Enzimele bacteriene care degradează moleculele de antibiotic – Testarea pentru carbapenemaze și ESBL

Ce este rezistența la antibiotice și cum apare?

Infecțiile bacteriene sunt tratate cu ajutorul antibioticelor, o categorie de medicamente care țintesc în mod specific structuri bacteriene și, în urma interacțiunii cu ținta bacteriană, conduc la întreruperea multiplicării acestor microorganisme și/sau distrugerea celulei bacteriene.

Deși există variate clase de antibiotice și reprezentanți ai acestora, nu orice antibiotic poate fi administrat în orice infecție, indiferent de specia bacteriană care a cauzat boala. Pentru fiecare antibiotic, există specii și genuri bacteriene susceptibile, precum și rezistente.

Rezistența la antibiotice poate fi de tip natural sau dobândit. Rezistența naturală înseamnă, în principiu, că nicio tulpina a speciei respective nu poate fi sensibilă la un anumit antibiotic, deoarece celula bacteriană nu prezintă ținta respectivului antibiotic sau ținta nu este accesibilă acestuia (spre exemplu, este o permeabilitate redusă a peretelui celular pentru acel antibiotic). Rezistența dobândită presupune că o tulpină bacteriană, care în mod normal ar trebui să fie sensibilă la un anumit antibiotic, capătă mecanisme de a scăpa de efectul acestuia.

Există mai multe mecanisme prin care o tulpină bacteriană devine rezistentă la un antibiotic, incluzând apariția de mutații (frecvent sub presiune, în urma administrării unei concentrații suboptime de antibiotic) sau prin transfer de elemente genetice mobile care conțin gene de rezistență între diverse tulpini bacteriene, inclusiv de la nivelul microbiomului. Efectele modificărilor genetice constau în producția de pompe de eflux (care elimină antibioticul din interiorul celulei bacteriene), modificarea țintei astfel încât antibioticul nu se mai poate atașa la aceasta, modificarea învelișurilor celulei bacteriene cu limitarea influxului antibioticului și producția de enzime care degradează antibioticul.

Una dintre principalele clase de antibiotice utilizate pentru terapia infecțiilor este reprezentată de beta lactamine. Acestea cuprind penicilinele, cefalosporinele, carbapenemele și monobactamii. În prezent, există numeroase bacterii care produc enzime care degradează beta lactaminele, denumite beta lactamaze, astfel că aceste antibiotice devin ineficiente. Nu toate beta lactamazele acționează asupra moleculei de antibiotic la același nivel, astfel că asociază profiluri diferite de rezistență.

Printre cele mai importante beta lactamaze pentru clinică sunt carbapenemazele și beta lactamazele cu spectru extins (ESBL). Acestea se asociază frecvent cu rezistență inclusiv la antibioticele de rezervă, pot fi transmise de la o specie bacteriană la alta, iar microbiomul poate reprezenta un rezervor de gene de rezistență.

Cum evaluăm prezența carbapenemazelor și a ESBL?

Enzimele, inclusiv cele produse de bacterii pentru a altera structura antibioticelor, au structură proteică, astfel că pentru a fi sintetizate, este necesară prezența genei care le codifică în celula bacteriană. Astfel, pentru a identifica bacteriile care produc carbapenemaze sau ESBL se utilizează frecvent în prezent fie metode care identifică gena (bazate pe acizi nucleici), fie metode care identifică enzima propriu-zisă (bazate pe metode proteomice).

Fiecare metodă prezintă avantaje și dezavantaje. Detectarea genei are avantajul că aceste teste sunt foarte sensibile și identifică toate microorganismele purtătoare ale genelor de rezistență, fiind importante mai ales pentru supraveghere epidemiologică, deoarece genele pot fi transmise intra- și interspecie. Însă genele pot fi inactive, astfel încât tulpina la efectuarea antibiogramei să prezinte un profil sensibil. Testele care investighează prezența genelor de rezistență sunt scumpe și necesită echipamente specializate.

Evidențierea enzimei (spre exemplu cu ajutorul testelor rapide imunocromatografice cu flux lateral) are următoarele avantaje: depistează tulpinile care nu doar prezintă gena, ci și produc enzime care degradează antibiotice, astfel este probabil ca tulpinile să fie rezistente în urma efectuării antibiogramei, iar metoda este foarte rapidă și ieftină. Această metodă nu identifică tulpinile care prezintă genele de rezistență, însă acestea sunt inactive. Aceste gene însă pot să devină active în diverse condiții și pot fi transmise de la o bacterie la alta.

De ce este nevoie să efectuăm depistarea carbapenemazelor și a ESBL?

Sensibilitatea la fiecare antibiotic este evaluată în laboratorul de bacteriologie pentru fiecare tulpină bacteriană, însă acest proces este lung, bazat pe incubarea tulpinii în prezența moleculei de antibiotic și nu poate fi scurtat. Infecțiile cu bacterii producătoare de ESBL și carbapenemaze sunt periculoase atât pentru pacientul în cauză, cât și pentru cei care iau contact cu acesta, astfel că poate fi necesară identificarea tulpinilor cu potențial de rezistență crescută în avans.

Produsul patologic destinat diagnosticului microbiologic este însămânțat pe plăci cu mediu de cultură. Acestea se incubează minim 24 de ore (în funcție de caz), iar în prezența creșterii bacteriene cu relevanță patologică – coloniile se utilizează pentru identificare și testarea susceptibilității la antibiotice, proces care durează încă 24 de ore, de la recoltarea probei până la obținerea antibiogramei fiind necesar un interval de timp de minim 2 zile.

Testarea pentru carbapenemaze și ESBL poate fi efectuată direct din coloniile bacteriene de pe mediul de cultură, adică cu o zi înainte ca rezultatele antibiogramei să fie disponibile. În cazul testelor rapide imunocromatografice, rezultatele sunt disponibile în aproximativ 15 minute.

Când utilizăm testele pentru carbapenemaze și ESBL?

Testarea tuturor coloniilor de interes patologic dintr-un laborator de microbiologie nu este fezabilă, astfel că testele pentru carbapenemaze și ESBL se efectuează în funcție de protocoalele laboratorului, în anumite situații bine stabilite spre exemplu, la microorganismele multirezistente în urma efectuării antibiogramei cu panelurile de rutină de antibiotice, în infecțiile severe și invazive, la pacienții din secțiile de terapie intensivă etc.

De asemenea, există numeroase tipuri de carbapenemaze, ESBL sau alte enzime care degradează moleculele de antibiotic. Testarea în laborator se realizează pentru cele mai frecvente dintre acestea, care ridică probleme importante de sănătate publică.

Iată principalele enzime bacteriene care sunt testate în laborator:

• Carbapenemazele OXA-48, KPC, VIM, NDM și IMP la enterobacterii (Enterobacterales) și Pseudomonas
• Carbapenemazele OXA-23, OXA-40/58 și NDM la specii de Acinetobacter
• Din categoria ESBL, CTX-M, grupurile 1,2,8,9 și 25
• Enzima MCR-1, care determină rezistență la antibioticul colistin

Toate aceste enzime asociate cu rezistența la antibiotice pot fi determinate prin teste rapide imunocromatografice, direct din cultura bacteriană, cu obținerea unui rezultat în 15 minute.

Referințe:

• Societatea Română de Microbiologie: Ghid privind Enterobacteriaceae producătoare de carbapenemaze: diagnosticul, prevenirea transmiterii interumane și tratamentul infecțiilor produse (https://www.srm.ro/media/2018/06/ghid_enterobacteriaceae_producatoare_carbapenemaze.pdf)
• Ghid pentru prevenirea și limitarea AMR și IAAM – Microbiologie (https://srepi.ro/media/2024/01/Ghid-Microbiologie.pdf)  
• European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing: Resistance Detection (https://www.eucast.org/bacteria/important-additional-information/resistance-detection/)
• Reygaert WC. An overview of the antimicrobial resistance mechanisms of bacteria. AIMS Microbiol. 2018 Jun 26;4(3):482-501. doi: 10.3934/microbiol.2018.3.482. PMID: 31294229; PMCID: PMC6604941.
• Laureti L, Matic I, Gutierrez A. Bacterial Responses and Genome Instability Induced by Subinhibitory Concentrations of Antibiotics. Antibiotics (Basel). 2013 Mar 14;2(1):100-14. doi: 10.3390/antibiotics2010100. PMID: 27029295; PMCID: PMC4790301.
• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452231718300058
• Sung, J.Y.; Deng, Z.; Kim, S.W. Antibiotics and Opportunities of Their Alternatives in Pig Production: Mechanisms Through Modulating Intestinal Microbiota on Intestinal Health and Growth. Antibiotics 2025, 14, 301. https://doi.org/10.3390/antibiotics14030301
• Calvo, M.; Maugeri, G.; Bongiorno, D.; Migliorisi, G.; Stefani, S. Integrating an LFA Carbapenemase Detection System into the Laboratory Diagnostic Routine: Preliminary Data and Effectiveness Against Enzyme Variants. Diagnostics 2025, 15, 1434. https://doi.org/10.3390/diagnostics15111434
• Coskun FS, Quick J and Toprak E (2025) A simple, low-cost, and highly efficient protocol for rapid isolation of pathogenic bacteria from human blood. Front. Microbiol. 16:1637776. doi: 10.3389/fmicb.2025.1637776
• Morrill HJ, Pogue JM, Kaye KS, LaPlante KL. Treatment Options for Carbapenem-Resistant Enterobacteriaceae Infections. Open Forum Infect Dis. 2015 May 5;2(2):ofv050. doi: 10.1093/ofid/ofv050. PMID: 26125030; PMCID: PMC4462593.
• Eickhoff MJ, Brown AP, Muenks CE, Porter ML, Ali M, Uddin I, Hussain T, Yarbrough ML, Dumm RE.2025.Evaluation of expert rules for carbapenemase class identification in Enterobacterales isolates using the VITEK2 susceptibility testing platform. J Clin Microbiol63:e00769-25.https://doi.org/10.1128/jcm.00769-25