Beta-laktam ajanlar, kimyasal yap lar nda ortak. Beta-Laktamlara ve Karbapenemlere Direnç. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri:

Transkript

1 Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: Hastane İnfeksiyonları Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Beta-Laktamlara ve Karbapenemlere Direnç Dr. Zeynep GÜLAY* * Dokuz Eylül Üniversitesi T p Fakültesi, Mikrobiyoloji ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dal, zmir. Beta-laktam ajanlar, kimyasal yap lar nda ortak bir beta-laktam halkas tafl yan ve hücre duvar sentezini inhibe ederek antibakteriyel etki gösteren genifl bir antibiyotik grubudur (1). Beta-laktam halkas na ba l yan zincirler ve di- er halkalara göre penisilinler, sefalosporinler, monobaktamlar, karbapenemler ve beta-laktamaz inhibitörleri olmak üzere 5 temel s n fa ayr - l rlar (2,3). Beta-laktam antibiyotikler gerek toplum gerekse hastane kökenli infeksiyonlar n tedavisinde kullan lan antibakteriyel ajanlar n bafl nda gelmektedir. Ancak bu yayg n kullan ma paralel olarak bakterilerin de yeni direnç mekanizmalar gelifltirdi i ve beta-laktam antibiyotiklere direnç oranlar n n giderek artt gözlenmektedir. Örne in, 1995 y l nda 35 olan genifllemifl spektrumlu beta-laktamazlar n (GSBL) say - s, günümüzde 100 ü aflm flt r (4). Hatta son y llarda, etki spektrumu ve beta-laktamazlara dayan kl l nedeniyle, özellikle ço ul dirençli gram-negatif bakteri infeksiyonlar nda bir son silah gibi görülen karbapenemlere karfl da direnç oranlar n n artt izlenmektedir. Direnç nedeniyle ortaya ç kabilecek tedavi baflar s zl klar n en aza indirgemek için güncel direnç mekanizmalar n anlamak ve bunlar n etkileyebilece i antibiyotik s n flar n tahmin edebilmek önem tafl maktad r. Bu nedenle, bu derlemede betalaktamlara direnç mekanizmalar ele al nacakt r. BETA-LAKTAM AJANLARA D RENÇ MEKAN ZMALARI Beta-laktam ajanlar hücre duvar sentezinin transpeptidasyon basama nda görev alan transpeptidaz ve karboksipeptidazlara [penisilin ba layan proteinler (PBP)] ba lanarak etki ederler (5,6). Bir beta-laktam ajan n etki gösterebilmesi için, e er varsa d fl zardan ve periplazmik aral ktan geçmesi, hücre zar ndaki PBP lere etkin konsantrasyonda ulaflmas ve bu enzimlere ba lanmas gereklidir (7). Dirençli bakteriler bu basamaklar n her birinde beta-laktam ajanlar için bir engel oluflturabilirler. Örne in, gram-negatif bakteriler porin kanallar n kapatarak geçifli zorlaflt rabilir ve/veya periplazmik aral ktaki beta-laktamazlar beta-laktam antibiyoti i parçalayabilir, baz bakteriler beta-laktamlar n iyi ba lanamad yeni veya de iflmifl PBP ler eksprese edebilir, Pseudomonas aeruginosa gibi baz bakteriler ise aktif pompa sistemleri ile beta-laktamlar hedefine ulaflmadan atabilirler (8-11). Yukar daki aç klamadan da anlafl laca gibi, beta-laktam ajanlara direnç 3 genel mekanizma ile ortaya ç kmaktad r (11,12): 1. lac n hedefine etkin konsantrasyonda ulaflmas n n engellenmesi, 2. Hedef PBP moleküllerinin de iflmesi, 210

2 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. 3. lac inaktive eden beta-laktamazlar n üretimi. Bu mekanizmalardan ilki ve sonuncusu gramnegatif bakterilerde, ikincisi ise gram-pozitif bakterilerde daha s k görülmektedir. Tablo 1 de beta-laktam ajanlara karfl direnç geliflim mekanizmalar, Tablo 2 de çeflitli beta-laktam s n flar - na dirençte önemli olan güncel mekanizmalar ve Tablo 3 de ise de iflik mekanizmalar yayg n olarak kullanan mikroorganizmalar özetlenmifltir. Genel olarak, antibiyotiklere direnç birbiri ile uyumlu çal flan bir dizi mekanizma arac l yla geliflmektedir. Beta-laktam antibiyotiklere direnç de s kl kla yukar da say lan mekanizmalar n birkaç n n ortak etkilerinin bir sonucudur (13). 1. lac n Hedefine Etkin Konsantrasyonda Ulaflmas n n Engellenmesi Bu durum, ilac n hücre içine al nmas ndaki azalmadan veya hedefine ulaflamadan d flar Tablo 1. Beta-Laktam Antibiyotiklere Karfl Direnç Geliflim Mekanizmalar. Temel direnç mekanizmas Özel mekanizma Örnek bakteri Penisilin ba layan proteinlerde de iflim PBP lerin beta-laktamlara ba lanma afinitesini azaltan de ifliklikler Hücrede bulunan PBP lerde de iflim Yak n türlerden transformasyon Penisiline dirençli S. ile gen aktar m ve homolog pneumoniae rekombinasyon ile mozaik gen oluflumu PBP genlerinde nokta mutasyonlar Beta-laktamaz negatif ampisiline dirençli (BLNAR) H. influenzae Yeni PBP yap m Metisiline dirençli S. aureus (MRSA) Beta-laktam antibiyoti i parçalayan enzim Beta-laktamaz üretiminin artt r lmas (beta-laktamaz) üretimi Daha etkin bir promoter kazan m Enterobacteriaceae üyeleri (mutasyon veya genetik aktar m) Beta-laktamaz kontrol mekanizmalar n n bozulmas ndüklenebilir beta-laktamaz olan türlerdeki (E. cloacae, P. aeruginosa vb.) AmpD geni defektli dereprese mutantlar Varolan beta-laktamazlarda etki spektrumu de ifltirecek mutasyonlar n oluflmas TEM-1, TEM-2, SHV-1 betalaktamaz genlerinde nokta mutasyonlar ile GSBL sentezi Genetik aktar m ile yeni betalaktamaz genlerinin kazan lmas Baflta K. pneumoniae olmak üzere tüm Enterobacteriaceae E. faecalis in stafilokokal beta-laktamaz geni lac n hücredeki etkin lac n giriflinin azalmas (porin E.coli OmpF ve konsantrasyonunun protein de iflimi veya kayb ) OmpC mutasyonlar azalt lmas lac d flar atan aktif pompa P. aeruginosa n n üç elemanl sistemleri pompa sistemleri Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 211

3 Gülay Z. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Tablo 2. Çeflitli Beta-Laktam S n flar ve Güncel Direnç Problemleri. Beta-laktam s n f Penisilinler Beta-laktamaz inhibitörleri Sefalosporinler Monobaktamlar Karbapenemler Direnç problemi Metisiline dirençli S. aureus* Penisiline duyarl l azalm fl S. pneumoniae Ampisiline dirençli H. influenzae Enterobacteriaceae üyelerinin kromozomal AmpC tipi beta-laktamazlar n afl r üretimi Plazmid kökenli AmpC tipi beta-laktamazlar nbitörlere dirençli TEM enzimleri (IRT) TEM-1 afl r üretimi Kromozamal AmpC tipi beta-laktamazlar afl r üreten Enterobacteriaceae ve P. aeruginosa GSBL üreten Enterobacteriaceae üyeleri Plazmid kökenli AmpC tipi beta-laktamazlar Kromozomal veya plazmid kökenli AmpC tipi enzim üreten türler GSBL yapan Enterobacteriaceae üyeleri Metallo-beta-laktamaz (IMP ve VIM-tipi) OXA-tipi karbapenem hidrolize eden beta-laktamaz üreten nonfermentatif basiller * Tüm beta-laktamlara dirençlidir at lmas n sa layan aktif pompa sistemlerinden kaynaklanabilir (14). a. D fl membran porin de iflimleri: Antibiyotiklerin etki gösterebilmesi için öncelikle hedeflerine ulaflmas gereklidir. Örne in, beta-laktam ajanlar PBP lere ba lanabilmek için sitoplazmik zar n d fl yüzüne ulaflmal d r. Peptidoglikan tabaka, genifl aral klar nedeniyle antibiyotiklerin bakteri hücresine girifline engel oluflturmaz. Ancak, gram-negatif bakterilerin d fl zar, antibiyotikler ve ortamdan al nacak di er moleküller için yar geçirgen bir engel oluflturmaktad r. Bu nedenle, d fl zar yap s tüm gram-negatif bakterilere gram-pozitiflerden farkl bir avantaj verir. Küçük hidrofilik moleküller d fl zardan ancak içi su dolu kanalc klar olan porinler arac l ile geçebilir (14). Bu nedenle, porin proteinlerindeki yap - y veya iyonik yükü de ifltirebilecek de ifliklikler veya özel porinlerin kayb, esas olarak hidrofilik moleküllerin giriflini engellemektedir. Antibiyotiklerin porinlerden geçifli; flekli, büyüklü ü, yükü ve hidrofilik özelliklerine ba l olarak belirlenir. D fl membran n özel bir beta-laktama karfl geçirgenli inin az olmas o mikroorganizman n do al bir özelli i olmas na karfl n, geçirgenli in sonradan, örne in antimikrobiyal tedavi s ras nda azalmas, porin proteinlerinde bir de iflim meydana geldi ini gösterir. Beta-laktam antibiyotiklerin ço u hidrofilik yan zincirler içerdikleri için porin proteinlerdeki de iflimlerden etkilenmektedir (15). Örne in, P. aeruginosa sufllar nda karbapenemler için özel bir porin olan OprD nin kayb sonucunda bu antibiyotik s n f na karfl direnç geliflmekte, Escherichia coli sufllar nda d fl membran porinlerinden OmpF ve OmpC nin kayb sonucunda beta-laktam minimal inhibitör konsantrasyon (M K) lar nda 8-16 kat art fl görülmektedir (15,16). Porinler ile ilgili de iflimlerin beta-laktam duyarl l nda azalmaya yol açmas tüm gram-negatif basiller için geçerli olmakla birlikte, özellikle P. aeruginosa ve di er nonfermentatif basiller (Acinetobacter baumannii, Stenotrophomonas maltophilia, Burkholderia cepacia) aç s ndan önem tafl maktad r (15). Çünkü bu türlerin d fl membran geçirgenli i di er gram-negatif basillere, örne in E. coli ye göre kez daha azd r ve bu nedenle de iflimlerden daha kolay etkilenmektedir. Porin kayb n n tek bafl na yüksek düzey betalaktam direncine yol açmas nadirdir. Genellikle dirençli sufllarda porin kayb n n yan s ra aktif pompa sistemleri veya beta-laktamaz n afl r üretimi gibi 2. bir mekanizman n daha yer ald gözlenmektedir. Hem aktif pompa sistemleri 212 Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3

4 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. Tablo 3. Beta-Laktam Direnç Mekanizmalar ve Bu Mekanizmalar Kullanan Bakteri Türleri. Mekanizma Genetik geçifl Örnekler PBP lerde de iflim Kromozomal S. aureus S. epidermidis S. pneumoniae H. influenzae N. gonorrhoeae N. meningitidis E. coli P. aeruginosa lac n hücre içine giriflinde azalma Kromozomal P. aeruginosa ve di er nonfermentatifler E. cloacae K. pneumoniae K. oxytoca E. coli Beta-laktamaz üretimi Kromozomal ve/veya plazmid K. pneumoniae E. coli Enterobacter spp. P. aeruginosa A. baumannii S. maltophilia S. aureus S. epidermidis H. influenzae M. catarrhalis N. gonorrhoeae N. meningitidis E. faecalis hem de beta-laktamazlar d fl membrandan az ve yavafl geçen substratlar üzerinde daha kolay etki göstererek direnç düzeylerini artt r rlar (8,15). Örne in, sefoksitine dirençli E. coli sufllar n n ço- unda, bu direncin OmpF kayb ile AmpC tipi enzimlerin afl r üretiminin sinerjik etkilerinden kaynakland belirlenmifltir (17). Yine Klebsiella pneumoniae sufllar nda, ilerleyen bölümlerde görece imiz moleküler s n f A beta-laktamazlar n varl, bir d fl membran porini olan OmpK35 in kayb ile birlikte gitmektedir (18). b. Aktif pompa (efluks) sistemleri: Antimikrobiyal ajan n hücre d fl na at lmas n sa layan aktif pompa sistemlerinin varl 20 y l kadar önce tetrasiklinler için belirlenmifltir (7). Günümüzde ise bu mekanizman n beta-laktamlar n da aralar nda bulundu u birçok antibiyotik s n f na karfl do al veya kazan lm fl dirençte önemli oldu u anlafl lm flt r. Hatta gram-negatif bakterilerin çeflitli antibiyotiklere do al direncindeki temel rolü eskiden san ld gibi d fl membran n de il, aktif pompa sistemlerinin oynad belirlenmifltir (19,20). Biyolojik membranlar hidrofilik moleküller için etkin bir bariyer oluflturmalar na karfl n, hem hidrofil hem lipofil özellik tafl yan amfilik bileflikler bu membranlardan kolayl kla geçebilmektedir. Bu nedenle evrim s ras nda hücreler amfilik bilefliklerin potansiyel zararl etkilerinden korunabilmek için çeflitli mekanizmalar gelifltirmifllerdir. Bu mekanizmalar aras nda en önemlisi aktif pompa sistemleridir. Aktif pompa sistemleri her tür hücrede (bakteri, maya, küf, insan vb.) bulunmakta ve çeflitli substratlar, yan s ra ço- unlu u amfilik olan ilaçlardan da (örne in antibiyotikler) hücreleri korumaktad r. Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 213

5 Gülay Z. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Aktif pompa sistemleri, kulland klar enerji kayna, transport yolu, filogenetik özellikleri, yap sal özellikleri ve substrat profillerine göre, birincil ve ikincil aktif transport sistemleri olarak 2 ana gruba ayr l rlar (19). Birincil aktif transport sistemleri aras nda, ATP-ba layan kaset [ATP- Binding Cassette (ABC)] üst ailesine ba l olan 6 aile antibiyotik at l m ndan sorumludur. Bu aileler özellikle ökaryot hücrelerden antibiyotik at - l m nda rol oynamaktad r. kincil aktif transport sistemleri (antiport, simport ve uniportlar) ise 5 üst aile Small Multidrug Resistance (SMR), Multidrug Endosomal Transporter (MET), Multi Antimicrobial Resistance (MAR), Resistance-Nodulation-Division (RND) ve Major Facilitator Superfamily (MFS) içerisindeki 10 aileden oluflmaktad r. SMR ve RND üst aileleri sadece prokaryot hücrelerde bulunmaktad r. Say lan tüm pompa sistemleri aras nda ABC üst ailesine ait 4 aile ve MET üst ailesi d fl nda kalanlar prokaryot hücrede çeflitli antibiyotik s n flar n n at - l m nda rol oynamaktad r (Tablo 4). Ancak, betalaktam antibiyotikler aç s ndan en önemli grup RND üst ailesidir. Bu ailenin üyeleri tipik olarak 3 proteinden meydana gelir ve 3 elemanl pompa sistemleri olarak adland r l rlar. Burada iç (sitoplazmik) zar üzerindeki pompa proteini, periplazmik aral ktaki bir membran füzyon proteini arac l yla d fl membrandaki bir kanal sistemi ile iliflkilidir. Bu yap sal organizasyon substratlar n d flar dan al nd gibi tekrar d flar at lmas n sa lamaktad r (fiekil 1). Bu sistemlere örnek olarak E. coli nin Acr AB-Tol C, P. aeruginosa n n Mex AB-OprM pompalar verilebilir (14,19-21). Her iki sistem de çeflitli antibiyotik s n flar n n yan s ra de iflik beta-laktamlar n bakteri hücresinden at l m ndan sorumludur. Bakterilerdeki pompa sistemleri, substratlar olan ilaçlardan herhangi birinin kullan m ile indüklenebilir ve tüm substratlara karfl direnç geliflimine neden olur (19). Örne in, P. aeruginosa sufllar nda, bir beta-laktam ile tedavi s ras nda, MexAB-OprM ve/veya di er 3 elemanl pompa sistemlerini kontrol eden regülatör genlerdeki mutasyon ve pompa sistemlerinin aktivasyonu sonucunda, bu sufllar sadece beta-laktamlara de il ayn zamanda kinolonlar, kloramfenikol, tetrasiklinler, trimetoprime de dirençli hale gelmektedir (21-23). Buna mar (multiple antibiotic resistance) fenotipi ad verilmektedir. E. coli sufllar nda da özellikle kinolonlar n kullan m ile benzer bir fenotipin indüksiyonu görülebilmektedir. Aktif pompa sistemleri tetrasiklinler, makrolidler ve florokinolonlar için tek bafl na orta veya yüksek düzey direnç geliflimine neden olabilmektedir. Bunlara verilebilecek örnekler aras nda Streptococcus pyogenes ve Streptococcus pneumoniae n n makrolidlere, Staphylococcus aureus un florokinolonlara direnç kazanmas na neden olan pompa sistemleri say labilir. Ancak, beta-laktam ajanlar sözkonusu oldu unda yüksek düzey direnç aktif pompa sisteminin d fl membran porin de iflikli i ve/veya AmpC beta-laktamaz üretimi gibi ikinci bir mekanizma ile birleflti i durumlarda görülmektedir (24,25). Hatta son y llarda çal flmalar bu sistemlerin ortak regülatörlerce kontrol edildi ini göstermektedir. Örne in, Mex- EF-OprN nin afl r üretimine yol açan nfx C mutasyonlar genellikle OprD ekspresyonunda da azalma ile gitmekte ve P. aeruginosa sufllar nda imipenem, kinolon ve tetrasiklin direncine yol açmaktad r (15,22). Bu durum P. aeruginosa sufllar nda imipenem direncinin neden s kl kla kinolon direnci ile birlikte görüldü ünü de aç klamaktad r. Bakterilerde aktif pompa sistemlerinin çeflitli antibiyotik s n flar na karfl direnç geliflimindeki rolü, gram-pozitifler için rezerpin, gram-negatifler için Carbonyl Cyanide M-Chlorophenylhydrazone (CCCP) un kullan ld in vitro sinerji veya ilaç akümülasyon deneyleri ile anlafl labilir. 2. Penisilin Ba layan Protein De iflimleri Hedef PBP lerin yap s ndaki de iflim sonucunda antibiyoti in ba lanamamas beta-laktam antibiyotiklere dirençte önemli bir di er mekanizmad r. PBP ler yap sal olarak beta-laktamazlara çok benzeyen D,D-transpeptidazlar ve D,Dkarboksipeptidazlard r (5-7). Aktif bölgelerinde bir serin aminoasiti bulundu u için serin proteazlar aras nda yer al rlar. PBP ler moleküler a rl klar na göre 1-4 aras say lar ile adland r l rlar. Ayn molekül a rl nda birden fazla PBP varsa o zaman say lar n yan na harfler eklenir (PBP 1a gibi). De iflik PBP lerin farkl beta-laktam ajanlara ba lanma afiniteleri ve etkilendikleri ilaç düzeyleri birbirinden farkl d r. Bu durum beta-laktam antibiyotiklerin antibakteriyel etkinliklerinin neden birbirinden fakl oldu unu k smen aç klayabilir. PBP lerin aminoasit dizgileri birbirinden çok farkl olmas na ra men genel yap lar birbirine benzemektedir. PBP ler; biri sitoplazmik membrana gömülü, di eri periplazmik aral a 214 Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3

6 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. Tablo 4. Bakterilerde Bulunan Aktif Pompa Sistemleri ve Etkiledikleri Antibiyotikler. Transport Üst aile Aile Bakteri türü ve Etkilenen sistemi pompa sistemi antibiyotikler Primer aktif ABC DrugE1 S. epidermidis/msr A ery Sekonder aktif SMR Küçük ço ul E. coli/emre ery, sulf, tet antibiyotik pompas M. tuberculosis/mmr ery S. aureus/qacc Kuarterner amonyum bileflikleri RND HAE1* E. coli/acr AB-Tol C B-lak, klora, ery, fus, nal, P. aeruginosa/ rif, tet, nov, mem MexAB-OprM fq, 14 ve 15 üyeli ml, tet, klora, nov, imipenem d fl B-lak (mem dahil), B-lak inh, fus MexCD-OprJ fq, ery, tet, klora, 3. kuflak sef (CAZ, CFP), mem MexEF-OprN fq, ipm (oprd ile beraber), tet MexXY-OprM Ag, tet, ery, fq, mem N. gonorrhoeae/mtrd B-lak, klora, ery, fus, rif, tet B. pseudomallei/amrb Ag, ery MFS DHA1** E. coli/teta, B, E tet, klora, nal P. aeruginosa/tetc tet S. aureus/nora fq, klora, tet P. multocida/teth tet P. aeruginosa/cmla klora E. coli/bcra sulf S. aureus/qaca Kuarterner amonyum bileflikleri DHA2 E. coli/emrb nal E. coli/mdfa Ag, klora, ery, fq, rif, tet M. smegmatis/lfra fq S. aureus/tetk tet DHA3 S. pyogenes/mefa 14 ve 15 üyeli ml, ole S. pneumoniae/mefe 14 ve 15 üyeli ml M. smegmatis/tetv tet M. fortuitum tet M. tuberculosis/tap MAR V. parahaemolyticus/norm Ag, fq * Hidrofobik, amfilik efluks; ** Drug: H + antiportu K saltmalar: Ag: Aminoglikozidler; B-lak: Beta-laktam; ery: Eritromisin; fq: Florokinolon; fus: Fusidik asit; klora: Kloramfenikol; mem: Meropenem; ml: Makrolid; nal: Nalidiksik asit; nov: Novobiyosin; ole: Oleandomisin; rif: Rifampin; sulf: Sulfonamid; tet: Tetrasiklinler; B-lak inh: Beta laktamaz inhibitörleri uzanan iki k s mdan oluflurlar (6,8). Periplazmik k s mda enzimin aktif bölgesi yer almaktad r. Beta-laktam ajanlar PBP lerin substrat analoglar d r. N-asetil muramik asit-pentapeptid ünitesinin son k sm nda yer alan Dalanil-Dalanin dipeptidine benzerler. Bu nedenle, PBP ler aynen betalaktamazlar gibi beta-laktam ajanlara ba lan r ve hidrolize ederler, ancak hidroliz h zlar o denli yavaflt r ki, olay geri dönüflmez bir açil-enzim kompleksi oluflmas, ilac n açil türevinden ayr lamayan enzimin duvar sentezindeki görevini yapamamas, hücre duvar sentezinin durmas ve yap m-y k m dengesinin y k m yönünde bozulmas ile sonlan r. Beta-laktam antibiyotikleri efl zamanl olarak birden fazla PBP yi inaktive ederek etki gösterirler. Özellikle yüksek molekül Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 215

7 Gülay Z. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: D fl zar kanal proteini Amfilik laç molekülü D fl membran Füzyon proteini Periplazmik aral k Sitoplazma membran Pompa proteini fiekil 1. RND Ailesi Pompalar. a rl kl PBP lerin inhibisyonu bakteri için ölümcüldür. PBP de iflimine ba l direnç, gram-pozitif bakterilerde daha fazla görülmektedir ve günümüzde özellikle S. pneumoniae, S. aureus ve Enterococcus faecium gibi türlerin beta-laktam ajanlarla tedavisinde sorun oluflturmaktad r. Beta-laktam afinitesi düflük PBP ler ile ilgili olarak 4 tane kazan lm fl direnç mekanizmas bulunmaktad r: 1. Bakterinin beta-laktam afinitesi düflük yeni bir PBP geni kazanmas (örne in, metisiline dirençli S. aureus), 2. Yak n türlerden gen al nmas ile mozaik PBP genlerinin kazan lmas (örne in, S. pneumoniae, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis), 3. Düflük afiniteli bir PBP nin afl r yap m (örne in, E. faecium da PBP 5 afl r yap m ), 4. E. faecium PBP 5 i ve S. pneumoniae n n çeflitli PBP leri ve Haemophilus influenzae PBP 3 için gösterildi i gibi PBP lerin aktif bölgelerindeki korunmufl bölgelerde aminoasit de iflimleri. S. aureus sufllar n n beta-laktam direnci betalaktamazlardan veya beta-laktam afinitesi düflük yeni bir PBP sentezinden kaynaklanabilir. Direnç mekanizmas duyarl l k testleri ile k smen anlafl labilir (26). S. aureus sufllar penisiline duyarl ise tüm beta-laktamlara duyarl d r. Penisiline dirençli ancak metisilin, oksasilin gibi penisilinazlara dayan kl bir penisilin türevine duyarl ise o zaman beta-laktamaz üretti i anlafl l r. Ancak, penisilinin yan s ra metisiline de dirençli ise, sufl PBP de iflimine ba l olarak tüm beta-laktamlara dirençlidir. S. aureus da metisilin direnci MecA gen ürünü olan PBP 2a yap m na ba l d r (27-29). Bu yeni tip proteini üreten bakteriler beta-laktam antibiyotik varl nda da peptidoglikan sentezini sürdürürler. Metisiline duyarl sufllarda MecA geni bulunmamaktad r. MecA transpozon kökenlidir ve s kl kla di er direnç genleri ile birlikte bulundu undan, metisiline dirençli S. aureus (MRSA) sufllar genellikle makrolidler ve kinolonlar gibi di er antibiyotik gruplar na da dirençlidirler. Nadiren MecA negatif olmas na ra men oksasilin M K de erleri 8-16 mg/l civar nda olan sufllar bulunabilmektedir. Bunlar n bir k sm beta-laktamaz n afl r üretiminden, bir k sm da varolan PBP lerdeki nokta mutasyonlar ndan veya PBP 4 (düflük molekül a rl kl PBP) ün afl r yap m ndan kaynaklanabilir (30,31). S. pneumoniae sufllar nda da PBP 1a, 1b, 2a, 2b, 2x olmak üzere 5 yüksek molekül a rl kl PBP bulunmaktad r. PBP 3 ise düflük molekül a rl kl PBP dir (5). Penisiline dirençli S. pneumoniae sufllar nda yüksek molekül a rl kl PBP lerde de iflim görülmektedir. Özellikle 1a, 2b ve 2x genlerindeki mutasyonlar, mutasyon say s n n fazlal na ve etkilenen gen say s na göre de iflen düzeylerde penisilin ve bazen de genifllemifl spektrumlu sefalosporin direncine yol açmaktad r (32). Dirençli sufllar n PBP genlerinde duyarl sufllara göre %23 e kadar varan baz de ifliklikleri saptanabilmektedir. Bu mutasyonlar basit nokta mutasyonlar n n birikiminin de il, kommensal florada bulunan yak n türlerden 216 Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3

8 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. transformasyon ile gen parçalar al nmas n n ve homolog rekombinasyonla mozaik gen oluflumunun bir sonucudur (5,32). Daha önce belirtildi i gibi mutasyon say s ne kadar fazla ise ve ne kadar çok say da PBP geni etkilendiyse penisilin M K de erleri o kadar yüksek olmaktad r. Halen sürmekte olan ve penisiline duyarl olmayan pnömokok sufllar ndaki PBP 1a, 2b ve 2x mutasyonlar n inceledi imiz bir çal flmada, penisilin M K düzeyi 0.5 mg/l olan sufllarda tek bir PBP geninde mutasyon izlenirken, M K düzeyi 2 mg/l olan sufllarda her 3 PBP geninde de mutasyon saptanm flt r. Yine dizgi analizinde mutasyona u rayan baz say s artt kça M K düzeylerinin yükseldi i ve PBP 2b genindeki de iflmifl dizgilerin Streptococcus salivarius ve S. oralis gibi viridans streptokoklar n PBP dizgileriyle uyumlu oldu u belirlenmifltir (M. Biçmen tez çal flmas ). Pnömokoklarda penisilin ve bazen de sefalosporin duyarl l n n azalmas özellikle menenjit gibi ciddi infeksiyonlar n tedavisinde sorun yaratmaktad r (33). Bu türde penisilin direncinin saptanmas amac yla önce oksasilin diski (1 µg) ile tarama testi uygulanmas, inhibisyon zonu 19 mm olan sufllarda penisilin ve seftriakson M K düzeylerinin belirlenmesi önerilmektedir (26). Penisiline orta-yüksek düzey dirençli N. meningitidis ve N. gonorrhoeae sufllar nda da PBP 2 genlerinde pnömokoktakine benzer mozaik genler bulundu u, bu genlerin Neisseria cinerea, Neisseria flavescens gibi kommensal türlerden geldi i gösterilmifltir (32). Enterokoklar, beta-laktam afinitesi do al olarak düflük bir PBP (PBP 5) içeren, bu nedenle beta-laktamlara k smen dirençli bakterilerdir. Ancak, PBP 5 in afl r üretimi ya da afinitesini daha da azaltan nokta mutasyonlar n n oluflmas ile ampisilin gibi penisilin türevlerine yüksek düzeyde direnç görülmektedir (34). Özellikle E. faecium sufllar n n %90 PBP lerde de iflim ve düflük afiniteli PBP 5 in afl r üretimi sonucunda ampisiline dirençlidir. Buna karfl n E. faecalis sufllar nda ampisilin direnci %5 civar ndad r ve beta-laktamaz kökenlidir (10). E. faecium da gösterilen en son mekanizma ise D,D-transpeptidazlar yerine 1 L,D-transpeptidaz n üretimidir (35). Bu enzim tamamen yeni çapraz ba lant lar oluflturdu u için bu sufllar tüm beta-laktamlara dirençlidir. Ampisiline dirençli ancak, beta-laktamaz negatif H. influenzae sufllar nda direncin PBP 3 (3A ve 3B) genlerindeki mutasyonlardan kaynakland bildirilmifltir (36). PBP de iflimi sonucunda beta-laktam direnci geliflti i bildirilen di er türler ise Tablo 3 de gösterilmifltir. PBP de iflimlerine ba l dirençte, PBP gen de iflimlerinin yan s ra peptidoglikan sentezinde görev alan di er proteinlerin de önemi üzerinde durulmaktad r. Örne in, MRSA sufllar nda, pentaglisin köprüsündeki aminoasitlerin eklenmesinde görevli enzimleri kodlayan fem genlerindeki mutasyonlar, bu sufllardaki metisilin direnç düzeylerini azaltmaktad r (5). 3. lac naktive Eden Enzimlerin Üretimi: Beta-Laktamazlar Beta-laktamazlar, beta-laktam halkas ndaki siklikamid ba n parçalayan, böylelikle betalaktam ajanlar n etkinli ini ortadan kald ran enzimlerdir (7). Penisilinler, sefalosporinler, monobaktamlar ve karbapenemler, beta-laktamaz ailesindeki enzimlerden biri veya birkaç taraf ndan inaktive edilebilirler. Beta-laktamazlar, hem gram-negatif hem de gram-pozitif bakterilerce üretilmelerine karfl n, beta-laktamaz yap m baflta Enterobacteriaceae üyeleri olmak üzere gramnegatif bakterilerin beta-laktam direncindeki en önemli mekanizmad r. Beta-laktamaz genleri bakteri kromozomunda veya plazmid, transpozon, integron gibi hareketli genetik elemanlarda bulunabilir. Bu enzimler, gram-pozitif türlerde do rudan d fl ortama sal n rlarken, gram-negatiflerde periplazmik aral kta bulunurlar (37). Bu nedenle gram-negatif bakteri türlerinde beta-laktamazlara ba l dirençte s kl kla ilaç geçirgenli i ile ilgili mekanizmalar da rol almaktad r (13). Günümüzde, substrat profili, moleküler yap, inhibitörlere duyarl l k, hidrolitik etkinlik gibi özellikler aç s ndan farkl, 350 ye yak n beta-laktamaz tan mlanm flt r (4). BETA-LAKTAMAZLARIN SINIFLANDIRILMASI Beta-laktamazlar, moleküler yap lar na ya da substrat ve inhibitör profilleri ile belirlenen ifllevsel özelliklerine göre s n fland r labilirler. Moleküler yap lar na göre beta-laktamazlar, aktif bölgelerinde serin aminoasiti bulunanlar veya çinko (Zn +2 ) atomu bulunanlar olmak üzere 2 genifl gruba ayr l rlar. Bu iki grubun üyeleri, Ambler s n flamas na göre 4 moleküler s n fta yer al rlar: S n f A beta-laktamazlar aktif bölgelerinde bir Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 217

9 Gülay Z. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: serin aminoasiti bulunan ve temel substratlar penisilinler olan beta-laktamazlard r. Bu enzimlerin ço u plazmidlerle tafl n rlar. S n f B beta-laktamazlar, aktif bölgelerinde Zn +2 ba ml bir thiol grubu bulunan metalloenzimlerdir. Bu enzimlerin ço u karbapenemaz aktivitesi tafl maktad r. S n f C beta-laktamazlar, kromozomal AmpC geni taraf ndan kodlanan, bu nedenle AmpC tipi enzimler olarak da adland r lan ve Salmonella spp. haricinde tüm gram-negatif basillerde bulunan beta-laktamazlard r. Bu enzimler de aktif bölgelerinde serin aminoasiti tafl rlar ve esas olarak sefalosporinaz niteli indedirler. S n f C beta-laktamazlar n yap olarak PBP lere çok benzemeleri, bu beta-laktamazlar n PBP lerden köken alm fl olabileceklerini düflündürmektedir. S n f D beta-laktamazlar yine serin proteazlar olup oksasilini h zla hidrolize edebilme yetene indedirler. Bu 4 s n f enzimin kendi aralar nda yap sal homolojileri yok denecek kadar azd r (12) y l nda ise, Bush, Jacoby ve Mederios taraf ndan, beta-laktamazlar n yap sal özelliklerinin yan s ra substrat profilleri, inhibitörlere duyarl l k gibi ifllevsel özelliklerinin de de erlendirildi i yeni bir fonksiyonel s n flama önerilmifltir ki günümüzde en yayg n olarak bu s n flama kullan lmaktad r (38). Tablo 5 de fonksiyonel s n flamaya göre grupland r lm fl bakteriyel beta-laktamazlara örnekler yer almaktad r. BETA-LAKTAMAZ GEL fi M ve KL N K OLARAK ÖNEML BETA-LAKTAMAZ GRUPLARI Birçok bakteri türü çevrelerinde bulunan do- al antibiyotik sald r lar na karfl koyacak mekanizmalar gelifltirmifllerdir. Bunun sonucunda, daha önceden hiçbir ticari antibiyotik preparat ile karfl laflmam fl bakterilerde bile, baz antibiyotik s n flar na karfl direnç genleri bulunabilmektedir. Antibiyotiklerin yayg n kullan m ise gizli direnç genlerinin ekspresyonunu sa lamakta ve seçici bir bask ya yol açt için dirençli bakterilerin yay l m na neden olmaktad r. Son 40 y ld r, beta-laktamaz etkisine dayan kl olabilmesi amac yla birçok yeni beta-laktam ajan gelifltirilmesine ra men, bunun net sonucunun daha etkili ve etki spektrumu daha genifl beta-laktamazlar n ortaya ç k fl oldu u izlenmektedir. Beta-laktamazlar n tarihçesi, 1940 y l nda Abraham ve Chain taraf ndan bir E. coli suflunda bu antibiyoti i parçalayabilen bir penisilinaz n gösterilmesi ile bafllamaktad r y l nda Kirby, S. aureus sufllar ndan benzer nitelikte bir enzim elde etmifltir. Penisilinin klinik tedaviye girmesini izleyen y l boyunca beta-laktamazlar n say ve çeflitleri oldukça k s tl kalm flt r (8). Bu dönemde gram-negatif bakterilerin ço unun TEM-1, K. pneumoniae sufllar n n SHV-1 ve S. aureus sufllar n n bir penisilinaz üretti i görülmektedir. Ancak, y llar nda, klinik tedaviye toprak bakterilerince üretilen yeni beta-laktam ajanlar n (sefamisinler, karbapenemler, sulfonlar, monobaktamlar) girmesiyle beta-laktamaz tiplerinin de h zla artt izlenmektedir (8). Tablo 6 da görüldü ü gibi, beta-laktam ajanlar n yayg n kullan m, beta-laktamazlar n evrimsel de iflikliklere u ramas na, say ve etki spektrumlar n n inan lmaz bir ivme ile artmas na neden olmufltur y llar aras ndaki 5 sene içerisinde grup 1, 2be, 2br, 2d ve 3 deki enzim say lar neredeyse 2 kat na ç km flt r (4). Beta-laktam antibiyotiklerin klinik tedaviye girmesi ve kullan m prensiplerindeki farklara ba l olarak beta-laktamazlar n prevalans ülkeden ülkeye, flehirden flehire hatta hastaneden hastaneye de iflmektedir. Beta-laktamazlar aras nda TEM ve SHV grubu enzimler, mikrobiyoloji laboratuvarlar nda s k soyutlanan türlerde yayg n olmalar ve plazmidlerce tafl nmalar nedeniyle klinik önem aç s ndan ön planda gelmektedirler. Bush grup 2b de yer alan TEM-1 beta-laktamaz, özellikle E. coli sufllar nda penisilin ve dar spektrumlu sefalosporin direncine yol açan mekanizmalar aras nda en s k görülenidir. TEM-1, di er Enterobacteriaceae üyelerinin yan s ra Haemophilus, Vibrio ve Neisseria türlerinde de bulunmaktad r. Buna karfl n, SHV grubu beta-laktamazlar n prototipi olan SHV-1 esas olarak K. pneumoniae sufllar nda saptanmaktad r (12). Günümüzde özellikle gram-negatif basillerce üretilen grup 1 sefalosporinazlar, grup 2be GSBL ve grup 3 metallo-beta-laktamazlar n tüm dünyada yayg n olarak bulundu u ve klinik tedavi sorunlar na yol açt izlenmektedir. Bu beta-laktamaz gruplar ndaki enzimler ve ilgili literatüre ( web sayfas ndan ulafl labilir. 218 Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3

10 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. Tablo 5. Bakteriyel Beta-Laktamazlar. Grup Moleküler Öncelikli nhibisyon Enzimlere örnekler s n f substrat Klav EDTA 1 C Sefalosporinler - - Gram-negatif basillerin kromozomal ve plazmid kökenli enzimleri Kromozomal enzimler Smar, Yent, AbauRYC, Pstu, Paer, Cfre, CMY-3b Plazmid kökenliler CMY-1-9, FOX-1-5, LAT-1-4, MIR-1, B l-1 (CMY-2), MOX-1-2, ACT-1, ACC-1 2a A Penisilinler + - Gram-pozitif bakterilerin penisilinazlar 2b A Penisilinler, dar + - TEM-1, TEM-2, SHV-1, SHV-11, SHV-19, spektrumlu sefalosporinler SHV-25, TLE-2, ROB-1, OHIO-1, HMS-1 2be A Penisilinler, sefamisinler + - TEM-3-TEM-29, TEM-37, TEMhariç sefalosporinler, 42,43,TEM-46-TEM-50, TEM-52-58, monobaktamlar TEM-60-64, TEM-66-72, TEM-85-94*, SHV-2-9, SHV-1218, SHV-20-24, SHV-27-34*, PER-1, PER-2, CTXM-1-16, TOHO-1, TOHO-2, VEB-1, GES1, GES-2, TLA-1, IBC-1, K. oxytoca K1 2br A Penisilinler ± - IRT-1-26 (TEM30-36, TEM-38-41, TEM-44, TEM-45, TEM-51, TEM-59, TEM-65, TEM 73, TEM-74, TEM 76-79, TEM-81- TEM-84), SHV-10, SHV-26 (SHV kökenliler GSBL etkisindedirler), TRC-1 2c A Penisilinler, karbenisilin + - PSE-1, PSE-3, PSE-4, BRO-1-3, CARB3-5, SAR-1 2d A Oksasilin, penisilin ± - OXA tipi enzimler (OXA-1-31) Dar spektrumlular: OXA1-10, OXA-20-27, OXA GSBL etkinli indekiler OXA-11-19, OXA-28 Karbapenemleri hidrolize edenler OXA e A Sefalosporinler + - P. vulgaris in indüklenebilir sefalosporinaz 2f A Penisilinler, + - E. cloacae nin IMI-1 ve NMC-A enzimleri sefalosporinler, S. marcescens in Sme-1 ve 2 enzimleri karbapenemler, K. pneumoniae n n KPC-1 enzimi monobaktam 3 B Monobaktamlar hariç - + Alt grup 3a: B. cereus II, B. fragilis in Ccr A, tüm beta-laktamlar B. cepacia n n PCM-1, S. maltophilia n n L1, C. indologenes in IND-1-4, Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 219

11 Gülay Z. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Tablo 5. Bakteriyel Beta-Laktamazlar (devam ). Grup Moleküler Öncelikli nhibisyon Enzimlere örnekler s n f substrat Klav EDTA C. meningosepticum un BlaB, S. marcescens, P. aeruginosa, A. baumannii, S. flexneri, K. pneumoniae gibi de iflik türlerde saptanan IMP 1-8 ve P. aeruginosa'da saptanan VIM 1-3 enzimleri Alt grup 3b: Aeromonas türlerinin metalloenzimlerini Alt grup 3c: L. gormannii nin metallo-beta-laktamaz 4? Penisilinler -? Di er gruplara girmeyen veya henüz dizgi analizi yap lmam fl çeflitli beta-laktamazlar * Henüz yay nlanmam fl enzimler Klav: Klavulanik asit GÜNCEL ÖNEM TAfiIYAN BETA-LAKTAMAZ GRUPLARI ve TANIMLANMALARI Bush Grup 1 Kromozomal Enzimler (AmpC beta-laktamazlar) Gram-negatif basillerin hemen hepsi kromozomal AmpC tipi beta-laktamazlar üretmektedir. Bu enzimler aktif bölgelerinin özellikleri nedeniyle 1., 2., 3. kuflak sefalosporinleri, penisilinleri ve monobaktamlar hidrolize edebilirler (39). Sefalosporinlerden sefepim, grup 1 kromozomal enzimlerin etkilerine göreceli olarak dayan kl - d r. Karbapenemler üzerine etkileri son derece az olmas na karfl n, bu enzimlerin afl r üretimi d fl membran porin de ifliklikleri gibi bir di er mekanizma ile birleflti inde karbapenem direncine yol açabilmektedir. Bu enzimler, aktif bölgelerinin yap sal özellikleri nedeniyle klavulanik asit ve sulfonlar n beta-laktam halkalar na ba lanamazlar. Bu nedenle de bu beta-laktamaz inhibitörlerine dirençlidirler. Grup 1 enzimlerin ço u indüklenebilir niteliktedir. Yani ortamda bir beta-laktam ajan varsa sal n rlar. Beta-laktamaz indüksiyonu için bakteri hücresinde AmpC, AmpD, AmpG ve AmpR olmak üzere 4 gen bulunmal d r (39,40). E. coli de AmpR bulunmad için bu türde indüklenebilir kromozomal enzimler görülmez. Kromozomal Bush grup I beta-laktamazlar yüksek oranda üreten baz gram-negatif bakterilerde genifl spektrumlu penisilinlere ve sefalosporinlere direnç görülmektedir. Bu durum en s k Enterobacter spp., Citrobacter freundii, Serratia marcescens, Morganella morganii, Proteus vulgaris, Providencia spp., P. aeruginosa da saptanmaktad r. Grup I beta-laktamazlar indüklenebilir özelliktedir. Yani normalde bakteri taraf ndan az miktarda sentezlenen enzim ortamda bulunan bir indükleyicinin etkisi ile yüksek miktarlarda sentezlenmeye bafllar. Farkl beta-laktam ajanlar n bu beta-laktamazlar indükleme yetene i ve indükledikleri enzimlere dayan kl l klar farkl d r. Normalde indüksiyon etkisi geçici olup indükleyicinin etkisi kalk nca tekrar bazal düzeye dönülür. Ancak bu tip beta-laktamazlar üreten türlerde esas sorun, indüksiyona gerek olmaks z n yüksek oranda beta-laktamaz üreten (dereprese) mutantlar n bulunmas d r. AmpD genlerinde defekt bulunan bu mutantlar bakteri popülasyonunda s kl nda bulunurlar. kinci kuflak, 3. kuflak sefalosporinler, aztreonam ve üreidopenisilinler bu tip beta-laktamazlar için zay f indükleyiciler olmalar na karfl n, üretilen enzime duyarl d rlar. Dolay - s yla, bu ajanlar, tedavide tek bafllar na kullan lmalar halinde dereprese mutantlar seçme özelli indedirler. Bunun sonucunda tedavi baflar s zl klar ortaya ç kmaktad r. Üçüncü kuflak sefalosporinlerle bakteriyemi tedavisi s ras nda dereprese mutantlar n seçilme s kl % Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3

12 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. Tablo 6. Beta-Laktam Antibiyotiklerin Klinik Kullan ma Girmesi ile Yeni Beta-Laktamazlar n liflkisi. Antibiyotik devri Antibiyotik Onay tarihi Beta-laktamaz yan t penisilin devri Penisilin G 05/46 E. coli ve stafilokoklarda penisilinazlar n saptanmas (1940, 1944) aminopenisilinler, Metisilin 10/60 Plazmid kökenli beta-laktamazlar karboksipenisilinler, Oksasilin 01/62 ve grup 2b enzimler gram-negatif penisilinazlara dirençli Ampisilin 12/3 basiller aras nda yay lm flt r penisilinler gibi genifl Nafsilin 01/64 TEM-1 (1963) spektrumlu penisilinler, Sefalotin 07/64 TEM-2 (1969) 1. kuflak sefalosporinler Karbenisilin 08/70 SHV-1 (1974) devri Sefazolin 10/73 OXA-1 (1978) Tikarsilin 11/ günümüz Sefamandol 09/78 GSBL ler sefamisinler, Sefoksitin 10/78 TEM ve SHV grubu (1983-günümüz) oksiiminosefalosporinler, Sefotaksim 03/81 PER- 1(1991) monobaktamlar, Piperasilin 12/81 PER-2 (1996) karbapenemler ve Sefoperazon 11/82 OXA-tipi (1991-günümüz) beta-laktamaz inhibitörlerinin Seftizoksim 09/83 CTX-M (1990-günümüz) devri Sefuroksim 10/83 Amoksisilin/klav 08/84 IRT'ler ( ) Seftriakson 12/84 Tikarsilin/klav 04/85 Plazmid kökenli kromozomal Seftazidim 07/85 enzimler (sefamisin ve inhibitör direnci) mipenem/silastatin 11/85 BIL-1 (1989) Sefotetan 12/85 CMY1 ve 2 (1989, 1990) Ampisilin/sulbakt 12/86 -CMY-9 (günümüz) Aztreonam 12/86 Pip/tazo 10/93 Karbapenemleri hidrolize eden enzimler IMI-1 (1982) Sme -1(1982) NmcA (1990) IMP-1 (1991)-IMP 8 (2001) VIM-1 (1999), VIM-2 (2000), VIM-3 (2001) OXA-23 (1985)-OXA-27 (2001) Klav: Klavulanik asit, sulbakt: Sulbaktam, Pip: Piperasilin, tazo: Tazobaktam aras nda bildirilmektedir (37). ndüklenebilir beta-laktamaz ( BL) varl disk indüksiyon testi ile gösterilebilir (42). Bu testte kuvvetli indükleyiciler olan imipenem veya sefoksitin diskleri 3. kuflak sefalosporin diskleri ile aralar ndaki mesafe cm olacak flekilde yanyana agar yüzeyine yerlefltirilir. Sefalosporin diskinin zonunda indükleyiciye bakan tarafta bir düzleflme olmas BL varl aç s ndan pozitif olarak de erlendirilir. Laboratuvardan BL varl bildirilmese bile yukar da say lan türlerin bu özellikte oldu u bilinmelidir. Bu türlerle geliflen infeksiyonlarda 2.,3. kuflak sefalosporinlerin ve aztreonam n tek bafl na kullan lmas ndan kaç n lmal d r. Uzun süreli tedavi sözkonusu ise bu türlerin antibiyotik duyarl l k testleri 3-4 günde bir tekrarlanmal d r. Plazmid Kökenli AmpC Tipi Beta-Laktamazlar Plazmid kökenli aktar labilir AmpC tipi betalaktamazlar, kromozomal AmpC beta-laktamaz genlerinin plazmidlere transfer olmas ile geliflmifltir (43). Bu tür enzimler, E. coli, K. pneumoniae, Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 221

13 Gülay Z. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Salmonella spp., C. freundii, Enterobacter aerogenes, Proteus mirabilis sufllar nda bulunabilmektedir. Bu beta-laktamazlar n substrat profilleri köken ald klar kromozomal enzimlerle ayn d r (4). Ancak, plazmid kökenli AmpC tipi enzimler indüklenebilir olmamalar ile parental enzimlerden ayr l rlar. Bu enzimler genifl spektrumlar n n yan s ra aktar labilir olanlar ile sorun yaratmaktad rlar. Örne in, Yunanistan da sefoksitine dirençli 12 K. pneumoniae, 2 E. coli ve 2 E. aerogenes suflunda, sefoksitin direncinin aktar labildi i ve plazmid kökenli bir AmpC tipi enzim olan LAT- 2 ye ba l oldu u gösterilmifltir (44). Günümüzde plazmid kökenli AmpC tipi enzimlerin say s 20 yi aflm flt r. Özellikle AmpC tipi enzim afl r üretimi d fl membran porin kayb veya bir di er beta-laktamaz n sentezi gibi ek bir mekanizma ile birleflti- inde enzimlerin etki spektrumlar iyice genifllemektedir. Örne in, plazmid kökenli ACT-1 betalaktamaz n üreten K. pneumoniae sufllar nda 42 kda l k bir d fl membran proteinin kayb, imipenem direncine yol açmaktad r (45). Sonuç olarak, AmpC tipi enzimlerin enterik bakteriler aras nda yay l yor olmas tedavi seçeneklerinin iyice daralmas yüzünden sorun oluflturmaktad r. Bu tip bakterilerin seleksiyonu aç s ndan en düflük riski sefepimin tafl d öne sürülmektedir (43). E. coli ve K. pneumoniae sufllar nda, 3. kuflak sefalosporinlerin yan s ra sefoksitine ve beta-laktamaz inhibitörlerine direnç bulunmas, AmpC tipi bir enzimin varl n düflündürmelidir. Genifllemifl Spektrumlu Beta-Laktamazlar GSBL, sefamisinler hariç tüm sefalosporinleri, penisilinleri ve aztreonam inaktive eden enzimlerdir (4,38,46,47). Grup 2b de yer alan ve penisilin türevleri ile dar spektrumlu sefalosporinleri parçalayan enzimlere göre daha genifl spektrumlu olduklar için bu flekilde adland r lmaktad rlar. Bu enzimler, Bush grup 2be de yer almaktad r (Tablo-5). GSBL ler klavulanik asit, tazobaktam ve daha az oranda sulbaktam gibi beta-laktamaz inhibitörlerine duyarl d rlar. Sefamisinler ve karbapenemler GSBL lerden etkilenmezler. Son 5 y l içerisinde GSBL beta-laktamazlar n say s 4 kat artm fl, klinik aç dan önemli yeni türler tan mlanm flt r. GSBL ler 2 gruba ayr labilmektedir: 1. TEM ve SHV türevi GSBL ler, 2. TEM ve SHV d fl GSBL ler. TEM ve SHV türevi GSBL ler: Bu enzimler TEM-1, TEM-2, SHV-1 gibi enzimlerden 1-4 nokta mutasyonu ile köken alm fl, genifl spektrumlu beta-laktamalar hidrolize edebilen enzimlerdir (8). lk GSBL 1983 y l nda bir K. pneumoniae suflunda bildirilen SHV-2 dir. TEM ve SHV tipi GSBL ler plazmid kökenlidir ve baflta K. pneumoniae olmak üzere, E. coli, Enterobacter, Salmonella, Proteus, Citrobacter, M. morganii, Shigella dysenteriae, S. marcescens, P. aeruginosa, B. cepacia gibi birçok gram-negatif bakteride bulunabilmektedir (46). GSBL üreten izolatlar tüm dünyada bu arada ülkemizde de yayg nd r y l nda hastane kökenli sufllarda yap lm fl çok merkezli bir çal flmada, merkezlere göre de iflmekle birlikte K. pneumoniae sufllar n n %33-74 ünün, E. coli sufllar n n ise %0-27 sinin GSBL üretti i gösterilmifltir (48). GSBL ler, 1980 li y llarda klinik tedaviye giren 3. kuflak sefalosporinlerin yayg n kullan m n n bir sonucudur. Nitekim bu yayg n kullan m sonucunda 1995 y l nda 35 civar nda olan GSBL say - s günümüzde 100 ü geçmifltir (4). Hastanelerde seftazidim ve sefotaksim gibi 3. kuflak sefalosporinlerin empirik tedavide kullan m n n k s tlanmas genellikle GSBL üreten sufl prevalans nda düflme ile sonlanmaktad r (46). GSBL prevalans özellikle genifllemifl spektrumlu sefalosporinlerin klinik tedaviye girme zaman ve yayg n kullan m ile iliflkili oldu u için GSBL üreten sufl say s ülkeden ülkeye, flehirden flehire, hastaneden hastaneye hatta ayn hastanedeki servisler aras nda de iflmektedir. Özellikle yatak say s çok olan e itim hastanelerinde GSBL üreten sufl prevalans daha yüksektir. Ayr ca hastaya ait altta yatan hastal k, düflük do um a rl, prematürite, üriner/santral venöz/arteryel kateter varl, entübasyon, önceden sefalosporin kullan m gibi faktörler GSBL üreten sufllarla kolonizasyon/infeksiyon riskini artt rmaktad r (46,49). GSBL si bulunan ve bulunmayan bakterilerle geliflen infeksiyonlar, mortalite, morbidite ve sa l k giderleri aç s ndan karfl laflt r ld nda, ilk tedavi olarak karbapenemlerin kullan ld hastalar hariç, GSBL üreten sufllarla geliflen infeksiyonlarda mortalitenin daha yüksek, yat fl süresinin daha uzun ve sa l k giderlerinin daha yüksek oldu u belirlenmifltir (46). Ayr ca, GSBL üretiminden sorumlu plazmidler aminoglikozid, kloramfenikol, tetrasiklin ve sülfonamid direnç genlerini de tafl yabildiklerinden GSBL üreten sufllar s kl kla ço ul dirençlidir. Örne in, 1995 y l nda hastane kökenli K. 222 Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3

14 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. pneumoniae sufllar ile yapt m z bir çal flmada, seftazidim direncine yol açan ve izoelektrik noktas 8.2 olan (olas l kla SHV-5) bir enzimle birlikte baflta kanamisin ve trimetoprim olmak üzere, amikasin, netilmisin, tobramisin, tetrasiklin direncinin de nakledilebildi i görülmüfltür (50). GSBL, genellikle seftazidim ve/veya sefotaksim M K de erlerinde orta dereceli bir art fla yol açt klar için bu enzimlerin rutin laboratuvarlarda tan mlanmalar güç olabilmektedir (51). Bunun sonucunda da antimikrobiyal duyarl l k yanl fl de erlendirilerek genifllemifl spektrumlu bir beta-laktam ile tedavi bafllanabilmekte ve özellikle bakteriyemi gibi ciddi infeksiyonlarda fatal olabilen tedavi baflar s zl klar görülebilmektedir (52). Dolay s yla hasta prognozu ve uygun tedavi seçimi için GSBL lerin özel testler uygulanarak tan mlanmas, klinisyenlerin de bu enzimler hakk nda bilgi sahibi olmas gereklidir. Bu tip enzimlerin tan mlanmas ile ilgili baz önemli noktalar ve test yöntemleri afla da yer almaktad r (26,53,54): 1. GSBL üretimi normal duyarl l k testleri ile saptanamayabilir. Bu nedenle etkilenen antibiyotiklere azalm fl duyarl l k GSBL göstergesi olarak kabul edilir. 2. GSBL üreten sufllar baz genifllemifl spektrumlu beta-laktam ajanlara duyarl gibi gözükseler de M K de erlerinde inokülum etkisi görülür. nokülum etkisi, GSBL üreten mikroorganizmalar n bakteri say s n n yüksek oldu u durumlarda, direnç düzeylerinin de yükseldi ini aç klayan bir tan md r. Önerilen inokülum düzeylerinde (5 x 10 5 bakteri/ml) M K de erleri düflüktür, ancak inokülum bir infeksiyon bölgesinde oldu- u gibi 10 7 ye ç kar ld nda M K de erleri kat yükselmektedir. Bu durum in vitro testlerde duyarl gibi gözükseler de GSBL yapan bakterilerin etken oldu u infeksiyonlarda neden genifllemifl spektrumlu beta-laktam kullan m ndan kaç n lmas gerekti ini gösterir. 3. Enzimin substrat profili de iflik olabildi i için tutars z veya mant ks z sonuçlar görülebilir. Bu nedenle antibiyogramlarda indikatör antibiyotiklerin hemen hemen tümünün yer almas önerilmektedir. 4. Üçüncü kuflak sefalosporinlerden herhangi birinin M K de eri 2 mg/l olarak saptand nda ya da seftazidim ve sefpodoksim inhibisyon zon çaplar n n 22 mm; aztreonam ve sefotaksim zon çaplar n n 27 mm; seftriakson zon çap - n n 25 mm oldu u durumlarda GSBL varl için do rulama testi yap lmaktad r. 5. Do rulama testlerinde sözkonusu enzimlerin klavulanik asit ile inhibisyonu temeline dayanan yöntemler uygulan r: Çift disk sinerji (ÇDS) testi: GSBL varl araflt r lan mikroorganizman n yay ld Mueller Hinton besiyeri yüzeyine bir amoksisilin/klavulanik asit diski ile bundan 2 cm uzakl kta olacak flekilde sefotaksim, seftazidim, aztreonam ve sefepim diskleri yerlefltirilir. 35 C de 18 saat inkübasyondan sonra genifllemifl spektrumlu betalaktam disklerinden herhangi birinin inhibisyon zonunun AMC diskine do ru genifllemesi, Mikrodilüsyon testinde 4 mg/l klavulanik asit eklenmesiyle genifllemifl spektrumlu betalaktam ajanlar n M K de erlerinde 8 kat azalma saptanmas, Bir taraf nda seftazidim di er taraf nda seftazidim ve klavulanik asit bulunan E-test striplerinde klavulanik asit etkisiyle M K de erinde 8 kat azalma saptanmas, Üzerine klavulanik asit (10 µg) damlat lan genifllemifl spektrumlu beta-laktam disklerinin zon çaplar nda 5 mm geniflleme saptanmas GSBL üretimi aç s ndan pozitif kabul edilir. 6. Do rulama testleri bu sufllar n AmpC tipi üreten sufllardan ayr m için önemlidir. AmpC tipi beta-laktamazlar beta-laktamaz inhibitörlerinden etkilenmezler. Ayr ca daha önce de belirtildi i gibi AmpC tipi beta-laktamazlar 3. kuflak sefalosporinlerin yan s ra sefoksitin direncine de yol açarlar. AmpC üreten sufllarla GSBL üreten sufllar n ayr m için ÇDS testinde sefepim diskinin kullan lmas yararl olabilir. Do rulama testleri GSBL leri Klebsiella oxytoca n n K1 betalaktamaz ndan ayr mda da önemlidir. 7. GSBL üreten sufllar genellikle gentamisin ve sulfametoksazole (SXT) de dirençlidir. Ço ul direnç özelli i de bu tip enzimler için bir di er ipucu olabilir. 8. Bir izolat n GSBL üretti i saptand nda in vitro duyarl l k sonucu ne olursa olsun, beta-laktamaz inhibitör kombinasyonlar ve sefamisinler hariç tüm sefalosporinler, penisilin türevleri ve monobaktamlara dirençli olarak rapor edilmelidir (26). Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 223

15 Gülay Z. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: fiekil 2 de GSBL lerin tan mlanmas için laboratuvar m zda kullan lan basit bir ak fl flemas yer almaktad r. TEM ve SHV d fl GSBL ler: Son y llarda, grup 2be ye TEM ve SHV d fl GSBL lerin eklendi i, bunlar n bir k sm n n özel co rafik bölgelerle iliflkili oldu u gözlenmektedir (4,55-60). Bu enzimler de TEM ve SHV enzimleri ile benzer biyokimyasal ve hidrolitik özellikleri içermektedir. Bu beta-laktamazlar aras nda; 1. Ülkemizdeki Salmonella typhimurium, A. baumannii ve P. aeruginosa sufllar nda gösterilen PER-1 ve Güney Amerika ülkelerinde izole edilen P. aeruginosa sufllar nda gösterilen PER-2, 2. lk kez Vietnaml bir hastadan izole edilen bir E. coli ve bir K. pneumoniae suflunda daha son- S Ampisilin R Wild type penisilinaz yok CAZ 22 mm CTX, ATM 27 MIC 2 mg/l CAZ, CTX, ATM disk difüzyon veya M K CAZ > 23 mm CTX, ATM > 28 MIC < 2 mg/l CZ, T c, pip FOX Penisilinaz, genifl spektrumlu beta-laktamaz FOX S 1. Klav ile GSB M K de erlerinde 8 kat art fl 2. ÇDS (+) FOX R ÇDS GSBL üretimi ÇDS (+) ÇDS (-) GSBL + AmpC AmpC üretimi fiekil 2. Rutin Laboratuvar çin Geniflletilmifl Spektrumlu Beta-Laktamaz Tan mlama fiemas. 224 Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3

16 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. ra da yine Tayland da hastaneye yat fl öyküsü olan hastalar n P. aeruginosa sufllar ndan izole edilen VEB-1 ve VEB-2, 3. lk kez Frans z Guyana s nda izole edilen bir K. pneumoniae gösterilen GES-1 ve bu enzimden bir nokta mutasyonu ile ayr lan GES-2, 4. Brezilya da izole edilen bir S. marcescens suflunda gösterilen BES-1, 5. E. coli sufllar nda gösterilen TLA-1, 6. Özellikle Güney Amerika ülkeleri ve baz Avrupa ülkelerinde s k görülen ve say lar her geçen gün artan CTX-M grubu enzimler [CTX-M- 1 (MEN-1)-CTX-M-16; Japonya da TOHO-1 ve TO- HO-2] say labilir. Bu enzimlerin moleküler yap lar de erlendirildi inde CTX-M grubunun özellikle Enterobacteriaceae üyeleri ve B. cepacia n n kromozomal S - n f A enzimlerine; PER tipleri, TLA-1 ve VEB tiplerinin ise Bacteroides fragilis in S n f A kromozomal beta-laktamazlar na benzer yap da olduklar görülmüfltür. TEM ve SHV d fl GSBL ler aras nda özellikle CTX-M grubu enzimlerin say s h zla artmaktad r (4). Bu tip enzimler, Güney Amerika, Yak ndo u, Uzakdo u ve Avrupa ülkelerinde, E. coli, S. typhimurium, K. pneumoniae, P. mirabilis, C. freundii, Enterobacter cloacae, E. aerogenes, Vibrio cholerae izolatlar nda gösterilmifltir. Japonya dan bildirilen TO- HO-1 ve TOHO-2 de ayn grup enzimler içerisinde yer almaktad r. CTX-M tipi enzimler, seftazidim ve aztreonama k yasla sefotaksimi daha etkin biçimde hidrolize eden enzimlerdir. Bunun sonucunda bu grup enzimleri üreten izolatlar n sefotaksim M K de erleri, seftazidiminkinden 2-16 kez yüksektir. Bu enzimler beta-laktamaz inhibitörlerine duyarl olup tazobaktam n inhibitör aktivitesi di erlerine k yasla daha yüksektir. Bu enzimler d fl nda ayr ca grup 2d içerisinde de GSBL etkinli inde OXA türevleri bulunmaktad r. Bunlar daha sonra ele al nacakt r. nhibitörlere Dirençli TEM ve SHV Türevleri Gerek TEM-1 ve TEM-2 gerekse bunlar n genifllemifl spektrumlu türevleri klavulanik asite duyarl d r. Ancak ana enzimdeki 69., 244. ve 276. pozisyonlardaki de ifliklikler bu enzimlerden inhibitörlere dirençli mutantlar n geliflmesine yol açm flt r (61). nhibitörlere dirençli enzimlerin ço u TEM türevi oldu u için inhibitörlere rezistan TEM (IRT) olarak adland r l rlar. Günümüze kadar 26 IRT enzimi bildirilmifltir. IRT enzimleri baflta E. coli olmak üzere, K. pneumoniae, C. freundii ve di er Enterobacteriaceae üyelerinde bulunmaktad r. nhibitörlere dirençli enzimlerin ço u TEM türevi olmakla birlikte SHV türevi olanlar da bulunmaktad r ve bunlardan SHV-10 ve SHV-25 ayn zamanda GSBL niteli i de tafl maktad r (62). E. coli sufllar nda beta-laktamaz inhibitörlerine direnç ayr ca; OXA-1, kromozomal/plazmid kökenli AmpC tipi beta-laktamazlar gibi inhibitörlere k smen veya tümüyle dayan kl enzimlerin üretimine ya da OmpF/OmpC mutasyonlar na ba l olabilir. Bu nedenle, inhibitörlere dirençli enzimler, amoksisilin/klavulanat kombinasyonlar na ortada veya dirençli gözüken Enterobacteriaceae izolatlar nda beta-laktamazlar kodlayan bla TEM-1a,b ve bla TEM2 genlerinin polimeraz zincir reaksiyonu tabanl yöntemlerle ço alt lmas ve dizgi analizlerinin yap lmas ile tan mlanabilmektedir. Bush Grup 2d Oksasilinazlar Bush grup 2d de oksasilini h zla hidrolize edebilen OXA grubu enzimler yer almaktad r. Günümüzde say lar 31 e ulaflan OXA tipi enzimlerden özellikle 2 alt s n f güncel önem tafl maktad r. Bunlardan birincisi özellikle ülkemiz kökenli P. aeruginosa sufllar nda görülen genifllemifl spektrumlu türevler, ikincisi de karbapenemleri hidrolize eden enzimlerdir. Moleküler s n f D de bulunan karbapenemleri hidrolize eden enzimler özellikle A. baumannii izolatlar nda görülmektedir (63,64). Bu enzimlerin karbapenemaz aktiviteleri modifiye Hodge testi ile gösterilebilir (65). Bu amaçla imipeneme duyarl bir indikatör sufl bir DST pla na McFarland 0.5 yo unlu unda yay lmakta, pla n biraz kurumas beklendikten sonra ortas na bir imipenem diski konulmaktad r. Bundan sonraki basamakta karbapenemleri hidrolize eden enzimleri araflt r lacak olan sufllardan koyu bir süspansiyon haz rlan p, imipenem diskine dik aç yla de- ecek flekilde bu süspansiyondan çizgi ekimi yap l r. Bir gece inkübasyondan sonra çizgilerin bulundu u alanlarda imipenem inhibisyon zonunda daralma, testin pozitif oldu unu göstermektedir. Ayr ca bu enzimler, yine karbapenemaz aktivitesi bulunan metalloenzimlerden klavulanik asit ve tazobaktama k smen duyarl, buna karfl n EDTA ya dayan kl olmalar ile ayr labilirler. Bu amaçla ÇDS ye benzer yöntemler tan mlanm flt r (65). Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 225

17 Gülay Z. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Metallo-Beta-Laktamazlar Metallo-beta-laktamazlar, Bush s n flamas nda fonksiyonel grup 3 içerisinde yer alan ve flimdiye kadar gördü ümüz enzimlerden farkl olarak aktif bölgelerinde bir Zn +2 iyonu bulunan enzimlerdir (66). Dolay s yla bu enzimler klavulanat, tazobaktam, sulbaktam gibi klasik beta-laktamaz inhibitörlerinden etkilenmezken EDTA gibi bir metal flelatörü ile inaktive olurlar. Bu enzimlerin en önemli özelli i monobaktamlar hariç tüm beta-laktamlar ve bu arada karbapenemleri de hidrolize edebilmeleridir. Önceleri bu grupta sadece kromozomal enzimlerin varl bilinirken, 1991 de Japonya da S. marcescens ve P. aeruginosa sufllar nda plazmid kökenli bir metallo-beta-laktamaz n (IMP-1) saptanmas, karbapenemlerin gelece i konusunda endifle do urmufltur. Nitekim geçen süre içinde integron kökenli IMP (IMP 1-8) ve VIM (VIM 1-3) ailesi üyeleri Avrupa ülkelerinde de giderek artan oranlarda bildirilmeye bafllanm flt r. Metallo-beta-laktamazlar içerisinde de 3 ifllevsel grup yer almaktad r (66): Alt grup 3a da bulunan enzimler, genellikle penisilinleri imipenemden daha h zl olarak hidrolize edebilirler. Bu grup içerisinde Bacillus cereus II, B. fragilis in CcrA, B. cepacia n n PCM-1, S. maltophilia n n L1, Chryseobacterium indologenes in IND- 1-4, C. meningosepticum un BlaB enzimleri yan s ra, S. marcescens, P. aeruginosa, A. baumannii, Shigella flexneri, K. pneumoniae gibi de iflik türlerde saptanan IMP 1-8 ve P. aeruginosa da saptanan VIM 1-3 enzimleri yer almaktad r. Alt grup 3b, Aeromonas türlerinin metalloenzimlerini kapsar ve bunlar gerçek karbapenemazlar d r. Karbapenemler d fl ndaki beta-laktamlara etkileri çok az oldu undan varl klar nitrosefin hidrolizine dayanan testlerle gösterilemez. Alt grup 3c de ise sadece Legionella gormanii nin metallo-beta-laktamaz yer almaktad r Bu enzim yüksek sefalosporinaz aktivitesi ile di er alt gruplardan ayr lmaktad r. Metallo-beta-laktamazlar s kl kla etki spektrumlar n geniflletecek bir di er enzimle birlikte üretilirler. Örne in, alt grup 3b genellikle grup 2b deki penisilinazlarla birliktedir. S. maltophilia da ise L1 ile birlikte GSBL niteli i tafl yan L2 üretilmektedir. Böylelikle S. maltophilia sufllar normalde metallo-beta-laktamazlar n etki etmedi i aztreonama da direnç göstermektedir. Metalloenzimler aktif bölgelerinde bir Zn +2 iyonu tafl d klar ndan tan mlanmalar nda bu çinko iyonuna ba lanarak enzimi inaktive eden ED- TA, 2-merkaptopropionik asit gibi bileflikler kullan lmaktad r (65). Hastane salg nlar aç s ndan önemli bakteri türlerinde bulunduklar için tan mlanmalar infeksiyon kontrolü aç s ndan önemlidir. Gram-pozitif bakterilerin beta-laktamazlar : Gram-pozitif bakteri türleri aras nda beta-laktamaz yapan bafll ca patojenler stafilokoklard r. Bu cins bakterilerce üretilen beta-laktamazlar penisilinaz niteli inde olup grup 2a da yer al rlar (38). Stafilokokal beta-laktamazlar indüklenebilir özelliktedir, yani ortamda penisilin ve türevlerinin bulunmas halinde sal n rlar. Gram-pozitif bakteriler aras nda beta-laktamaz üreten di er bir cins ise enterokoklard r. Beta-laktamaz üretimi özellikle Enterococcus faecalis sufllar nda ampisilin direncinden sorumlu mekanizmad r (10). Bu türde beta-laktamaz genleri ço unlukla yüksek düzey gentamisin direncine yol açan genler ile beraber bulunmaktad r (67). Hatta beta-laktamaz pozitif sufllar n gentamisine yüksek düzeyde dirençli kabul edilebilece i öne sürülmektedir. Enterokok beta-laktamazlar stafilokok beta-laktamazlar ndan köken ald klar için benzer niteliktedirler. Ancak, enterokoklarda beta-laktamaz ile görevli genler bulunmamaktad r. Stafilokok ve enterokok beta-laktamazlar transpozonlar arac l yla tafl n rlar. Beta-laktamaz üreten tüm türlerde, bu enzimlerin klinik etkisi sadece mikroorganizmada genlerin bulunmas ile görülmez. Klinik etki bu genlerin ekspresyonunun ve hidrolitik etkinliklerinin bir sonucudur. Ayr ca, daha önce de belirtildi i gibi, beta-laktam direncinde etkili olan di- er mekanizmalar da beta-laktamazlarca oluflturulan direnç fenotipine katk da bulunurlar. KARBAPENEMLERE D RENÇ MEKAN ZMALARI Karbapenemler, antibakteriyel spektrumlar - n n geniflli i, amfilik özellikleri nedeniyle bakteriyel membranlardan h zla geçebilmeleri, AmpC ve GSBL lere dayan kl olmalar gibi özellikleri nedeniyle özellikle ço ul dirençli gram-negatif bakteri infeksiyonlar nda ilk s rada kullan lan antibiyotik grubudur. Ancak, karbapenemlerin özellikle empirik tedavide yayg n olarak kullan lmas bunlara karfl direnç oranlar n n artma- 226 Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3

18 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. s yla sonlanm flt r. Bu yaz boyunca çeflitli bölümlerde karbapenemlere karfl dirence neden olan mekanizmalardan söz edildi i için bu k s mda karbapenemlere karfl direnç geliflim mekanizmalar k saca özetlenecektir. 1. lac n hücre içinde etkin konsantrasyona ulaflamamas, a. Porin de iflimleri: Bu özellikle P. aeruginosa sufllar ndaki temel direnç mekanizmas d r. P. aeruginosa sufllar nda karbapenemler için özel bir porin olan OprD nin kayb bu grup antibiyotiklere direnç geliflmesine neden olmaktad r. OprD kayb özellikle imipenem tedavisi s ras nda geliflmektedir. Bir haftal k imipenem tedavisi sonunda P. aeruginosa sufllar n n %50 sinde OprD mutasyonlar olufltu u saptanm flt r (15). b. Aktif pompa sistemlerinin indüklenmesi. 2. Karbapenemleri hidrolize eden enzimlerin varl, a. ntrinsik, kromozomal karbapenemazlar: Bu grupta, B. cereus II, B. fragilis in CcrA, B. cepacia n n PCM-1, S. maltophilia n n L1, C. indologenes in IND-1-4, C. meningosepticum un BlaB enzimleri say labilir. Bunlar n tümü Bush s n fland rmas nda grup 3 de yer alan metalloenzimlerdir. b. Kazan lm fl (akkiz) karbapenemazlar: S n f A (Bush grup 2f) da yer alan karbapenem hidrolize eden enzimler: E. cloacae nin IMI-1 ve NMC-A enzimleri, S. marcescens in Sme-1 ve 2 enzimleri, K. pneumoniae n n KPC-1 enzimi bu grupta yer almaktad r. Bunlar; imipenem, meropenem, penisilinler, genifllemifl spektrumlu sefalosporinler ve aztreonama direnç geliflmesine neden olan ve tazobaktam baflta olmak üzere beta-laktamaz inhibitörlerine duyarl olan enzimlerdir. S n f B metalloenzimler: IMP-1-8, VIM-1-3. S n f C beta-laktamazlar. Kromozomal AmpC enzimlerinin afl r üretiminin özellikle d fl membran porin de iflimleri ile birleflti inde karbapenem direncine yol açmas büyük olas l kla en yayg n karbapenem direnç mekanizmas d r. Bu durum E. cloacae, E. aerogenes, K. pneumoniae, P. rettgeri, C. freundii, E. coli, P. aeruginosa gibi birçok türde gösterilmifltir. mipeneme yüksek düzey direnç gösteren dereprese bir E. aerogenes mutant nda hücre genomuna AmpD geni sokuldu unda imipenem M K de erlerinin normale dönmesi AmpC tipi enzimlerin karbapenemlere dirençteki önemini vurgulamaktad r. S n f D oksasilinazlar: OXA23 (ARI-1)-OXA Hedef PBP de iflimleri (nadir). Karbapenem direncinde genellikle bu mekanizmalardan birkaç birden rol oynar. Bu derlemede de görüldü ü gibi bakteriler yayg n olarak kullan lan beta-laktam ajanlara karfl etkili direnç mekanizmalar gelifltirmifllerdir. Bu direnç mekanizmalar n n bilinmesi, en az ndan bunlara yenilerinin eklenmemesi için klinikte ve laboratuvarda yapmam z gerekenleri belirlememize yard mc olacakt r. KAYNAKLAR 1. Jawetz E. Penicillins and cehalosporins. In: Katzung BG (ed). Basic and Clinical Pharmacology. 3 rd ed. California: Appleton and Lange, 1987: Chambers HF. Penicillins. In: Mandell GL, Bennett JE, Dolin R (eds). Principles and Practice of Infectious Diseases. 5 th ed. Philadelphia: Churchill Livingstone, 2000: Lee NLS, Yuen KY, Kumana CR. ß-lactam antibiotic and ß-lactamase inhibitor combinations. JA- MA 2001;285: Bush K. New ß-lactamases in gram-negative bacteria, diversity and impact on selection of antimicrobial therapy. Clin Infect Dis 2001;32: Ghuysen JM. Molecular structures of penicillinbinding proteins and beta-lactamases. Trends Microbiol 1994;2: Chambers HF. Penicillin-binding protein mediated resistance in pneumococci and staphylococci. J Infect Dis 1999;179(Suppl 2): Gülay Z. Antimikrobiyal ilaçlara direnç. Mutlu G, mir T, Cengiz T, Ustaçelebi fi, Tümbay E, Mete Ö (eds). Temel ve Klinik Mikrobiyoloji. Ankara: Günefl Kitabevi, 1999: Mederios AA. Cooperative evolution of mechanisms of ß-lactam resistance. Clin Microbiol Infect 2000;6(Suppl 3): Nikaido H. Outer membrane barier as a mechanism of antimicrobial resistance. Antimicrob Agents Chemother 1989;33: Kaye KS, Fraimow HS, Abrutyn E. Pathogens resistant to antimicrobial agents; epidemiology, molecular mechanisms, and clinical management. Infect Dis Clin North Am 2000;14: Shlaes DM, Gerding DN, John JF et al. Society for healthcare epidemiology of America and infectious diseases society of America joint committee on the prevention of antimicrobial resistance: Guidelines for the prevention of antimicrobial resistance in hospitals. Clin Infect Dis 1997;25: Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 227

19 Gülay Z. Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: 12. Mayer KH, Opal SM, Medeiros AA. Mechanisms of antibiotic resistance. In: Mandell GL, Bennett JE, Dolin R (eds). Principles and Practice of Infectious Diseases. 5 th ed. Philadelphia: Churchill Livingstone, 2000: Cornaglia G, Mazzariol A, Fontana R. The astonishing complexity of antibiotic resistance. Clin Microbiol Infect 2000;6(Suppl 3): Nikaido H. Crossing the envelope; how cephalosporins reach their targets. Clin Microbiol Infect 2000;6(Suppl 3): Hancock REW. Resistance mechanisms in pseudomonas aeruginosa and other nonfermentative gramnegative bacteria. Clin Infect Dis 1998;27(Suppl 1): Livermore DM. Permeation of beta-lactam antibiotics into Escherchia coli, Pseudomonas aeruginosa and other gram-negative bacteria. Rev Infect Dis 1988;10: Martine Martinez L, Conejo MC, Pascual A et al. Activities of imipenem and cephalosporins against clonally related strains of Escherichia coli hyperproducing chromosomal beta-lactamase and showing altered porin profiles. Antimicrob Agents Chemother 2000;44: Domenech-Sanchez A, Hernandez Alles J, Martinez Martinez L, Benedi J, Albuti S. Identification and characterization of a new porin gene of Klebsiella pneumoniae; its role in ß-lactam antibiotic resistance. J Bacteriol 1999;181: Nikaido H. Antibiotic resistance caused by gramnegative multidrug efflux pumps. Clin Infect Dis 1998;27(Suppl 1): Bambeke FV, Balzi E, Tulkens PM. Antibiotic efflux pumps. Biochem Pharmacol 2000;60: Li Z, Nikaido H, Poole K. Role of MexA-MexB- OprM in antibiotic efflux in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother 1995;39: Pumbwe L, Piddock LJW. Two efflux systems expressed simultaneously in multidrug resistant Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother 2000;44: Poole K, Tetro K, Zhao Q et al. Expression of multidrug resistance operon mexa-mexb-oprm in Pseudomonas aeruginosa; mexr encodes a regulator of operon exspression. Antimicrob Agents Chemother 1996;40: Masuda N, Gotoh N, Ishii C, Sakagawa E, Ohya S, Nishino T. Interplay between chromosomal ß-lactamase and the MexAB-OprM effluz system in intrinsic resistance to ß-lactams in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother 1999;43: Cohen SP, Murray LM, Levy SB. Mar A locus causes decreased exspression of OmpF porin in multiple antibiotic resistance (mar) mutants of E. coli. J Bacteriol 1988;170: National Committee for Clinical Labortory Standarts. Performance standarts for antimicrobial susceptibility testing, 11 th informational supplement M100-S11; Villanova, Pa, Moranan MC, Moreria B, Boyle S, Daum RS. Antimicrobial resistance in staphylococci. Infect Dis Clin North Am 1997;11: Chambers HF. Methicillin resistance in staphylococci, molecular and biochemical basis and implication. Clin Microbiol Rev 1997;10: Carbon C. MRSA and MRSE, is there an answer. Clin Microbiol Infect 2000;6(Suppl 3): Hackbarth CJ, Kocagöz T, Kocagöz S, Chambers HF. Point mutations in Staphylococcus aureus PBP 2 gene affect penicillin-binding kinetics and are associated with resistance. Antimicrob Agents Chemother 1995;39: Henze UU, Berger-Bachi B. Penicillin-binding protein 4 overproduction increases beta-lactam resistance in Staphylococcus aureus. Antimicrob Agents Chemother 1996: Maiden MCJ. Horizontal genetic exchange, evolution and spread of antibiotic resistance in bacteria. Clin Infect Dis 1998;27(Suppl 1): Klugman KP, Madhi SA. Emergence of drug resistance; impact on bacterial meningitis. Infect Dis Clin North Am 1999;13: Rybkine T, Mainardi L, Sougakoff W, Collatz E, Gutmann L. Penicillin-binding protein 5 sequence alterations in clinical isolates of Enterococcus faecium with different levels of beta-lactam resistance. J Infect Dis 1998;178: Gutmann L. Penicillin-binding protein in betalactam resistance. 40 th ICAAC addendum 2000: Ubukata K, Shibasaki Y, Ymamoto K et al. Association of aminoacid substitutions in Penicillin-binding protein 3 with ß-lactam resistance in ß-lactamase-negative ampicillin resistant Haemophilus influenzae. Antimicrob Agents Chemother 2001;45: Livermore DM. ß-lactamases: Quantitiy and resistance. Clin Microbiol Infect 1997;3(Suppl 4): Bush K, Jacoby GA, Medeiros AA. A functional classification scheme for ß-lactamases and its correlation with molecular structure. Antimicrob Agents Chemother 1995;39: Medeiros AA. ß-lactamases: Quality and resistance. Clin Microbiol Infect 1997;3(Suppl 4):4S2-4S Wiedemann Bi Dietz H, Preifle D. Induction of ß- lactamase in Enterobacter aerogenes. Clin Infect Dis 1998;27(Suppl 1): Shannon K, Philips I. The effects on ß-lactam susceptibility and phenotypic induction and genotypic derepression of ß-lactamase synthesis. J Antimicrob Chemother 1986;18(Suppl 1E): Sanders CC, Sanders W Jr. ß-lactam resistance in gram-negative bacteria global trends and clinical impact. Clin Infect Dis 1992;15: Negri MC, Morrossini MI, Blazquez J, Bacquero F. Antibiotic resistance in hospital infections: The role of newer cephalosporins. Clin Microb Infect 2000;6(Suppl 3): Gazouli M, Tzouvelekis LS, Prinarakis E, Miniagou V, Tzelepis E. Transferable cefoxitin resistance in Enterobacteriaceae from Greek hospitals and 228 Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3

20 Antibiyotiklere Direnç Mekanizmalar ve Çözüm Önerileri: Gülay Z. characterization of a plasmid mediated group 1 beta-lactamase (LAT-2). Antimicrob Agents Chemother 1996;40: Bradford PA, Urban C, Mariano N, Projak SJ, Rahal JJ, Bush K. Imipenem resistance in Klebsiella pneumoniae is associated with the combination of ACT-1 a plasmid mediated AmpC beta-lactamase and the loss of an outer membrane porin. Antimicrob Agents Chemother 1997;41: Rahal JJ. Extended spectrum ß-lactamases; how big is the problem. Clin Microbiol Infect 2000;6(Suppl 2): Rice L. Evolution and clinical importance of extended spectrum ß-lactamases. Chest 2001;119: Gür D, Gültekin M, Ö ünç D et al. Comparative in vitro activity of piperacillin tazobactam against gram-negative nosocomial pathogens. 21 st International Congress of Chemotherapy, 4-7 July 1999, Birmingham, UK, J Antimicrob Chemother 1999; 44: Lautenbach E, Patel JB, Bilken WB, Edelstein PH, Rishmann NO. Extended spectrum beta-lactamase producing Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae; risk factors for infection and impact of resistance on outcomes. Clin Infect Dis 2001;32: Gülay Z, Thomson CJ, Yulu N, Amyes SGB. High prevalance of extended spectrum beta-lactamase production among Klebsiella pneumoniae isolated at a university hospital in Turkey. J Chemother 2000; 12: Thomson KS. Controversies about extended spectrum and AmpC ß-lactamases. Emerg Infect Dis 2001;7: Paterson DL, Kow C, Gottberg A et al. Outcome of cehalosporin treatment for serious infections due to apparently susceptible organisms producing extended spectrum ß-lactamases; implications for the clinical microbiology laboratory. J Clin Microbiol 2001;39: Jarlier V, Nicoles MM, Fornier G, Philippon A. Extended broad spectrum ß-lactamases conferring resistance to newer beta-lactam agents in Enterobacteriaceae; hospital prevalance and susceptibility patterns. Rev Infect Dis 1988;10: Jorgensen JH, Ferraro MJ. Antimicrobial susceptibility testing: Special needs for fastidious organisms and difficult to detect resistance mechanisms. Clin Infect Dis 2000;30: Nordmann P. Trends in ß-lactam resistance among Enterobacteriaceae. Clin Infect Dis 1998; 27(Suppl 1): Danel F, Hall M, Gür D, Akal n HE, Livermore DM. Transferable production of PER-1 ß-lactamase in Pseudomonas aeruginosa. J Antimicrob Chemother 1995;35: Vahabo lu H, Öztürk R, Aygün G et al. Widespread detection of PER-1 type extended spectrum ß- lactamases among nosocomial Acinetobacter and Pseudomonas aeruginosa isolates in Turkey; anationwide multicenter study. Antimicrob Agents Chemother 1997;41: Girlich D, Poirel L, Lelaporn A et al. Molecular epidemiology of the integron-located VEB-1 extended spectrum beta-lactamase in nosocomial enterobacterial isolates in Bangkok, Thailand. J Clin Microbiol 2001;39: Poirel L, LeThomas I, Naas T, Karim A, Nordmann P. Biochemical sequence analyses of GES-1 a novel class A extended spectrum ß-lactamase, and the class 1 integron In52 from Klebsiella pneumoniae. Antimicrob Agents Chemother 2000;44: Bonnet R, Dutour C, Sampaio JLM et al. Novel cefotaximase (CTX-M-16) with increased catalytic efficiency due to substitution Asp-240-Gly. Antimicrob Agents Chemother 2001;45: Gülay Z. Beta-laktamaz inhibitörlerine dirençli enzimler. Ankem Derg 1997;11: Chang FY, Siu LK, Fung CP, Huang MH, Ho M. Diversity of SHV and TEM ß-lactamases in Klebsiella pneumoniae; gene evolution in northern Taiwan and two novel ß-lactamases, SHV-25 and SHV-26. Antimicrob Agents Chemother 2001;45: Amyes SGB. Carbapenemases. Ankem Derg 1997;11: Afzal-Shah M, Woodford N, Livermore DM. Characterization of OXA-25, OXA-26, OXA-27, molecular Class D ß-lactamases associated with carbapenem resistance in clinical isolates of Acinetobacter baumannii. Antimicrob Agents Chemother 2001;45: Lee K, Chong Y, Shin HB, Kim YA, Yong D, Yun JH. Modified Hodge and EDTA synergy tests to screen metallo-ß-lactamase producing strains of Pseudomonas and Acinetobacter species. Clin Microb Infect 2001;7: Bush K. Metallo-ß-lactamases; a class apart. Clin Infect Dis 1998;27(Suppl 1): Rice LB. Bacterial monopolists; the bundling and dissemination of antimicrobial resistance genes in gram-positive bacteria. Clin Infect Dis 2000: YAZIfiMA ADRES : Dr. Zeynep GÜLAY Dokuz Eylül Üniversitesi T p Fakültesi Mikrobiyoloji ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dal ZM R Hastane nfeksiyonlar Dergisi 2001; 5: 3 229