Importancia de las Mutaciones en la Resistencia a los Antibióticos

• AUTOR : Woodford N y Ellington MJ
• TITULO ORIGINAL : The Emergence of Antibiotic Resistance by Mutation
• CITA : Clinical Microbiology and Infection 13(1):5-18, Ene 2007
• MICRO : A menudo se consideran los mecanismos horizontales de resistencia como los principales mediadores en la resistencia antibiótica. Sin embargo, la resistencia por mutación tiene importancia clínica en ciertas especies bacterianas como Mycobacterium tuberculosis y Helicobacter pylori o al considerar ciertos antibióticos como fluoroquinolonas y oxazolidinonas.

Las bacterias tienen la capacidad de adaptarse con rapidez a condiciones cambiantes, como lo demuestran con la aparición de resistencia a los antibióticos. La introducción de nuevos antibióticos a la práctica clínica provoca nuevos desafíos a las bacterias para sobrevivir.

Las mutaciones espontáneas asociadas con resistencia a casi todos los antibióticos pueden generarse in vitro, si bien la frecuencia varía ampliamente, según la especie bacteriana y el agente utilizado. Al principio, las bacterias portadoras de mutaciones de resistencia pueden ser temporariamente menos «aptas» que las cepas salvajes, pero con el tiempo adquieren mutaciones compensadoras que mejoran su supervivencia.

Los autores revisaronn de manera ejemplificada los mecanismos de resistencia por mutación e intentaron explicar aquellos que contribuyen a la emergencia y la diversidad de la resistencia.

Mutación como principal efector de resistencia: clases de antibióticos

La resistencia antibiótica a través de mutaciones se observa rápidamente con rifampicina, ácido fusídico, estreptomicina y, en forma más lenta, con fluoroquinolonas y oxazolidinonas.

Las fluoroquinolonas son antibióticos bactericidas cuyo blanco objeto de acción son dos 2 enzimas con sus respectivas subunidades (topoisomerasa II [ADN girasa] y IV) esenciales para el enrollamiento del ADN bacteriano. La resistencia a las fluoroquinolonas es progresiva y resulta de sustituciones sucesivas de aminoácidos de las subunidades que aumentan la concentración inhibitoria mínima (CIM). La mayoría de las mutaciones se localizan en sitios específicos, regiones determinantes de resistencia a las quinolonas.

El principal sitio de acción de las fluoroquinolonas en las bacterias gramnegativas es la enzima ADN girasa. La resistencia adquirida por mutación de subunidades se combina con mutaciones que afectan la expresión de bombas de eflujo. El principal sitio de acción de las fluoroquinolonas en las bacterias gram positivas es parC . Las fluoroquinolonas no fluoradas (garenoxacina) son menos propensas a seleccionar resistencia bacteriana debido a la acción simultánea sobre la topoisomerasa IV y las ADN girasa.

El linezolid, la primera oxazolidinona autorizada, actúa inhibiendo la síntesis de proteínas al impedir la formación del complejo de iniciación ribosómico 70S. Las bacterias no tienen genes de resistencia preexistentes frente a este fármaco, al ser un antibiótico sintético. No obstante, se ha observado resistencia en Staphylococcus aureus, Staphylococcus coagulasa negativos y estreptococos a través de mutaciones en los genes que codifican ARNr 23S. La frecuencia de mutaciones es baja por la presencia de múltiples copias de genes bacterianos que codifican la proteína 23S ADNr. Se necesitan varias recombinaciones intracromosómicas para lograr resistencia fenotípica a linezolid que se distribuya a varios alelos ADNr y una sola mutación genética suele ser insuficiente. La CIM frente a este antimicrobiano depende del número de alelos ADNr portadores de resistencia al linezolid.

Mutación como mecanismo principal de resistencia: bacterias
La resistencia encontrada en cepas clínicas se diferencia de la resistencia por mutación seleccionada in vitro. La mutación representa la principal y la única causa de resistencia clínica en algunas bacterias como Mycobacterium tuberculosis. La resistencia a todos los tuberculostáticos se debe a mutaciones. El tratamiento combinado es obligatorio para combatir este patógeno. No se recomienda monoterapia por el elevado riesgo de selección de cepas resistentes. Otra bacteria que requiere tratamiento combinado triple con claritromicina, metronidazol y amoxicilina o tetraciclina es H. pylori. La resistencia a estos antibióticos es secundaria a mutaciones cromosómicas.

La mutación modifica la resistencia fenotípica

La resistencia antibiótica intrínseca afecta a todos los miembros de una determinada especie o género de bacterias debido a la imposibilidad del antibiótico de alcanzar su sitio de acción, falta de afinidad del antibiótico por el sitio de acción, presencia de bombas de eflujo o de otros mecanismos de resistencia cromosómica.

Otro ejemplo de resistencia intrínseca es AmpC (cefalosporinasas codificadas cromosómicamente presentes en varios miembros de la familia Enterobacteriaceae) que se modifica en forma importante con la mutación. Por ejemplo, la AmpC de Escherichia coli se expresa sólo en bajos niveles y rara vez tiene importancia clínica. No obstante, las enzimas AmpC tienen valor terapéutico en otras especies, como las de Enterobacter y Citrobacter, que expresan enzimas inducibles, proceso que es modificado por los antibióticos betalactámicos. Los aislamientos con AmpC inducible no son fenotípicamente resistentes a la cefotaxima o a la ceftazidima, ya que estos antibióticos son malos inductores de la síntesis de betalactamasas. Sin embargo, si estos betalactámicos se utilizan para tratar infecciones secundarias a cepas AmpC inducibles existe riesgo de que se desrrepriman mutantes AmpC previamente reprimidas. El 20% de los pacientes con bacteriemia por especies de Enterobacter tratados con cefalosporinas de tercera generación desarrollan presentan resistencia fenotípica a cefotaxima y ceftazidima.

La introducción de nuevos antibióticos ejerce nueva presión de selección bacteriana y determina la aparición de nuevos tipos de resistencia. Por ejemplo, las enzimas AmpC tienen muy poca actividad frente a las cefalosporinas de cuarta generación (cefepima y cefpiroma). Sin embargo, aislamientos in vitro informan cepas AmpC con enzimas mutantes de espectro ampliado (incluye cefepima y cefpiroma).

La resistencia a los glucopéptidos de los enterococos se debe a un complejo grupo de genes de resistencia (VanA, VanB, entre otros). Las mutaciones también pueden generar enterococos VanA, VanB con moderados niveles de resistencia (CIM ≤< 16 mg/l) a los glucopéptidos de segunda generación, como la oritavancina.

La regulación global del locus existe en algunas bacterias. Por ejemplo, el locus regulador de virulencia agr de S. aureus tendría desempeñaría un papel en el desarrollo de resistencia en niveles de resistencia intermedia a los glucopéptidos (fenotipo GISA, CIM de vancomicina 8-16 mg/l). Se desconoce el mecanismo molecular de resistencia, pero las características fenotípicas incluyen paredes engrosadas y sobreproducción de precursores peptidoglicanos que contienen D-alanina-D-alanina.

El papel de la mutación en la evolución de los genes de resistencia

Los principales medios de diseminación de los genes de resistencia adquirida son conjugación, transformación o transducción. Muchos mecanismos de resistencia de importancia clínica son adquiridos. Los genes que codifican resistencia se incorporan a plásmidos, transposones o integrones o pueden existir como casetes genéticos liberados de otras células bacterianas muertas.

Las betalactamasas de espectro ampliado confieren resistencia a penicilinas, cefalosporinas de segunda y tercera generación (cefuroxima, cefotaxima, ceftazidima) y monobactámicos, pero no a cefamicina ni carbapenémicos. La mayoría de las enzimas de espectro ampliado forman parte de dos 2 familias principales (TEM y SHV) y se encuentran fundamentalmente en Enterobacteriaceae. Las enzimas prototipos son TEM-1 y TEM-2, penicilinasas sin actividad significativa frente a cefalosporinas de espectro ampliado, que son inhibidas por ácido clavulánico y tazobactam. No obstante, existen muchas variantes de estas enzimas prototipos capaces de hidrolizar a cefotaxima y ceftazidima o de resistir la acción de los inhibidores de las betalactamasas.

En la actualidad existen 150 y 90 variantes TEM y SHV, respectivamente. La presión de selección por el uso continuo de betalactámicos provocó la aparición de complejas enzimas mutantes TEM con betalactamasas de espectro ampliado (BLEA).

Las enzimas CTX-M son otra familia multialélica de BLEA mediada por plásmidos de importancia en salud pública. A diferencia de TEM y SHV, todas las enzimas CTX-M son BLEA y se describieron más de 50 variantes de CTX-M que se agrupan filogenéticamente en cinco 5 clases. Las CTX-M son cefotaximasas con mayor actividad frente a la cefotaxima que a la ceftazidima, aunque existen representantes de varias clases con actividad catalítica aumentada frente a la ceftazidima.

Hace poco se describió el surgimiento de varias carbapenemasas pertenecientes a betalactamasas clases A, B y D dentro de las bacterias no fermentadoras (espaecies de Pseudomonas y de Acinetobacter) y algunos miembros de la familia Enterobacteriaceae.

Papel del huésped hipermutable en la resistencia por mutación

Los cambios genéticos del ADN bacteriano ocurren se producen a través de diferentes mecanismos (oxidativos, daños alquilantes y errores) introducidos durante la replicación genética (selección de bases, errores de lectura, errores introducidos durante la replicación del ADN).

La corrección de estos errores es importante para evitar mutaciones y mantener fidelidad durante la replicación. La mayoría de los aislamientos bacterianos tienen bajos índices de mutaciones y logran estabilidad genética a largo plazo. Las bacterias con errores durante la síntesis del ADN tienen menor capacidad para reparar el daño nuclear y adquieren, desarrollan y acumulan más mutaciones. Se denominan bacterias hipermutables, expresan un fenotipo mutante y se recombinan con facilidad. Cepas mutantes de E. coli pueden predominar en una población mixta de E. coli en condiciones estables.

Cepas hipermutantes y fibrosis quística

Las bacterias encontradas con mayor frecuencia en la fibrosis quística (FQ) son P. aeruginosa y S. aureus. La antibioticoterapia prolongada indicada en estos pacientes favorece la mutación bacteriana. El 29%-36% de P. aeruginosa presentes en pacientes con FQ tienen aislamientos hipermutantes multirresistentes.

Un estudio realizado en pacientes con FQ y sin ella evaluó la resistencia a los macrólidos de S. aureus y demostró mayor proporción de cepas hipermutantes en los pacientes con la enfermedad. 

Mutantes e hipermutantes en otros contextos

Hay evidencia información significativa (a través de diversos estudios) que apoya la existencia de cepas mutantes entre la población natural de patógenos bacterianos. Sin embargo, la frecuencia de los mutantes mutantes varía en forma notable entre los estudios y, a menudopor lo general, no se correlaciona con cepas resistentes a los antibióticos por mutaciones. Pareciera que algunos fenotipos mutantes mutantes podrían revertir genéticamente o ser inducibles. Sin duda, la hipermutación desempeña un importante papel en el desarrollo de la resistencia antibiótica.

Los autores concluyen señalando que la mutación, como causa de resistencia, tiene mayor repercusión clínica sobre ciertas clases de antibióticos o de bacterias, aunque también puede modificar la forma de expresión de los genes y, a largo plazo, desempeñar un papel importante en la evolución y la diversificación de los determinantes de la resistencia adquirida.

Especialidad: Bibliografía - Infectología