МЕДИЦИНА, БАЗИРУЮЩАЯСЯ НА ДОКАЗАТЕЛЬСТВАХ

Индукция/угнетение хромосомных β-лактамаз ингибиторами β-лактамаз

Сокращенное изложение

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

Синтез β-лактамаз — один из механизмов формирования резистентности энтеробактерий к β-лактамным антибиотикам. Бета-лактамазы могут быть хромосомными и плазмидными. Хромосомные ферменты разделяются на цефалоспориназы, пенициллиназы и β-лактамазы широкого спектра действия (І, II и IV класса по классификации Ричмонда-Сайкса) [1]. Штаммы различных видов микроорганизмов синтезируют разные хромосомные β-лактамазы. Синтез данных ферментов возрастает под воздействием индукторов или хромосомных изменений, приводящих к синтезу большого количества лактамаз при отсутствии индукторов. Синтез β-лактамаз штаммами Citrobacter, Enterobacter, Proteus, Providencia, Morganella индуцируется пенициллинами и цефалоспоринами [2–5], из них мощнейшим индуктором является цефокситин. Синтез большого количества лактамаз связан с резистентностью к новым цефалоспоринам [6] и уреидопенициллинам [7].

Ингибиторы β-лактамазы синергичны с пенициллинами и цефалоспоринами в угнетении плазмидных β-лактамаз, продуцируемых представителями Enterobacteriaceae и стафилококков [8–11]. Ингибиторы β-лактамаз не подавляют активность хромосомных β-лактамаз І и ІІ класса, несмотря на частичное влияние на β-лактамазы IV класса.

В данном исследовании изучалось взаимодействие ингибиторов β-лактамаз с различными β-лактамами — аминопенициллинами (ампициллин), уреидопенициллинами (мезлоциллин, пиперациллин), карбоксипенициллинами (карбенициллин, тикарциллин) и аминотиазольными цефалоспоринами (цефотаксим, цефтриаксон, цефтазидим) — против представителей Enterobacteriaceae с индуцируемыми или конституционными хромосомными β-лактамазами.

Материалы и методы

Проанализировано 44 клинических штамма Escherichia coli, Citrobacter, Enterobacter, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Providencia rettgeri, Morganella morganii, Hafnia. Определялось МИК ампициллина, мезлоциллина, пиперациллина, карбенициллина, тикарциллина, цефотаксима, цефтриаксона, цефтазидима и их комбинации с ампициллином, цефокситином, клавулановой кислотой, сульбактамом и YTR 830 (5 мкг/мл). Активность β-лактамаз против β-лактамов определялась при помощи прямой спектрофотометрии и диско-дифузионного метода [16, 17].

Результаты

Антибактериальная активность. Все штаммы были резистентными к ампициллину, а чувствительность к уреидопенициллинам и карбоксипенициллинам была разной. Все штаммы, за исключением перечисленных ниже, оказались чувствительными к аминотиазольным цефалоспоринам. Штаммы, высокорезистентные к ампициллину и уреидопенициллинам, также характеризовались высокой резистентностью к карбоксипенициллинам.

Активность ампициллина, цефокситина, клавулановой кислоты, сульбактама и YTR 830 в комбинации с уреидопенициллинами, карбоксипенициллинами и аминотиазольными цефалоспоринами подытожена в таблице 1. Для анализа штаммы были разделены на чувствительные (МИК ≤ 8 мкг/мл) и резистентные (МИК ≥16 мкг/мл) к карбенициллину.

Таблица 1. Активность ампициллина, цефокситина, клавулановой кислоты, сульбактама и YTR 830 в комбинации с β-лактамами относительно Enterobacteriaceae, синтезировавшими хромосомные β-лактамазы

Микроорганизм, чувствительность к карбенициллину (количество штаммов) Активность
Уреидопенициллинов Карбоксипенициллинов Аминотиазолов

Escherichia coli

Р (1)

Син.: цеф., клав., сульб., YTR

Син.: цеф., клав., сульб., YTR

0

Ч (3)

0

0

0

Citrobacter

Р (2)

0

0

0

Ч (3)

0

Ант.: цеф.

Ант.: цеф.

Enterobacter

Р (3)

0*

0*

Ант.: цеф.

Ч (15)

Ант.: цеф.

Ант.: цеф., клав.

Ант.: амп., цеф., клав.

Proteus mirabilis

Р (2)

Ант.: цеф.

Син.: клав., сульб., YTR

0

Ч (1)

Ант.: цеф.

Ант.: цеф.

0

Proteus vulgaris

Р (5)

Син.: цеф., клав., сульб., YTR

Ант.: амп.

Син.: цеф., клав., сульб., YTR

Син.: цеф., клав., сульб., YTR

Ч (6)

Ант.: амп.

Син.: цеф.

Ант.: амп.

Син.: цеф., клав., сульб., YTR

Providencia rettgeri

Р (2)

Син.: цеф., клав., сульб., YTR

Син.: цеф., клав., сульб., YTR

Ант.: амп.

Ч (1)

0

0

0

Morganella morganii

Р (1)

Син.: сульб., YTR

Син.: сульб., YTR

Син.: сульб., YTR

Ч (7)

Ант.: амп., цеф., клав.

Ант.: амп., цеф., клав.

Ант.: цеф., клав.
(цефотаксим и цефтазидим)

Hafnia

Ч (1)

Син.: цеф.

Ант.: клав., сульб., YTR

Син.: цеф.

Ант.: клав., сульб., YTR

Примечания. Ч — чувствительный, Р — резистентный; син. — синергичный/аддитивный, ант. — антагонистичный, 0 — индифферентный; цеф. — цефокситин, клав. — клавулановая кислота, сульб. — сульбактам, YTR — YTR 830, амп. — ампициллин.

*Для одного штамма выявлен синергизм между клавулановой кислотой и YTR 830.

Только для цефтриаксона.


а) Escherichia coli, Citrobacter и Enterobacter. Комбинации цефокситина, клавулановой кислоты, сульбактама и YTR 830 с уреидопенициллинами и карбоксипенициллинами на карбенициллин-резистентную E. coli действовали синергично, тогда как другие комбинации были индифферентными.

Относительно Citrobacter комбинации цефокситина с карбоксипенициллинами и цефалоспоринами были антагонистичными, а все другие комбинации — индифферентными.

На карбенициллин-чувствительные штаммы Enterobacter цефокситин, ампициллин и клавулановая кислота с цефалоспоринами, а также цефокситин с уреидопенициллинами действовали антагонистично. Цефокситин и клавулановая кислота были антагоничными к карбоксипенициллинам.

b) Proteus и Providencia. Что касается карбенициллин-чувствительных штаммов Proteus mirabilis, цефокситин оказывал эффекты, антагонистичные уреидопенициллинам и карбоксипенициллинам, а аминотиазольные цефалоспорины в комбинации с ампициллином, цефокситином, ингибиторами β-лактамаз были индифферентными. На карбенициллин-резистентные штаммы Proteus mirabilis клавулановая кислота, сульбактам и YTR 830 в комбинации с карбоксипенициллинами воздействовали синергично.

На все карбенициллин-чувствительные и карбенициллин-резистентные штаммы Proteus vulgaris цефокситин действовал синергично в комбинации с уреидопенициллинами или карбоксипенициллинами. Клавулановая кислота, сульбактам и YTR 830 действовали синергично с карбоксипенициллинами на карбенициллин-чувствительные и карбенициллин-резистентные штаммы, но на карбенициллин-чувствительные штаммы — синергично только с уреидопенициллинами. Цефтриаксон оказывал эффект, синергичный цефокситину, клавулановой кислоте, сульбактаму и YTR 830 на карбенициллин-резистентные штаммы и антагонистичный — ампициллину на карбенициллин-чувствительные штаммы.

Комбинации β-лактамов оказывали воздействие только на карбенициллин-резистентные штаммы P. rettgeri. Синергичное действие цефокситина, клавулановой кислоты, сульбактама и YTR 830 с пенициллинами и антагонизм ампициллина с цефтриаксоном были подобны таковым в исследовании Proteus vulgaris.

c) Morganella и Hafnia. Сульбактам и YTR 830 при всех комбинациях с β-лактамами действовали синергично против карбенициллин-резистентных штаммов M. morganii, тогда как ампициллин, цефокситин, клавулановая кислота в комбинации с пенициллинами на карбенициллин-чувствительные штаммы влияли антагонистично. Выявлен антагонизм цефокситина и клавулановой кислоты в отношении цефотаксима и цефтазидима. При исследовании только одного штамма Hafnia установлен синергизм с цефокситином и антагонизм со всеми тремя ингибиторами β-лактамазы.

Индукция β-лактамазы у M. morganii. Цефокситин и ампициллин оказались мощными индукторами (см. таблицу 2). Пиперациллин даже при высокой концентрации проявлял слабый индуцирующий эффект. Клавулановая кислота являлась единственным ингибитором β-лактамазы, вызывавшим индукцию (но только в высокой концентрации).

Таблица 2. Индукция β-лактамазы β-лактамными антибиотиками относительно Morganella morganii 985

Антибиотик Коэффициент индукции при указанной концентрации антибиотика (мкг/мл)*
1 5 10 50 100

Цефокситин

4,1

152,9

77,1

17,1

45,8

Ампициллин

5,6

57,1

50,0

70,0

80,0

Пиперациллин

1,0

1,0

1,0

7,8

22,6

Клавулановая кислота

0,6

0,7

0,9

3,3

2,9

Сульбактам

0,4

0,5

0,4

YTR 830

0,1

0,2

0,5

* Коэффициент индукции рассчитан как отношение индуцируемой активности фермента к активности фермента без индукции.

Подавляющая активность ингибиторов β-лактамазы в отношении ферментов, синтезированных штаммами M. morganii 985. Сульбактам и YTR 830 ингибировали фермент M. morganii эффективнее, чем клавулановая кислота.

Обсуждение

Хромосомные β-лактамазы разделяются на І, ІІ и IV классы, из них важнейшими с клинической точки зрения являются микроорганизмы, синтезирующие ферменты І класса. Бета-лактамазы могут быть конститутивными или индуцируемыми. Индуцируемые ферменты синтезируют различные бактерии, включая Proteus, Providencia, Citrobacter, Enterobacter и Serratia. С помощью процесса индукции синтез β-лактамаз иногда может возрастать более чем в 100 раз [19], в результате чего микроорганизм становится резистентным к антибиотику.

Комбинация β-лактамных антибиотиков может быть синергичной, аддитивной, антагонистичной или индифферентной. Для различных штаммов энтеробактерий, особенно Enterobacter и Proteus, цефокситин проявляет эффект, антагонистичный цефомандолу [2], цефуроксиму [23] и ацилуреидопенициллинам [24, 25]. Мы доказали, что цефокситин обладает антагонизмом относительно карбоксипенициллинов при лечении инфекций, вызванных Enterobacter, Citrobacter, P. mirabilis и M. morganii.

Несмотря на то, что клавулановая кислота — ингибитор β-лактамаз, мы доказали, что данное соединение является мощным индуктором хромосомных β-лактамаз для Enterobacter и P. aeruginosa [3, 28, 29]. Комбинация тикарциллина с клавулановой кислотой при лечении инфекций, вызванных M. morganii [9, 30], привела к повышению МИК тикарциллина. Данный феномен был обнаружен при исследовании уреидопенициллинов, карбоксипенициллинов и аминотиазоловых цефалоспоринов. Клавулановая кислота в высокой концентрации индуцирует синтез β-лактамазы штаммом M. morganii 985 (в несколько меньшей степени, чем цефокситин, ампициллин или пиперациллин), а сульбактам и YTR 830, наоборот, ингибировали данный фермент.

Клавулановая кислота индуцирует хромосомные β-лактамазы у некоторых видов Enterobacteriaceae и действует антагонистично в комбинации с пенициллинами или цефалоспоринами на микроорганизмы, как правило, чувствительные к данным антибиотикам. Синергизм ингибиторов β-лактамаз и β-лактамов проявляется чаще при инфицировании резистентными штаммами, очевидно, при наличии микроорганизмов с конституционными хромосомными β-лактамазами. Сульбактам и YTR 830 так же эффективны, как клавулановая кислота, с точки зрения синергизма относительно E. coli, Proteus, Providencia, но, в отличие от клавулановой кислоты, они не индуцируют хромосомные β-лактамазы у M. morganii.

Литература

  • 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 cephalosporins 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.