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

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

* 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.