Gen Ndm-1 w superbakteriach: objawy i leczenie

Co to jest NDM-1?

• NDM-1 to skrótowy sposób pisania metalo-beta-laktamazy z New Delhi, która jest nazwą enzymu odkrytego w 2009 roku, który może być wytwarzany przez kilka rodzajów bakterii, które czynią bakterie odpornymi na wiele wspólnych antybiotyków używać na całym świecie.
• Enzym ten należy do grupy enzymów (beta-laktamazy), które są zdolne do zrywania wiązań chemicznych pierścienia beta-laktamowego, który stanowi ważną część wielu antybiotyków, takich jak leki z grupy penicylin, cefalosporyn i karbapenemów.
• Większość enzymów beta-laktamazy działa skutecznie na niektóre lub większość starszych antybiotyków, takich jak penicyliny i cefalosporyny. NDM-1 działa zarówno na stare antybiotyki, jak i nowsze antybiotyki karbapenemowe, takie jak imipenem, które zawierają pierścień beta-laktamowy.
• Klebsiella były pierwszymi bakteriami zidentyfikowanymi w 2009 roku, które produkowały NDM-1 u pacjenta, który podróżował z Indii do Anglii z infekcją, która nie reagowała na wiele antybiotyków. Organizm był oporny na beta-laktamy, a po zbadaniu mechanizmów odporności genetycznej i antybiotykowej odkryto NDM-1 i jego źródło genetyczne. Źródłem genetycznym był plazmid zwany „ bla _NDM-1 ”, a od tego odkrycia stwierdzono, że inne rodzaje bakterii mają wbudowane bla _NDM-1 w inne plazmidy lub w chromosom bakteryjny, umożliwiając bakteriom wytwarzanie NDM-1 .
• NDM-1, chociaż skuteczny wobec prawie wszystkich antybiotyków z pierścieniami beta-laktamowymi, nie jest skuteczny w wytwarzaniu oporności na antybiotyki wobec innych rodzajów antybiotyków, takich jak fluorochinolony (na przykład cyprofloksacyna i lewofloksacyna) lub aminoglikozydy (na przykład gentamycyna i streptomycyna).
• Niestety, większość szczepów bakterii, które mają NDM-1, ma także oporność plazmidową lub chromosomalną na te (i inne) antybiotyki. Termin „superbakteria” jest często używany luźno w celu opisania organizmów opornych na zwykle dwa lub więcej antybiotyków, które są zwykle skuteczne. Ponieważ bakterie zawierające NDM-1 są często oporne na prawie każdy antybiotyk, bakterie z NDM-1 nazywane są superbakteriami. Niektórzy badacze uważają te bakterie za najniebezpieczniejszy superbohater ze wszystkich, które do tej pory powstały.
• Chociaż nowo odkryty w 2009 r. I najprawdopodobniej z powodu transferu genetycznego plazmidów lub innych segmentów chromosomalnych, NDM-1 znaleziono w co najmniej czterech różnych rodzajach bakterii Gram-ujemnych ( Klebsiella, Escherichia, Enterobacter i Acinetobacter ). Ponadto stwierdzono, że ludzie w Indiach, Pakistanie, Anglii, Kanadzie, Szwecji, Australii, Japonii i Stanach Zjednoczonych są zakażeni szczepami bakteryjnymi wytwarzającymi NDM-1.
• Naukowcy spekulują, że niezwykle szybkie rozprzestrzenianie się NDM-1 może być spowodowane tym, że pacjenci szukają pomocy medycznej poza swoim krajem ojczystym (na przykład goście lub podróżnicy z Indii). Inni sugerują, że powszechne i niekontrolowane stosowanie antybiotyków sprzyja przetrwaniu szczepów bakteryjnych zawierających NDM-1.
• Innym możliwym powodem szybkiego rozprzestrzeniania się jest to, że Escherichia coli ( E. coli ), część normalnych bakterii występujących w jelicie człowieka, łatwo wymienia plazmidy. W rzeczywistości u pierwszego zidentyfikowanego pacjenta zakażonego Klebsiella zawierającym NDM-1 stwierdzono następnie szczep E. coli, wyizolowany z kału, zdolny do wytwarzania NDM-1.

Co powoduje wytwarzanie NDM-1 u bakterii?

Kod genetyczny ( bla _NDM-1 ) zlokalizowany na plazmidzie lub zintegrowany z chromosomem bakteryjnym jest odpowiedzialny za syntezę enzymu NDM-1. Naukowcy sugerują, że presje środowiskowe, takie jak stosowanie lub nadużywanie antybiotyków, zostały wybrane dla bakterii, które mogłyby zsyntetyzować ten enzym, aby przetrwać. Niektórzy spekulują, że ponieważ w wielu krajach istnieje mniej ograniczeń w stosowaniu antybiotyków, szczepy oporne na antybiotyki prawdopodobnie będą produkowane w tych krajach; w przypadku NDM-1 niektórzy badacze sugerują, że w Indiach ten element genetyczny został po raz pierwszy rozwinięty.

Ryc. 1 to schemat pokazujący różne metody stosowane przez bakterie do przenoszenia materiału genetycznego między różnymi typami bakterii. Pierwsza metoda, transformacja, ma miejsce, gdy ściana komórkowa bakterii rozpada się podczas śmierci komórki bakteryjnej, a bakteryjny materiał genetyczny (zarówno chromosomalny, jak i plazmidowy) jest uwalniany do środowiska. Inne pobliskie bakterie mogą wówczas wchłonąć materiał genetyczny i wprowadzić zaabsorbowane geny do własnych plazmidów lub chromosomów.

Druga metoda, koniugacja, ma miejsce, gdy dwie bakterie dzielą połączenie przez ściany komórkowe, co pozwala materiałowi genetycznemu (plazmidy lub fragmenty genów) przejść do innej bakterii, która może włączyć plazmid lub fragmenty genu do innych plazmidów lub chromosomu.

Ostatnia metoda, transdukcja, jest bardziej skomplikowana. Pierwszy etap obejmuje bakteriofaga (rodzaj wirusa infekującego bakterie), który przyłącza i wstrzykuje swój genom (ryc. 1, biała linia) do bakterii. Genom bakteriofaga „przejmuje” komórkę bakteryjną i syntetyzuje części bakteriofaga, które są ponownie składane w nowe bakteriofagi. Jednak podczas ponownego składania czasami geny z plazmidów lub bakteryjnego materiału genetycznego chromosomu są błędnie wprowadzane do cząstki bakteriofaga (ryc. 1, struktura w kształcie heksagonalnym, zwana kapsydem) zamiast tylko genów wirusowych. Po zakończeniu ponownego składania bakteriofag otwiera ścianę komórkową bakterii, a nowe bakteriofagi mogą ponownie zainfekować inne bakterie. Nie wszystkie bakterie zakażone bakteriofagiem giną; niektórzy przeżyją. Te bakterie zakażone materiałem genetycznym bakteriofaga, który zawierał geny z plazmidów bakteryjnych lub chromosomu bakteryjnego, mogą następnie włączyć geny plazmidowe lub chromosomalne do swoich własnych plazmidów lub chromosomów.

Te rodzaje transferów genetycznych są odpowiedzialne za syntezę wielu enzymów, takich jak NDM-1, które pozwalają bakteriom na oporność na wiele antybiotyków. Takie geny oporne na antybiotyki są często ściśle ze sobą połączone, a nawet wiele połączonych genów można przenosić tymi metodami jednocześnie.

Mechanizmy umożliwiające współdzielenie genów kodujących oporność na leki między różnymi szczepami bakteryjnymi i różnymi rodzajami bakterii

Jakie są objawy i oznaki osoby zakażonej bakteriami przenoszącymi NDM-1?

Głównym objawem lub objawem zakażenia bakterią NDM-1 jest niepowodzenie leczenia antybiotykami (doustnego lub dożylnego) w celu poprawy stanu pacjenta, szczególnie jeśli pacjent jest zakażony bakterią Gram-ujemną i jest leczony antybiotyk zawierający strukturę pierścieniową beta-laktamu. Ponadto, jeśli dana osoba wyjechała do innego kraju (na przykład do Indii) na planową operację lub niedawno była leczona antybiotykami z powodu infekcji i wróciła do USA lub innego uprzemysłowionego kraju z infekcją, opiekunowie powinni podejrzewać, że bakteria wytwarzanie NDM-1 może powodować infekcję. Obecnie są to główne wskazówki sugerujące zakażenie NDM-1.

Ponieważ NDM-1 może być przenoszony przez kilka rodzajów bakterii Gram-ujemnych, objawy przedmiotowe i podmiotowe chorób w niewielkim stopniu pomagają w rozróżnieniu, czy u pacjenta występuje organizm wyrażający enzym do czasu niepowodzenia leczenia antybiotykami. Ponieważ jednak wiadomo, że bakterie Gram-ujemne powodują wiele chorób (na przykład problemy żołądkowo-jelitowe, infekcje dróg moczowych, zapalenie płuc i niektóre infekcje ran), pacjenci z tymi chorobami, które wymagają leczenia antybiotykami i nie odzyskują odpowiednio leczenia, powinni mieć bakterie Gram-ujemne wyizolowane i przetestowane pod kątem oporności na antybiotyki.

Kiedy szukać pomocy medycznej w przypadku infekcji wywołanych przez bakterie przenoszące NDM-1

Każda osoba, u której zdiagnozowano infekcję spowodowaną przez NDM-1 i która nadal ma objawy infekcji, musi szukać pomocy medycznej, nawet jeśli przyjmuje antybiotyki. Obecnie większość osób ze zdiagnozowanym zakażeniem bakteryjnym NDM-1 jest hospitalizowana, ale niektóre osoby są wypisywane i wysyłane do domu, często z „domem” znajdującym się w innym kraju. Osoby te powinny niezwłocznie zwrócić się o pomoc medyczną, aby zapobiec dalszemu rozprzestrzenianiu się infekcji. Ponadto każda osoba, u której rozwinie się infekcja bakteriami Gram-ujemnymi, która miała jakikolwiek bliski kontakt z osobą, o której wiadomo, że ma bakterie NDM-1, zarówno jako infekcję, jak i jako nosiciel, powinna skorzystać z pomocy medycznej i poinformować opiekuna o swoim potencjale związek z bakteriami NDM-1.

Jak identyfikowane są bakterie wytwarzające NDM-1?

Chociaż standardową praktyką jest testowanie wszystkich bakterii izolowanych od zakażonego pacjenta, niektóre szpitale mogą nie badać oporności na karbapenem, ponieważ oporność na to jest obecnie stosunkowo rzadka w większości krajów uprzemysłowionych. Chociaż sytuacja ta może się szybko zmienić, jeśli izolaty gram-ujemne wykazują oporność na penicyliny, prawdopodobnie należy je przetestować pod kątem oporności na karbapenem. Jeśli wiadomo, że pacjent podróżuje do obszarów, w których często występuje NDM-1 (Indie, Pakistan), izolowane bakterie Gram-ujemne należy natychmiast zbadać pod kątem oporności na karbapenem. Ten test nie określa jednak, że bakterie zakażające posiadają NDM-1, ponieważ istnieje kilka innych enzymów (na przykład karbapenemaza Klebsiella pneumoniae zwana także KPC), które mogą powodować oporność na karbapenemy, ale nie są tak skuteczne jak NDM- 1. Jeśli szczep bakteryjny oporny na karbapenemy zostanie odzyskany od pacjenta, bakterie powinny zostać przesłane do stanowego laboratorium zdrowia publicznego lub amerykańskiego Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorób (CDC) w celu przeprowadzenia szczegółowych testów na NDM-1, ponieważ testy na NDM- 1 nie jest rutynowo dostępny. Pacjenci, u których bakterie zostały wyizolowane z miejsca zakażenia, które mają wykrywalny NDM-1 przez państwo lub placówki CDC, zostają ostatecznie zdiagnozowani jako zakażenie wywołane przez bakterie wytwarzające NDM-1.

Jakie jest leczenie infekcji wywołanej przez bakterie wytwarzające NDM-1?

Najlepszym sposobem leczenia infekcji wywołanej przez bakterie wytwarzające NDM-1 jest ustalenie, na jakie antybiotyki szczep NDM-1 jest wrażliwy (nieoporny) i stosowanie tych antybiotyków w leczeniu pacjenta. Jeden antybiotyk, kolistyna, który jest rzadko stosowany ze względu na swoją toksyczność, jest często jedynym antybiotykiem, na który podatne są bakterie produkujące NDM-1. Jednak niektóre bakterie wytwarzające NDM-1 wykazały wrażliwość na tygecyklinę (Tygacil), a niektóre na aztreonam (Azactam). Jednak antybiotyków tych nie należy stosować bez uprzedniego ustalenia wzoru oporności / podatności dla poszczególnych zakażających szczepów bakteryjnych. Wzory oporności na antybiotyki / podatności na bakterie są rutynowo wykonywane w laboratoriach, w których hodowane są izolowane szczepy bakteryjne w obecności dysków impregnowanych antybiotykiem. Odporne bakterie rosną aż do krawędzi dysku, podczas gdy bakterie podatne na hamowanie lub zabijanie przez antybiotyk pozostawiają wolną przestrzeń, która nie rozrasta się od krawędzi dysku. Im większa wolna przestrzeń, tym bardziej podatny jest szczep bakteryjny na antybiotyk (patrz przykład, ryc. 2). Większość bakterii wytwarzających NDM-1 nie wykazuje wolnej przestrzeni. Jednym z problemów z tym testem jest to, że uzyskanie wyników zajmuje około dwóch dni.

Test dysku Kirby-Bauer na wzór oporności / podatności na antybiotyki. ŹRÓDŁO: CDC / Gilda L. Jones

Naukowcy z GlaxoSmithKline zidentyfikowali nowy antybiotyk, który może hamować bakteryjną funkcję topoizomerazy u bakterii zawierających NDM-1. W konsekwencji replikacja bakteryjna (wzrost) jest hamowana lub zatrzymywana. Niestety, związek nie przeszedł żadnych badań klinicznych i prawdopodobnie nie będzie wkrótce dostępny na rynku, ponieważ obecnie nie zaplanowano żadnych badań klinicznych.

Jaka jest prognoza dla osoby zakażonej bakteriami wytwarzającymi NDM-1?

Rokowanie (wynik) dla osoby zakażonej NDM-1 jest związane z ogólnym stanem pacjenta w momencie diagnozy i odpowiedniego leczenia. Ogólnie rzecz biorąc, pacjenci z bakteriami opornymi na antybiotyki mają więcej powikłań i dłuższe pobyty w szpitalu niż ci, którzy mają organizmy wrażliwe na antybiotyki. Im szybciej bakterie zawierają NDM-1, tym szybciej można rozpocząć odpowiednie leczenie i tym lepsze rokowanie dla pacjenta. Jeśli bakterie produkujące NDM-1 są wrażliwe na kolistynę, rokowanie jest zwykle dobre. Jednak pacjenci na respiratorach, pacjenci z obniżoną odpornością i pacjenci na oddziałach intensywnej terapii mają bardziej ostrożne rokowanie.

Czy można zapobiegać zakażeniom bakteriami zawierającymi NDM-1?

Szansę na zakażenie bakteriami zawierającymi NDM-1 można zmniejszyć, a nawet im zapobiec, dzięki dość prostym metodom higienicznym, które obejmują mycie rąk, odpowiednie leczenie zaopatrzenia w wodę, mycie warzyw oraz unikanie obszarów i ludzi znanych z występowania bakterii produkujących NDM-1. Należy stosować zwykłe techniki ochrony przed infekcjami dostępne w szpitalach. Pacjenci z bakteriami NDM-1 powinni być traktowani jak pacjenci z MRSA, z prywatnym pokojem z rękawiczkami, a maski i fartuchy powinny być dostępne dla opiekunów i gości.

Nie ma dostępnej szczepionki dla bakterii wytwarzających NDM-1 i jest mało prawdopodobne, że zostanie opracowana, ponieważ tak wiele szczepów bakteryjnych może potencjalnie wytwarzać NDM-1, jeśli otrzyma odpowiednie geny.

Dlaczego lekarze i naukowcy są tak zaniepokojeni bakteriami NDM-1?

Wielu opiekunów medycznych i badaczy jest zaniepokojonych NDM-1, ponieważ powoduje, że niektóre z najbardziej użytecznych i silnych antybiotyków (karbapenemów) są nieskuteczne. Te antybiotyki są często lekami z wyboru w przypadku ciężkich zakażeń. Ponadto, ponieważ gen bla _NDM-1, który wytwarza enzym, jest często związany z innymi genami kodującymi inne czynniki oporności na antybiotyki, obawiają się, że taka oporność zostanie szybko przekazana większości bakterii Gram-ujemnych, co czyni ogromną grupa bakterii opornych na większość obecnie stosowanych antybiotyków. Chociaż rozprzestrzenianie się tej grypy jest mało prawdopodobne, jak na przykład ptasią lub świńską grypę, wybuchy chorób wywołane przez bakterie NDM-1 mogą spowodować wysoką śmiertelność. Badacze obawiają się również, że aktualne testy wrażliwości na antybiotyki często mogą potrwać co najmniej dwa dni, co dla krytycznie zakażonego pacjenta może być długim czasem leczenia antybiotykami, które mogą nie mieć zdolności hamowania lub zabijania zakażających bakterii.

Obszar badań nad NDM-1 jest obecnie niezwykle aktywny. W najbliższej przyszłości powinno być wiele zmian w klinicznych metodach diagnostycznych, planach leczenia antybiotykami i antybiotykach. Niestety liczba osób zakażonych i przenoszących bakterie NDM-1 prawdopodobnie szybko wzrośnie. Naukowcy planują spróbować wyprzedzić te potencjalnie niebezpieczne bakterie oporne na antybiotyki, ale nie ma gwarancji, że odniosą sukces. Zapobieganie infekcjom jest najlepszą obroną przed tymi bakteriami.

Gdzie ludzie mogą znaleźć więcej informacji o bakteriach wytwarzających NDM-1?

„Wykrywanie izolatów Enterobacteriaceae przenoszących metalo-beta-laktamazę” - Stany Zjednoczone, 2010. „Centra kontroli i zapobiegania chorobom

„Wytyczne dotyczące kontroli zakażeń wywoływanych przez Enterobacteriaceae oporne na karbapenem lub Enterobacteriaceae w placówkach opieki ostrej”. Centra kontroli i zapobiegania chorobom