МЕДИЦИНА, ЯКА БАЗУЄТЬСЯ НА ДОКАЗАХ

Індукція/інгібування хромосомних β-лактамаз інгібіторами β-лактамаз

Скорочений виклад

F. Moosdeen, J. Keeble, J. D. Williams
Reviews of Infectious Diseases 1986;8:S562–S568

Синтез β-лактамаз — один із механізмів, які зумовлюють резистентність ентеробактерій до β-лактамних антибіотиків. Бета-лактамази можна розділити на хромосомні та плазмідні. Хромосомні ферменти класифікують на цефалоспоринази, пеніцилінази та β-лактамази широкого спектра дії (I, II та IV класу за класифікацією Річмонда-Сайкса) [1]. Штами різних видів мікроорганізмів синтезують відмінні хромосомні β-лактамази. Синтез цих ферментів зростає під впливом індукторів або хромосомних змін, які приводять до синтезу великої кількості лактамаз за відсутності індукторів. Синтез β-лактамаз штамами Citrobacter, Enterobacter, Proteus, Providencia, Morganella індукується пеніцилінами та цефалоспоринами [2-5], з них найпотужнішим індуктором є цефокситин. Синтез великої кількості лактамаз пов’язаний з резистентністю до нових цефалоспоринів [6] та уреїдопеніцилінів [7].

Інгібітори β-лактамази діють синергічно з пеніцилінами та цефалоспоринами щодо пригнічення плазмідних β-лактамаз представників Enterobacteriaceae та стафілококів [8-11]. Інгібітори β-лактамаз не пригнічують активність хромосомних β-лактамаз І та ІІ класу, хоча частково впливають на β-лактамази IV класу.

У цьому дослідженні вивчено взаємодію інгібіторів β-лактамаз із різноманітними β-лактамами — амінопеніцилінами (ампіцилін), уреїдопеніцилінами (мезлоцилін, піперацилін), карбоксипеніцилінами (карбеніцилін, тикарцилін) та амінотіазольними цефалоспоринами (цефотаксим, цефтріаксон, цефтазидим) — проти представників Enterobacteriaceae з індукованими або конститутивними хромосомними β-лактамазами.

Матеріали та методи

Проаналізовано 44 клінічні штами Escherichia coli, Citrobacter, Enterobacter, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Providencia rettgeri, Morganella morganii, Hafnia. Визначали МІК ампіциліну, мезлоциліну, піперациліну, карбеніциліну, тикарциліну, цефотаксиму, цефтріаксону, цефтазидиму і їх комбінації з ампіциліном, цефокситином, клавулановою кислотою, сульбактамом та YTR 830 (5 мкг/мл). Активність β-лактамаз проти β-лактамів визначали за допомогою прямої спектрофотометрії та диско-дифузійного методу [16, 17].

Результати

Антибактеріальна активність. Усі штами були резистентними до ампіциліну, а чутливість до уреїдопеніцилінів та карбоксипеніцилінів була різною. Усі штами, за винятком поданих нижче, були чутливими до амінотіазольних цефалоспоринів. Штами, які були високорезистентними до ампіциліну та уреїдопеніцилінів, також були високорезистентними до карбоксипеніцилінів.

Активність ампіциліну, цефокситину, клавуланової кислоти, сульбактаму та YTR 830 у комбінації з уреїдопеніцилінами, карбоксипеніцилінами та амінотіазольними цефалоспоринами підсумовано в таблиці 1. Для аналізу штами було розділено на чутливі (МІК < 8 мкг/мл) та резистентні (МІК > 16 мкг/мл) до карбеніциліну.

Таблиця 1. Активність ампіциліну, цефокситину, клавуланової кислоти, сульбактаму та YTR 830 у комбінації з β-лактамами щодо Enterobacteriaceae, які синтезували хромосомні β-лактамази

Примітки. Ч — чутливий, Р — резистентний; син. — синергічний/аддитивний, ант. — антагоністичний, 0 — індиферентний; цеф. — цефокситин, клав. — клавуланова кислота, сульб. — сульбактам, YTR — YTR 830, амп. — ампіцилін.

* Для одного штаму виявлено синергізм між клавулановою кислотою та YTR 830.

^† Тільки для цефтріаксону.

а) Escherichia coli, Citrobacter та Enterobacter. Комбінації цефокситину, клавуланової кислоти, сульбактаму та YTR 830 з уреїдопеніцилінами та карбоксипеніцилінами на карбеніцилін-резистентну E. coli діяли синергічно, а інші комбінації були індиферентними.

Щодо Citrobacter комбінації цефокситину з карбоксипеніцилінами та цефалоспоринами були антагоністичними, а всі інші комбінації — індиферентними.

На карбеніцилін-чутливі штами Enterobacter цефокситин, ампіцилін та клавуланова кислота з цефалоспоринами, а також цефокситин з уреїдопеніцилінами діяли антагоністично. Цефокситин та клавуланова кислота були антагоністичними до карбоксипеніцилінів.

b) Proteus та Providencia. Щодо карбеніцилін-чутливих штамів Proteus mirabilis цефокситин був антагоністичний з уреїдопеніцилінами та карбоксипеніцилінами, а амінотіазольні цефалоспорини в комбінації з ампіциліном, цефокситином, інгібіторами β-лактамаз діяли індиферентно. На карбеніцилін-резистентні штами Proteus mirabilis клавуланова кислота, сульбактам та YTR 830 в комбінації з карбоксипеніцилінами діяли синергічно.

Щодо всіх карбеніцилін-чутливих та карбеніцилін-резистентних штамів Proteus vulgaris цефокситин діяв синергічно в комбінації з уреїдопеніцилінами або карбоксипеніцилінами. Клавуланова кислота, сульбактам та YTR 830 діяли синергічно з карбоксипеніцилінами на карбеніцилін-чутливих та карбеніцилін-резистентні штами, але на карбеніцилін-чутливі штами — синергічно тільки з уреїдопеніцилінами. Цефтріаксон діяв синергічно з цефокситином, клавулановою кислотою, сульбактамом та YTR 830 на карбеніцилін-резистентні штами, але антагоністично з ампіциліном на карбеніцилін-чутливі штами.

Комбінації β-лактамів впливали тільки на карбеніцилін-резистентні штами P. rettgeri. Синергічна дія цефокситину, клавуланової кислоти, сульбактаму та YTR 830 з пеніцилінами та антагонізм ампіциліну з цефтріаксоном були подібними до результатів дослідження Proteus vulgaris.

c) Morganella та Hafnia. Сульбактам та YTR 830 при всіх комбінаціях з β-лактамами діяли синергічно проти карбеніцилін-резистентних штамів M. morganii, тоді як ампіцилін, цефокситин, клавуланова кислота в комбінації з пеніцилінами на карбеніцилін-чутливі штами впливали антагоністично. Виявлено антагонізм цефокситину та клавуланової кислоти з цефотаксимом та цефтазидимом. При дослідженні тільки одного штаму Hafnia встановлено синергізм з цефокситином і антагонізм з усіма трьома інгібіторами β-лактамази.

Індукція β-лактамази в M. morganii. Цефокситин та ампіцилін виявилися потужними індукторами (див. таблицю 2). Піперацилін навіть при високій концентрації мав слабу індукуючу дію. Клавуланова кислота була єдиним інгібітором β-лактамази, який викликав індукцію (але тільки у високій концентрації).

Таблиця 2. Індукція β-лактамази β-лактамними антибіотиками щодо Morganella morganii 985

* Коефіцієнт індукції обчислено як відношення індукованої активності ферменту до активності ферменту без індукції.

Інгібіторна активність інгібіторів β-лактамази проти ферментів, синтезованих штамами M. morganii 985. Сульбактам та YTR 830 інгібували фермент M. morganii ефективніше, ніж клавуланова кислота.

Обговорення

Хромосомні β-лактамази розділяють на І, ІІ та IV класи, з них клінічно найважливіші мікроорганізми, які синтезують ферменти І класу. Ці β-лактамази бувають конститутивними або індукованими. Індуковані ферменти синтезують різні бактерії, включаючи Proteus, Providencia, Citrobacter, Enterobacter та Serratia. За допомогою процесу індукції синтез β-лактамаз іноді може зростати більш як в 100 разів [19], внаслідок чого мікроорганізм стає резистентним до антибіотика.

Комбінація β-лактамних антибіотиків може бути синергічною, аддитивною, антагоністичною або індиферентною. Для різних штамів ентеробактерій, особливо Enterobacter та Proteus, цефокситин антагоністичний до цефомандолу [2], цефуроксиму [23], ацилуреїдопеніцилінів [24, 25]. Ми довели, що цефокситин антагоністичний до карбоксипеніцилінів для Enterobacter, Citrobacter, P. mirabilis та M. morganii.

Хоча клавуланова кислота — інгібітор β-лактамаз, ми довели, що ця сполука є потужним індуктором хромосомних β-лактамаз для Enterobacter та P. aeruginosa [3, 28, 29]. Комбінація тикарциліну з клавулановою кислотою проти M. morganii [9, 30] призвела до підвищення МІК тикарциліну. Ми виявили цей феномен при дослідженні уреїдопеніцилінів, карбоксипеніцилінів та амінотіазолових цефалоспоринів. Клавуланова кислота у високій концентрації індукувала синтез β-лактамази штамом M. morganii 985 (хоч і меншою мірою, ніж цефокситин, ампіцилін або піперацилін), а сульбактам та YTR 830, навпаки, інгібували цей фермент.

Клавуланова кислота індукує хромосомні β-лактамази в деяких видів Enterobacteriaceae та діє антагоністично в комбінації з пеніцилінами або цефалоспоринами на мікроорганізми, які звичайно чутливі до цих антибіотиків. Синергічна дія інгібіторів β-лактамаз з β-лактамами трапляється частіше при резистентних штамах, очевидно, коли наявні мікроорганізми з конституційними хромосомними β-лактамазами. Сульбактам та YTR 830 так само ефективні, як клавуланова кислота, для синергічної дії проти E. coli, Proteus, Providencia, але, на відміну від клавуланової кислоти, вони не індукують хромосомні β-лактамази в M. morganii.

Література

• 1. Richmond MH, Sykes RB. The beta-lactamases of gram-negative bacteria and their possible physiological role. Adv Microb Physiol 1973;9:31-88.
• 2. Sanders CC, Sanders WE Jr. Emergence of resistance to cefamandole: possible role of cefoxitin-inducible beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 1979;15:792-7.
• 3. Minami S, Yotsuji A, Inoue M, Mitsuhashi S. Induction of β-lactamase by various β-lactam antibiotics in Enterobacter cloacae. Antimicrob Agents Chemother 1980;18:382-5.
• 4. Fu KP, Neu HC. The role of inducible β-lactamases in the antagonism seen with certain cephalosporin combinations [letter]. J Antimicrob Chemother 1981;7:104-7.
• 5. Sanders CC, Sanders WE Jr, Goering RV. In-vitro antagonism of beta-lactam antibiotics by cefoxitin. Antimicrob Agents Chemother 1982;21:968-75.
• 6. Cullmann W, Dick W. Evidence for nonspecific induction of beta-lactamase in overproducing variants of Enterobacter cloacae and Citrobacter freundii. Eur J Clin Microbiol 1985;4:34-40.
• 7. Livermore DM, Williams RJ, Lindridge MA, Slack RCB, Williams JD. Pseudomonas aeruginosa isolates with modified beta-lactamase inducibility: effects on beta-lactam sensitivity [letter]. Lancet, 1982;1:1466-7.
• 8. Fu KP, Neu HC. Comparative inhibition of β-lactamases by novel β-lactam compounds. Antimicrob Agents Chemother 1979;15:171-6.
• 9. Li J-T, Moosdeen F, Williams JD. The effect of inhibitors of β-lactamases on β-lactamase extracts and on intact cells. J Antimicrob Chemother 1982;9:287-96.
• 10. Clarke AM, Zemcov SJV. Clavulanic acid in combination with ticarcillin: an in-vitro comparison with other β-lactams. J Antimicrob Chemother 1984;13:121-8.
• 11. Fuchs PC, Barry AL, Thornsberry C, Jones RN. In vitro activity of ticarcillin plus clavulanic acid against 632 clinical isolates. Antimicrob Agents Chemother 1984;25:392-4.
• 12. Moosdeen F, Yamabe S, Williams JD. Activities of beta-lactamase inhibitors YTR-802 and YTR-830 (Taiho) against determined beta-lactamases and beta-lactamase producers [abstract no. 423]. In: Abstracts of the First European Congress of Clinical Microbiology. Bologna: Microbiologica Medica, 1983.
• 13. Aronoff SC, Jacobs MR, Johenning S, Yamabe S. Comparative activities of the β-lactamase inhibitors YTR 830, sodium clavulanate, and sulbactam combined with amoxicillin or ampicillin. Antimicrob Agents Chemother 1984;26:580-2.
• 14. O’Callaghan CH, Muggleton PW, Ross GW. Effects of β-lactamase from gram-negative organisms on cephalospo¬rins and penicillins. Antimicrob Agents Chemother 1969;1968:57-63.
• 15. Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ. Protein measurement with the folin phenol reagent. J Biol Chem 1951;193:265-75.
• 16. Labia R, Beguin-Billecoq R, Guionie M. Behaviour of ceftazidime towards β-lactamases. J Antimicrob Chemother 1981;8(Suppl B):141-6.
• 17. Masuda G, Tomioka S, Hasegawa M. Detection of β-lactamase production by gram-negative bacteria. J Antibiot (Tokyo) 1976;29:662-4.
• 18. Sykes RB, Smith JT. Biochemical aspects of β-lactamases from gram-negative organisms. In: Hamilton-Miller JMT, Smith JT, eds. Beta-lactamases. London: Academic Press, 1979:369-401.
• 19. Nordstrom K, Sykes RB. Induction kinetics of β-lactamase biosynthesis in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother 1974;6:734-40.
• 20. Sanders CC. Novel resistance selected by the new expanded-spectrum cephalosporins: a concern. J Infect Dis 1983; 147:585-9.
• 21. Vu H, Nikaido H. Role of β-lactam hydrolysis in the mechanism of resistance of a β-lactamase-constitutive Enterobacter cloacae strain to expanded-spectrum β-lactams. Antimicrob Agents Chemother 1985;27:393-8.
• 22. Olson B, Weinstein RA, Nathan C, Kabins SA. Broad-spectrum β-lactam resistance in Enterobacter. emergence during treatment and mechanisms of resistance. J Antimicrob Chemother 1983;11:299-310.
• 23. Waterworth PM, Emmerson AM. Dissociated resistance among cephalosporins. Antimicrob Agents Chemother 1979;15:497-503.
• 24. Kuck NA, Testa RT, Forbes M. In vitro and in vivo antibacterial effects of combinations of beta-lactam antibiotics. Antimicrob Agents Chemother 1981;19:634-8.
• 25. Dalhoff A. Interaction of mezlocillin and cefoxitin against Proteus morganii in the granuloma pouch model. Eur J Clin Microbiol 1982;1:243-7
• 26. Sawai T, Kanno M, Tsukamoto K. Characterization of eight β-lactamases of gram-negative bacteria. J Bacteriol 1982; 152:567-71.
• 27. Matsuura M, Nakazawa H, Inoue M, Mitsuhashi S. Purification and biochemical properties of β-lactamase produced by Proteus rettgeri. Antimicrob Agents Chemother 1980;18:687-90.
• 28. Crump J, Cansdale S. Enterobacter resistant to amoxycillin/clavulanate [letter]. Lancet 1982;2:500.
• 29. Moellering RC Jr, Willey S, Eliopoulos GM. Synergism and antagonism of ceftizoxime and other new cephalosporins. J Antimicrob Chemother 1982;10(Suppl C):69-79.
• 30. King A, Gransden WR, Phillips I. The effect of clavulanic acid on the susceptibility to ticarcillin of Enterobacteriaceae and Pseudomonas aeruginosa that produce chromosomally and plasmid-determined β-lactamases. In: Spitzy KH, Karrer K, eds. Proceedings of the 13th International Congress of Chemotherapy. Vol 2. Vienna: Verlag H Egermann, 1983:89/56-9.