Mécanismes multiples de la résistance aux antimicrobiens chez Pseudomonas aeruginosa: notre pire cauchemar

Pseudomonas aeruginosa porte moins de plasmides multirésistants que Klebsiella pneumoniae, développe moins facilement la résistance mutationnelle aux céphalosporines que les espèces Enterobacter, et a moins de résistance inhérente que Stenotrophomonas maltophilia Ce qui rend néanmoins P aeruginosa particulièrement problématique est une combinaison des éléments suivants: résistance intrinsèque de l’espèce à beaucoup de classes de drogue; sa capacité à acquérir une résistance, via des mutations, à tous les traitements pertinents; ses taux élevés et croissants de résistance localement; et son rôle fréquent dans les infections graves Quelques isolats de P aeruginosa sont résistants à tous les antibiotiques fiables, et ce problème semble devoir se développer avec l’émergence d’intégrines qui portent des cassettes de gènes codant pour les carbapénémases et les amikacine acétyltransférases.

Même les souches de Pseudomonas aeruginosa sensibles aux médicaments ont des défenses considérables Comme certaines espèces d’Enterobacteriaceae, P aeruginosa a une AmpC β-lactamase inductible et est intrinsèquement résistante aux β-lactamines qui induisent cette enzyme et sont hydrolysées par elle, par exemple céphalothine et ampicilline De plus, de nombreux antibiotiques sont exclus de la cellule pseudomonale. Cette exclusion a longtemps été attribuée à l’imperméabilité de la cellule, bien que la preuve ait été difficile à concilier avec la découverte que P aeruginosa fabrique copieusement une porine OprF formant une grande membrane externe. pores Au début, on commença à réaliser qu’une grande partie de cette «résistance à médiation par l’imperméabilité» comme on l’appelait à l’époque reflétait effectivement l’efflux de MexAB-OprM, un système de pompe qui élimine les β-lactames, le chloramphénicol , les fluoroquinolones, les macrolides, la novobiocine, les sulfonamides, la tétracycline et le triméthoprime, ainsi que divers colorants et détergents ts Le rôle naturel de MexAB-OprM pourrait être d’enlever les perméats amphipathiques, qui autrement désorganiseraient la membrane cytoplasmique

Vue de la figure grandDownload diapositive Pompe à efflux à trois composants La pompe elle-même MexB, MexD ou MexF, selon le système se trouve dans la membrane cytoplasmique et est attachée via une lipoprotéine de liaison MexA, MexC ou MexE au portail de sortie OprM, OprJ ou OprN Les composants du système Efflux apparaissent en grand type romain; D’autres composants de la membrane apparaissent en petits caractères italiques.Figure Voir grandTélécharger diapositivePompe d’efflux à trois composants La pompe elle-même MexB, MexD ou MexF, selon le système se trouve dans la membrane cytoplasmique et est attachée par une lipoprotéine de liaison MexA, MexC ou MexE à la sortie Les composants du portail OprM, OprJ ou OprN Efflux apparaissent en grand type romain; Li et al ont confirmé récemment le rôle de l’imperméabilité dans la résistance pseudomonale. -OprM Les CMI pour un mutant hautement perméable et déficient en MexAB-OprM étaient les suivantes: carbénicilline, mg / L; ciprofloxacine, mg / L; tetracycline, mg / L; et chloramphénicol, mg / L Ces valeurs de CMI sont considérablement inférieures à celles des isolats cliniques Cette imperméabilité peut être conciliée avec une production abondante d’OprF si de nombreux pores sont non fonctionnels ou s’ils adoptent un diamètre plus petit dans la membrane que dans les liposomes reconstitués

Mutations et résistance

Diverses pénicillines, céphalosporines, carbapénèmes, monobactames, aminoglycosides, fluoroquinolones et polymyxines surmontent les défenses inhérentes de P aeruginosa et sont actives contre la plupart des isolats. Cependant, tous sont susceptibles d’être compromis par la résistance mutationnelle table Mutations aux topoisomérases II et IV confèrent résistance aux fluoroquinolones P aeruginosa a une plus faible susceptibilité inhérente La dérépression de la β-lactamase AmpC chromosomique réduit la sensibilité aux pénicillines et aux céphalosporines, bien que le niveau de résistance dépend du degré de dérépression, qui est plus variable que chez les mutants Enterobacter La régulation positive de MexAB-OprM compromet les fluoroquinolones, les pénicillines, les céphalosporines et, dans une certaine mesure, le méropénème mais pas l’imipénème, et renforce également la résistance à de nombreux autres médicaments qui manquent d’activité antipseudomonale Régulation à la hausse des autres systèmes d’efflux, par exemple e, MexCD-OprJ et MexEF-OprN confèrent une résistance aux fluoroquinolones et à certains β-lactames; La régulation à la hausse de MexXY-OprM affecte également les aminoglycosides Le séquençage du génome suggère qu’il existe au moins des systèmes d’efflux supplémentaires, qui attendent tous une caractérisation

RésistanceMutational chez Pseudomonas aeruginosaTable View largeTélécharger les résistances traductionnelles chez Pseudomonas aeruginosaLes mutations de perméabilité sont largement attribuées à une résistance accrue aux β-lactames et aux fluoroquinolones, mais, encore une fois, une grande partie de ce qui était autrefois imputable à l’imperméabilité est maintenant comprise L’expression réduite de l’OprF n’a qu’un faible effet sur les CMI des β-lactames et des fluoroquinolones . Il existe de meilleures preuves qu’une imperméabilité accrue est un mécanisme de résistance aux aminoglycosides – par exemple, dans les «variants de petites colonies» parfois sélectionnés. Traitement de la gentamicine et des isolats à sensibilité réduite à tous les aminoglycosides Parce que ces derniers n’ont pas d’enzymes modificatrices et ne sont pas résistants aux fluoroquinolones ou aux β-lactamines, l’imperméabilité est plus susceptible d’être le mécanisme de résistance que la réglementation de MexXY -OprM, qui affecte d’autres classes d’antibiotiques s en plus du tableau des aminoglycosides L’imperméabilité aux mutations est importante dans la résistance aux carbapénèmes et survient par la perte de l’OprD, une porine qui forme des canaux transmembranaires étroits accessibles aux carbapénèmes mais pas aux autres β-lactames La perte d’OprD est associée à la résistance à l’imipénème et une sensibilité réduite au méropénème Pour compliquer les choses, OprD est corégulé avec MexEF-OprN; Ainsi, les mutants nfxc mexT qui sont parfois sélectionnés par les fluoroquinolones et non les carbapénèmes ont régulé à la hausse MexEF-OprN et réduit OprD, avec une résistance conséquente aux fluoroquinolones et à l’imipénème, et une sensibilité réduite au méropénème Polymyxines ont longtemps pensé échapper à la résistance mutationnelle stable , mais des CMI de – mg / L ont été observées pour quelques isolats de patients atteints de fibrose kystique, qui reçoivent le médicament nébulisé pendant de longues périodes. Les mécanismes à l’œuvre ne sont pas clairs, mais ils impliquent probablement des modifications de l’architecture membranaire.

Mutations multiples et résistance multidrogue

Aucune mutation ne compromet tous les médicaments antipseudomonaux Néanmoins, l’efflux régulé peut simultanément compromettre les fluoroquinolones et la plupart des β-lactamines, ne laissant subsister que les aminosides qui manquent d’efficacité comme monothérapie antipseudomonale et l’imipénème pour lesquels la résistance mutationnelle évolue à haute fréquence. L’efflux, la perte d’ODP et l’imperméabilité aux aminoglycosides compromettent toutes les classes de médicaments sauf les polymyxines. Chacune des mutations nécessaires se produit dans la cellule par cellule, et bien que l’émergence simultanée soit mathématiquement et biologiquement improbable, l’émergence séquentielle est trop probable. Les mutations qui régulent à la hausse l’efflux peuvent agir de manière additive avec celles qui affectent la perméabilité, l’expression de la β-lactamase ou la susceptibilité à la topoisomérase afin d’exacerber la résistance Accumulation de mutati séquentielle Les hypermutateurs, qui n’ont pas la capacité d’effectuer la correction d’ADN ou la réparation des mésappariements, ou qui utilisent des ADN polymérases avec une fidélité de copie réduite, peuvent faciliter la mise en place d’hypermutateurs, les antibiotiques pouvant choisir des hypermutateurs. que d’autres résistances apparaîtront Des hypermutateurs ont été trouvés dans des échantillons d’expectoration obtenus de patients atteints de mucoviscidose et d’infections chroniques à P. aeruginosa, comparés à des échantillons de patients sans fibrose kystique ayant des infections aiguës

Gènes acquis et résistance multidrogue

De nombreuses β-lactamases et enzymes modificatrices d’aminoglycosides ont été observées chez P. aeruginosa. Certaines d’entre elles sont largement répandues parmi les isolats du sud de l’Europe, de Turquie et d’Asie du Sud-Est, bien qu’elles ne soient pas largement répandues au Royaume-Uni. Comme les enzymes classiques TEM et OXA qui existent également, quoique rarement, chez P aeruginosa, ces enzymes PSE peuvent être contournées avec l’utilisation de carbapénèmes, d’oxyimino-aminothiazolyl céphalosporines, par exemple de ceftazidime, de céfépime ou de céfir monobactamines Cependant, des β-lactamases qui donnent une résistance plus large émergent dans la PER-β-lactamase de P aeruginosa et les types d’OXA à spectre étendu connus sous le nom de β-lactamines à spectre étendu OXA ou OXA-BLSE méritent d’être discutés. Tableau des métallo-β-lactamases IMP et VIM

Table View largeTélécharger slideMétallo-β-lactamases à spectre étendu trouvées chez Pseudomonas aeruginosaTable View largeTexte élargieLes métallo-β-lactamases à spectre étendu trouvées chez Pseudomonas aeruginosaPER-, une β-lactamase de classe A, confèrent une résistance élevée à la ceftazidime, la sensibilité étant rétablie par l’addition de clavulanate, mais il a peu d’effet in vitro sur la pipéracilline; les carbapénèmes sont stables Le PER est fréquemment noté chez le P aeruginosa de Turquie , et il a parfois été trouvé en Europe. Les OXA-BLSE, comme le PER, sont principalement rapportés chez P aeruginosa de Turquie et comprennent OXA-, -, -, – , -, et – mutants d’OXA-, ainsi que le mutant OXA- d’OXA- Comme les BLSE TEM et SHV, les BLSE OXA ont des substitutions de séquences mineures qui étendent considérablement leurs spectres hydrolytiques Tous donnent une résistance aux oxyimino-aminothiazolyl céphalosporines , monobactamines et pénicillines, mais pas aux carbapénèmes Quelques isolats de P aeruginosa de Turquie produisent à la fois des enzymes PER et des BLSE, souvent en association avec de puissantes enzymes modificatrices des aminoglycosides IMP et VIM sont des métallo-β-lactamases qui hydrolysent rapidement les pénicillines, céphalosporines, Les résistances aux pénicillines et aux céphalosporines accompagnent généralement la production, mais la résistance aux carbapénèmes peut également nécessiter la perte de l’OprD. Depuis, l’IMP- a été observée au Japon, où elle est maintenant largement dispersée. bien que ce soit encore rare parmi les souches de P aeruginosa , elle n’a pas été trouvée parmi les souches de P aeruginosa ailleurs; cependant, une enzyme apparentée, IMP-, a été observée chez P aeruginosa au Canada , alors que IMP-, -, -, -, et – ont été trouvées chez d’autres espèces et les pays VIM- ont été trouvés chez P aeruginosa à Italie VIM-, dont la séquence d’acides aminés est homologue% à celle de VIM-, a depuis été trouvé en France, en Grèce et en Corée du Sud, tandis que VIM- a été trouvé à Taiwan Les enzymes VIM ressemblent aux types IMP en ce qui concerne leur hydrolytique. propriétés, ils partagent seulement% -% identité des acides aminés Les gènes des enzymes VIM et IMP, comme ceux des OXA-BLSE, sont souvent transportés sous forme de cassettes à l’intérieur des intégrines, qui sont des systèmes naturels de recombinaison promoteur unique Cette organisation facilite la recombinaison génétique. Les gènes de la β-lactamase sont souvent adjacents aux déterminants de l’aminoglycoside -N-acétyltransférase [aac’-b] La souche AP aeruginosa avec cette combinaison de cassettes n’est sensible qu’aux polymyxines, la ciprofloxacine, et, peut-être, aztréonam Si MexAB-OprM est régulé à la hausse par mutation, ou si l’isolat présente des mutations de topoisomérase et d’ampli, alors seule la susceptibilité aux polymyxines demeure

Prévalence de la résistance et de la résistance multidrogue

Les β-lactamines et les aminoglycosides restent actifs contre% -% d’isolats de P aeruginosa aux Etats-Unis et au Royaume-Uni. Néanmoins, la résistance est plus fréquente localement, notamment dans les unités de prise en charge des brûlures ou de fibrose kystique ou dans les unités de soins intensifs L’excès de résistance aux aminoglycosides dans les isolats de patients atteints de fibrose kystique est frappant dans le tableau du Royaume-Uni et des États-Unis, tout comme l’excès de résistance aux imipénèmes parmi les isolats de patients des unités de soins intensifs. l’excès de résistance parmi les isolats de patients hospitalisés, comparés à ceux des patients ambulatoires Les enquêtes Snapshot ont été réalisées en, et ont montré une faible augmentation de la résistance parmi les souches de P aeruginosa au Royaume-Uni ; cependant, la résistance à la ciprofloxacine en particulier, mais aussi à la pipéracilline et à la gentamicine, a récemment augmenté parmi ces souches aux États-Unis.

Tableau View largeTélécharger un diaporamaTendances de résistance chez des isolats de Pseudomonas aeruginosa aux États-Unis et au Royaume-UniTable View largeTélécharger un diaporamaTendances de résistance chez des isolats de Pseudomonas aeruginosa aux États-Unis et au Royaume-Uni

Tableau View largeTélécharger slideResistance et résistance multidrogue parmi les isolats de Pseudomonas aeruginosa testés avec un panel d’antibiotiques aux Etats-Unis, -Table View largeTélécharger slideResistance et résistance multidrogue parmi les isolats de Pseudomonas aeruginosa testés avec un panel d’antibiotiques aux Etats-Unis, –

Figure Vue largeDownload slideRésistance aux concentrations chez les souches de Pseudomonas aeruginosa aux États-Unis, – Les données proviennent de The Surveillance Network Database USA TSN; Focus Technologies En fonction de l’année, – les hôpitaux ont participé et, -, les isolats ont été testés; Cependant, tous les isolats n’ont pas subi de tests avec tous les antibiotiques. Voir en grandDétailler la résistanceRésistance aux souches de Pseudomonas aeruginosa aux États-Unis, – Les données proviennent de la base de données du réseau de surveillance USA TSN; Focus Technologies En fonction de l’année, – les hôpitaux ont participé et, -, les isolats ont été testés; Itokazu et al ont comparé des organismes résistants à la ceftazidime% et sensibles à la ceftazidime à un total d’isolats de P aeruginosa prélevés sur des patients dans des unités de soins intensifs à travers le Royaume-Uni. Les isolats résistants à la ceftazidime présentaient des taux plus élevés de résistance à la gentamicine% de résistance à la gentamcine vs% de ceux sensibles à la ceftazidime, amikacine% vs% et imipénem% vs%, malgré le fait que la résistance aux aminoglycosides et à l’imipénème est mécanistiquement indépendant de la plupart des tableaux de résistance à la ceftazidime. Les données de P aeruginosa recueillies par The Surveillance Network Base de données USA Focus Technologies; Herndon, VA montrent également des proportions croissantes d’isolats résistants à de multiples antibiotiques, avec ~% d’isolats maintenant résistants à ≥ l’amikacine, la ceftazidime, la ciprofloxacine, la gentamicine, l’imipénème et la pipéracilline-ticarcilline et le% résistant à tous Il semble probable que la plupart de cette multirésistance reflète l’accumulation de multiples mutations, bien que cette hypothèse reste à confirmer par des études moléculaires, et bien que des rapports d’autres parties du monde documentent la résistance multidrogue extrême associée aux gènes de résistance acquis. à Thessalonique, en Grèce, une souche de sérotype O: avec une β-lactamase VIM et une résistance croisée à l’aztréonam, aux aminoglycosides et à la ciprofloxacine a persisté pendant des années, avec des isolats de cette souche récupérés . P aeurginosa, avec l’enzyme étant trouvée dans les organismes dans les hôpitaux étudiés K Lee, JB Lim, JH Yum, D Yong, Y Chong, J M Kim et DML, communication personnelle De plus, une étude détaillée dans un hôpital coréen a révélé la dissémination de blaVIM, liée à aac’-b, dans plusieurs lignées de P aeruginosa. Certains isolats sont restés sensibles à l’aztréonam, mais d’autres n’ont pas

Prévenir et gérer la résistance multidrogue

La sélection des mutants résistants, un risque associé à toute thérapie antipseudomonale, varie en fonction du type et de la posologie de l’antibiotique utilisé et le site d’infection Carmeli et al a montré un risque de sélection plus élevé pour la résistance à l’imipénem plutôt qu’à la ciprofloxacine. ou pipéracilline, a été utilisé; cependant, la traduction de cette observation en gestion du risque est compliquée par le fait que le mécanisme de résistance à l’imipénème est étroit dans le spectre et, sans doute, moins dérangeant que les mécanismes de résistance à spectre plus large sélectionnés par d’autres antibiotiques. , il y a un argument fort pour l’utilisation du méropénème plutôt que d’autres β-lactamines, parce que le développement de la résistance franche au méropénem nécessite des mutations régulées efflux et perte de l’OprD, alors que la résistance à d’autres médicaments peut résulter de mutations simples. Les différences de comportement pseudomonale en réponse au méropénème et à l’imipénème ont été largement discutées ailleurs On suppose souvent que la thérapie combinée empêchera la sélection de la résistance mutationnelle, mais les preuves sont rares. De plus, des mutations uniques d’efflux peuvent affecter à la fois le lactames et les fluoroquinolones, sapant ainsi l’utilisation de combinaisons de ces médicaments L’émergence de la multirésistance en association avec les plasmides et les intégrines est moins prévisible que la résistance mutationnelle car elle dépend de l’échappement aléatoire des gènes vers l’ADN mobile psychanalyse. Cependant, une fois cette résistance apparue, la souche hôte peut se propager chez les patients ou disséminer la résistance. La première situation se produit plus fréquemment, comme avec la diffusion de P aeruginosa du sérotype O: avec l’enzyme VIM à Thessalonique, Grèce Dans de tels cas, les meilleures réponses pour prévenir la dissémination de la résistance sont le contrôle des infections et l’élimination des utilisation inutile d’antibiotiques à large spectre Dans certains cas, par exemple, dans des foyers de VIM en Corée, d’IMP au Japon et de PER en Turquie, des plasmides codant des β-lactamases puissantes associées à des enzymes modificatrices d’aminoglycosides ont été disséminés parmi les souches aeruginosa, rendant le contrôle encore plus difficile. Lorsque les souches ont de multiples résistances mutationnelles ou acquises, le choix du traitement y est souvent terriblement limité, surtout parce que la plupart des cliniciens préfèrent utiliser une combinaison synergique pour les infections pseudomonales graves. Aucune nouvelle fluoroquinolone n’offre une meilleure activité antipseudomonale que la ciprofloxacine, et aucune ne conserve son activité contre les isolats résistants à la ciprofloxacine où la résistance est mutationnelle, la tobramycine et le méropénème les médicaments les plus susceptibles de retenir l’activité, parce qu’ils sont l’aminoglycoside et le β-lactame ayant la meilleure activité inhérente contre P. aeruginosa. Les isolats à résistance efflux au méropénem, ​​aux pénicillines et aux céphalosporines pourraient toutefois conserver leur sensibilité à l’imipénème, et Bien que le méropénem soit habituellement le carbapénème le plus actif, cette possibilité doit toujours être prise en considération. Les carbapénèmes conservent leur activité contre les isolats avec les enzymes PER et les BLSE, et les monobactames conservent leur activité contre certains isolats avec des enzymes IMP ou VIM Isepamicine un aminoglycoside souvent disponible pour une utilisation compatissante. Dans les zones si elle n’est pas homologuée pour une telle utilisation, les enzymes AAC modificateurs des aminoglycosides qui accompagnent souvent les β-lactamases puissantes peuvent être négligées. Dans les cas où toutes les chances d’utilisation des β-lactamines, des aminoglycosides et des quinolones sont perdues, les polymyxines restent des médicaments. de dernier recours; En dépit de leur toxicité significative, ils ont été utilisés avec succès Levin et al ont rapporté que l’utilisation de la polymyxine E colistine par voie intraveineuse était efficace chez% des patients traités pour des infections à Pseudomonas et Acinetobacter multirésistantes, bien qu’elle ait été associée à un taux d’échec La clinafloxacine était légèrement plus active que la ciprofloxacine, mais son développement a été suspendu et aucun autre antibiotique antipseudomonale n’est en développement avancé. À long terme, les inhibiteurs de l’efflux multidrogue sont utilisés pour le traitement des pneumonies. sont prometteurs pour les fluoroquinolones ou les β-lactamines , et les inhibiteurs de la métallo-β-lactamase font l’objet d’une étude en laboratoire À moins de développer de nouveaux médicaments, il est difficile de conclure que les souches de Pseudomonas multirésistantes l’augmentation de la réalité et que l’utilisation de polymyxines va augmenter, malgré leur toxicité

Remerciements

Je suis reconnaissant à Focus Technologies de Herndon, Virginia, pour la permission d’utiliser les informations de The Surveillance Network Database USA Je suis particulièrement reconnaissant à Mark Jones d’avoir réalisé des analyses personnalisées de ces données. Je voudrais également remercier le Dr Lee Seoul, Corée du Sud pour citer ses résultats inédits