, la dicloxaclina. Las bacterias gram negativas, como Escherichia coli o Pseudomonas aeruginosa, también han aprendido a sintetizar beta lactamasas que destruyen a los antimicrobianos que clásicamente eran eficaces frente a bacilos gram negativos, como aminopenicilinas, carboxipenicilinas y ureido penicilinas, así como cefalosporinas de primera y segunda generación. Ello obligó al desarrollo de cefalosporinas de tercera generación, de monobactamos y de carbapenems, con la idea de contrarrestar la resistencia microbiana.

Las bacterias gram negativas poseen en el cromosoma un gen (amp C) que codifica para una beta lactamasa más activa frente a cefalosporinas que frente a penicilinas; además, muchos bacilos gram negativos poseen genes reguladores de la producción de esta beta lactamasa ampC. En algunas oportunidades y por procesos de mutación, las bacterias se convierten en productoras de grandes cantidades de la enzima, que aunque no es muy eficaz para destruir los beta lactámicos, es tan grande la producción que al final aparece la resistencia, como se ha observado con Enterobacter cloacae. Existen también casos, como en Escherichia coli resistente a ampicilina, en los cuales la mayor producción de beta lactamasa ampC es debida a modificaciones en la zona promotora del ampC que le permiten una expresión genética más eficaz.

Aunque los mecanismos anteriores tienen cierta importancia, en la mayor parte de casos la resistencia a los beta lactámicos, se debe a la adquisición en la capacidad de sintetizar beta lactamasas mediante la intervención de un plásmido. En las bacterias gram negativas las más importantes de estas beta lactamasas ligadas a plásmidos son la TEM-1 y en menor grado la SHV-1 (en K. pneumoniae) y la PSE-1 (en Pseudomona aeruginosa). Estas enzimas brindan resistencia a las bacterias gram negativas frente a aminopenicilinas, carboxipenicilinas y cefalosporinas de primera y segunda generación. Se ha descrito además la existencia de beta lactamasas de espectro ampliado, ligadas a plásmido, especialmente en Klebsiella pneumoniae, que producen la inactivación de cefalosporinas de tercera generación y monobactamos. Estas enzimas están relacionadas a TEM-1 y TEM-2 (16 enzimas ) y a SHV-1 (4 enzimas), y en ellas sólo hay variación de uno a tres aminoácidos en relación a las beta lactamasas originales TEM-1, TEM-2 y SHV-1. Las beta lactamasas de espectro ampliado no destruyen a la cefoxitina y su actividad puede ser anulada combinando un beta lactámico con un inhibidor de las beta lactamasas como ácido clavulánico o sulbactam. Existe una tercera clase de beta lactamasas de espectro ampliado y que está relacionada a la beta lactamasa ampC que sí brinda resistencia frente a cefoxitina y que no es inhibida por ácido clavulánico ni sulbactam. El imipenen no es afectado por ninguno de los tres tipos de beta lactamasas de espectro ampliado, pero sí por algunas beta lactamasas ligadas a genes cromosómicos, en bacterias como Bacteroides fragilis, Enterobacter cloacae y Serratia.

Se conoce también que existen cepas de estafilococos resistentes a la meticilina. En la mayor parte de estos casos, la resistencia se debe a la producción de una enzima que mantiene la integridad de la pared celular bacteriana a pesar de que las proteinas fijadoras de penicilinas normales son inactivadas por el antibiótico. Esta enzima es una proteína fijadora de penicilina denominada PFP 2a o PFP2`. Esta es codificada por un gen cromosómico adquirido denominado mecA, el que está ausente cuando la bacteria es sensible a meticilina. Este mecanismo explica por qué el 15% de los Staphylococcus aureus hospitalarios, el 75% de Staphylococcus epidermidis y el 80% de Staph. haemolyticus son resistentes a meticilina.

Aunque el mecA está presente sólo en estafilococos, otros microorganismos también fabrican PFP de baja afinidad por los beta lactámicos, como es el caso de los enterococos y de los neumococos resistentes a penicilina. El gen que existe para PFP en estos casos es diferente al de los neumococos sensibles en varios segmentos, los cuales probablemente han sido insertados en el gen original provenientes de otros estreptococos. Observaciones similares han sido efectuadas en cepas de H. influenzae y gonococos resistentes a penicilina G o a ampicilina.

Resistencia a aminoglucósidos: La resistencia a los aminoglucósidos puede ocurrir mediante la intervención de tres mecanismos, que son: a) Variaciones en el receptor, a nivel de la subunidad 30S. b) Modificación enzimática del antibiótico. c) Reducción del ingreso del antibiótico a la célula bacteriana. De estos mecanismos, es indudable que el segundo es el más importante y el que mejor ha sido estudiado. La modificación del aminoglucósido puede efectuarse por fosforilación, adenilación o acetilación. Algunas enzimas bacterianas tienen doble capacidad funcional y pueden ser, por ejemplo, fosforilantes y acetilantes a la vez, como ocurre con la enzima 6` acetilante y 2` fosforilante que brinda capacidad defensiva al estafilococo aureus frente a gentamicina y otros aminoglucósidos; esta enzima fosforila a la gentamicina en 2` mientras que es capaz de acetilar en 6` a la amikacina y kanamicina. Los genes que codifican para esta enzima en estafilococos pueden ser adquiridos de otros estafilococos por plasmidos o por DNA en forma de transposones. Se han descrito también muchas otras enzimas capaces de modificar aminoglucósidos como la 4`-0-nucleotidiltransferasa de bacilos gram negativos como E. coli, Klebsiella o Ps. aeruginosa que puede inactivar a kanamicina, tobramicina o amikacina. La 4`,4``-0-nucleotidiltransferasa modifica a los mismos antibióticos y es producida por Serratia y varios estafilococos. La 3`-0-fosforiltransferasa inactiva a kanamicina y tobramicina y puede ser producida por diversos bacilos gram negativos como E. coli, Serratia, Proteus y Ps. aeruginosa. Los aminoglucósidos más importantes pueden ser inactivados por acetilación mediante la 3`-N-acetiltransferasa o por la 6`-N-acetiltransferasa producidas especialmente por bacilos gram negativos.

Dado que los antibióticos aminoglucósidos deben ingresar al interior de las bacterias para impedir la síntesis proteica y teniendo en cuenta que el ingreso de estas drogas es un proceso activo que involucra la intervención de mecanismos oxidativos, las bacterias han logrado desarrollar resistencia a los aminoglucósido bloqueando su ingreso, es decir haciéndose impermeables al antibiótico, tal como se ha observado en Ps. aeruginosa. La adición de antibióticos de pared como las penicilinas a la terapia con aminoglucósidos puede incrementar la entrada del aminoglucósido al interior de la bacteria aumentando así la eficacia de la acción antimicrobiana.

Finalmente, los cambios en la composición de la proteína receptora en el ribosoma 30S tienen menor importancia clínica. Estos cambios, algunas veces en un solo aminoácido de la proteína ribosomal pueden ocurrir por mutación. Porcentajes importantes de Streptococcus faecalis no son capaces de ligar aminoglucósidcos y ello explica la resistencia que puede ocurrir por parte de estos gérmenes a la estreptomicina. En estos caos no hay sinergismo entre penicilinas y aminoglucósidos.

Resistencia a la Quinolonas Fluoradas: Las quinolonas son los quimioterápicos antimicrobianos que han tenido un mayor desarrollo en los últimos 10 años. Actúan tanto sobre bacterias extracelulares como sobre las intracelulares y su actividad antimicrobiana depende de su capacidad de inhibir a la DNA girasa, complejo enzimático formado por subunidades A y B, que interviene en los procesos de replicación y de transcripción del DNA.

Se está observando un incremento en la resistencia a las fluoroquinolonas. Esta depende en algunos casos de mutaciones que pueden conferir resistencia a fluoroquinolonas, pero ocurre con menor frecuencia que para quinolonas no fluoradas como el ácido nalidíxico.

Las mutaciones pueden ocurrir ya sea en las subunidades de la DNA girasa, como se ha observado en Escherichia coli o en las porinas, proteínas de la membrana celular externa, a través de las cuales ingresan las quinolonas. La mutación es estas porinas reduce el ingreso del quimioterápico a la bacteria, lo que naturalmente disminuye su eficacia. En muchos casos la disminución de la acumulación intrabacteriana de quinolonas depende de un mecanismo activo de eflujo del quimioterápico, mecanismo localizado en la membrana citoplasmática de la bacteria. Las bacterias con alta tasa de resistencia las quinolonas suelen combinar mecanismos de mutación tanto en la DNA girasa como en las porinas. Recordemos que algunos antibióticos, como tetraciclinas y cloramfenicol requieren también de las porinas para ingresar a los microorganismos, por lo que en muchos de estos casos se observará resistencia cruzada entre quinolonas y otros antimicrobianos. Entre nosotros, probablemente debido a la gran frecuencia de utilización, se está observando marcado incremento en la resistencia las fluoroquinolonas, especialmente en bacilos gram negativos.

La frecuencia de aparición de resistencia los antimicrobiaos es tan grande y tan rápida que aparentemente está ganando a la velocidad con que se obtienen nuevos antimicrobianos. Por otro lado, la resistencia no ocurre para un solo antimicobiano sino que en la mayor parte de los casos tiene un carácter múltiple, por lo que en futuro muy cercano, la mayor parte de las infecciones podrían ser producidas por microorganismos con múltiple resistencia. El control en el uso de antimicrobianos se hace cada vez más necesario y evidentemente contribuirá al control en la velocidad de aparición de resistencia.

El uso de antimicrobianos requiere de un adecuado conocimiento de las características y potencialidad de cada droga y de un preciso criterio clínico para utilizar los antimicrobianos sólo en aquellos casos en que están indicados y en caso de tomar la decisión de usarlos, aplicarlos en las dosis adecuadas y por el tiempo suficente.

Tenemos la esperanza de que este artículo contribuya a tomar conciencia del fenómeno de resistencia microbiana y que ello nos permita tomar actitudes que reduzcan la incidencia y gravedad de este problema.


Bibliografía

1. Handwerge S., & Tomasz A. (1986): Alterations in kinetic properties of penicillin-binding proteins of penicillin- resistant Streptococcus pneumoniae. Antimicrob. Agents Chemother. 30: 57.

2. Korfmann G., & Wiedeman B. (1988): Genetic control of beta lactamase production in Enterobacter cloacae. Rev. Infect. Dis. 10: 793.

3. Philippon A., Labia R., & Jacoby G. (1989): Extended spectrum beta lactamases. Antimicrob. Agents Chemother. 33:1131.

4. Gómez R. (1995): Nuevos antibióticos de administración oral en el tratamiento de las infecciones de las vías respiratorias. Mad Infect. 2: 72.

5. Sande M., Kapusnik-Uner J., & Mandell G. (1991): Agentes Antimicrobianos. Consideraciones Generales. En Goodman y Gilman Las Bases Farmacológicas de la Terapéutica, Editorial Médica Panamericana. Bs Aires, 1991. pag 991.

6. Jacoby G., & Archer G. (1991): New Mechanisms of Bacterial Resistance to Antimicrobial Agents. New Engl. J. Med. 324: 601.

7. Ounissi H., Derlot E., & Courvalin P. (1990): Gene homogeneity for aminoglycoside-modifying enzimes in gram- positive cocci. Antimicrob. Agents Chemother. 34: 2164

8. Yoshida H., Bogaki M., Nakamura M., & Nakamura S. (1990): Quinolone resistance-determining region in the DNA gyrase gyrA gene of Escherichia coli. Antimicrob. Agents Chemother. 34: 1271.


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