Faktor, der Methicilin-Resistenz bei MRSA verursacht?

Ich denke, Sie können sich normalerweise ähnliche Drücke vorstellen, die zu Extended-Spectrum-Beta-Lactamase (ESBLs) und Methicillin/Oxacillin-resistentem Staphylococcus aureus (MRSA) führen.

Zum Kern deiner Frage:

"Derzeit ist der berichtete Mechanismus der Methicillin-Resistenz in S. aureus die Produktion eines charakteristischen Penicillin-bindenden Proteins 2a (PBP2a), das eine geringe Affinität zu β-Lactamen aufweist."

Aber um wirklich darüber zu lesen, müssen Sie zu Liu et al. zurückgehen.

Auch hier ist Todar's eine großartige Quelle für eine gute breite Lektüre zu Staphylokokken, einschließlich MRSA.

Antwort auf Bearbeiten [Einfügung der vollständigen Frage]:

TSDR: Die Antwort ist C.

Lassen Sie uns die drei in der Frage angegebenen Optionen aufschlüsseln und dabei etwas über MRSA lernen.

a. seine MHK ist gegenüber Methicillin erhöht, jedoch nicht gegenüber Penicillin

Erstens, für Leute, die es vielleicht nicht wissen, MIC ist die Abkürzung für minimale Hemmkonzentration . Einfach gesagt ist die MHK ein grundlegendes Maß dafür, wie viel von einem bestimmten Mittel benötigt wird, um das Wachstum einer Bakterienkolonie zu stoppen. Oft denken wir an aktuelle medizinische Antibiotika, wenn wir an MHK denken, aber selbst einfachere Dinge wie Kochsalz und Zucker haben eine MHK für eine bestimmte Spezies. Mit diesem Satz wird also behauptet, die im Patent gefundenen Bakterien hätten eine erhöhte Resistenz gegen Methicillin, nicht aber gegen Penicillin. Dies führt uns zu der offensichtlichen Frage:

Kann Staphylococcus aureus (in Zukunft Staphylokokken) Methicillin-resistent, aber nicht Penicillin-resistent sein?

Dies ist eine Fangfrage, aber lassen Sie es uns auf die benötigten Komponenten herunterbrechen: Was ist Methicillin, was ist/sind Penicillin(e) und wie sind Staphylokokken dagegen resistent.

Zunächst sollte angemerkt werden, dass sich Penicilline tatsächlich auf eine ganze Klasse von Antibiotika beziehen können, die alle β-Lactam und die spezifische Gruppe von Antibiotika verwenden:

Benzylpenicillin (Penicillin G), Procain-Benzylpenicillin (Procain-Penicillin), Benzathin-Benzylpenicillin (Benzathin-Penicillin) und Phenoxymethylpenicillin (Penicillin V). ( aus Wiki )

Es sollte beachtet werden, dass der korrektere Weg, die gesamte Klasse von Antibiotika anzusprechen, β-Lactam-Antibiotika wäre , nicht Penicilline, und dass, wenn Sie genauer über von Penicillin abgeleitete Verbindungen sprechen wollten, Sie Pename diskutieren würden . Zur weiteren Klarstellung bezieht sich Penicillin als Droge höchstwahrscheinlich auf Benzylpenicillin , und für den Rest dieser Antwort werde ich Penicillin verwenden, um auf Benzylpenicillin zu verweisen.

Daher sollten wir uns Penicillin als frühes Antibiotikum vorstellen, das wirkt, indem es die Teilung/Genese von Zellwänden und bestimmten Organellen durch Bindung an Penicillin-bindende Proteine ​​(PBPs) verhindert.

Methicillin ist auch ein β-Lactam-Antibiotikum, und sein MOA ist Penicillin ähnlich. Es wurde nach Penicillin entwickelt/entdeckt und wurde als Antwort auf grampositive Bakterien angesehen, die Penicillin über β-Lactamase abbauen. Methicillian wirkt immer noch, indem es an PBPs bindet, aber es entgeht dem Penicillin-Konter der Bakterien.

Dies führt uns zu der Frage, wie Penicillin-Resistenz und Methicillin-Resistenz häufig bei Staphylokokken auftreten. Erstens verwenden viele Staphylokokkenstämme und andere Bakterien β-Lactamasen, um Antibiotika abzubauen, sodass sie nicht länger an PBPs binden können (1). Aber Methicillin ist durch seine Seitenketten besonders geeignet, nicht durch β-Lactamasen abgebaut zu werden. In ihrer bahnbrechenden Arbeit zu diesem Thema identifizierten Hartman und Tomasz, dass die Methicillin-Resistenz nicht im Erwerb einer β-Lactamase liegt, sondern in einer Mutation in PBPs, die die Methicillin-Bindung verhindert (2). Dort testeten sie 4 Staphylokokkenstämme, zwei waren Methicillin-resistent (MR) und zwei waren Methicillin-anfällig (MS). Sie werden feststellen, dass alle bis auf 1 keine β-Lactamase-Aktivität aufwiesen und für Penicillin anfälliger waren als für Methicillin (ebd.).

ABER das bedeutet nicht, dass MR-Stämme nicht auch Penicillin-resistent sind, sondern zeigt, dass die Resistenzen unabhängig voneinander sein können. Daher ist "A" falsch, weil es versucht, eine Korrelation zu ziehen, die nicht vorhanden ist. Tatsächlich sind viele MR-Stämme auch β-Lactamase-positiv.

Dadurch wird auch das Problem mit "B" behoben. Während es möglich ist, dass eine β-Lactamase an Methicilin bindet und zum Abbau des Antibiotikums führt, ist der Hauptmechanismus der Methicillin-Resistenz die Mutation von PBPs (ebd., 3), insbesondere BPB2a (4, 5).

Uns bleibt dann die Aufgabe, herauszufinden, warum „C“ die richtige Wahl ist. In der Tat ist „C“ der angegebene Grund für das Versagen von „A“ und „B“, aber wir können immer noch tiefer gehen, wie und vielleicht warum BPB2a mutiert ist.

Dafür halte ich es für das Beste, wenn wir zu Chambers' Besprechung des Themas zurückkehren. Verzeihen Sie mein Überzitieren, aber es ist dort so gut gemacht und der Text ist jetzt offen.

Methicillin-Resistenz ist mit der Produktion eines neuen PBP verbunden, das in anfälligen Staphylokokken nicht vorhanden ist. Resistente Stämme von S. aureus produzieren ein zusätzliches PBP von 78 Kilodalton (Abb. 1), das als PBP2a oder PBP2' bezeichnet wird (für die Zwecke dieser Übersicht als identisch angenommen), das eine geringe Bindungsaffinität für Beta-Lactam-Antibiotika aufweist.

...

PBP2a ist hochkonserviert. Begrenzte Proteolyse von PBP2a aus nicht verwandten Stämmen von S. aureus (123) und koagulasenegativen Staphylokokken (31), ob homogen oder heterogen, erzeugt bemerkenswert ähnliche Peptidfragmente.

...

Vermutlich kann PBP2a essentielle PBPs ersetzen, wenn diese durch Arzneimittel gesättigt wurden, und die für den Zellwandaufbau notwendigen Funktionen erfüllen (22, 122).

...

Bei einigen Stämmen ist PBP2a durch Beta-Lactam-Antibiotika induzierbar und seine Produktion unterscheidet sich je nach Wachstumsbedingungen (34, 122, 125, 159).

Leider hatten sie zu diesem Zeitpunkt noch nicht ganz herausgefunden, was die Staphylokokken-Kassette Chromosom mec ( SCCmec ) war. Die Genetik ist ziemlich komplex.

Wie erreicht MRSA genetisch eine Resistenz?

Wie wir bereits festgestellt haben, kommt die Resistenz von der Produktion eines alternativen PBP, PBP2a. SCCmec ist aus mehreren Gründen interessant. Erstens ist es viel größer als ein Plasmid und enthält Informationen für mehrere Gene. Deshalb heißt es Kassettenchromosom .Außerdem wird es normalerweise in den gleichen Teil des Genoms in Staphylokokken eingebaut, in einem Bereich, der als OrfX bekannt ist (6). Dies bedeutet, dass selbst während des horizontalen Transfers die Kassette ihre Integration in das Genom lenken muss, was äußerst ungewöhnlich ist, oder zumindest gibt es nicht viele andere bekannte Beispiele (7, 8). Diese Kassette kann horizontal zwischen Staphylokokken und sogar mit anderen Arten ausgebreitet werden (ebd., 9). Auch wenn die Integrationsstelle (Integration Site Sequence, ISS) etwas anders ist, wird diese Spezifität von Kassetten-Chromosomen-Rekombinasen (ccr) übernommen, die sich ebenfalls auf SCCmec befinden (8). Dies wird durch ccr-medierte Rekombination des Zielchromosoms durchgeführt, und weitere Einzelheiten des Prozesses werden außerhalb des Rahmens dieser Frage betrachtet.

Das eigentliche Gen, das für PBP2a kodiert, heißt mecA . Aber wie oben erwähnt, kann die PBO2a-Produktion induziert und reguliert werden. Es ist wahrscheinlich weniger günstig, es in Abwesenheit von Antikörpern zu produzieren, und nach serieller Passage von Bakterien in antibiotikafreier Brühe stellen Sie fest, dass die PBP2a-Expression drastisch abfallen kann. Daher werden von SCCmec regulatorische und andere nützliche Proteine ​​kodiert. Wenn MecR1 in eine β-Lactamase-Umgebung gebracht wird, bewirkt es, dass eine einzelne Transduktionskaskade die Transkription von mecA startet (10). Umgekehrt stellt MecI eine negative Rückkopplungsschleife für MecR1 bereit und führt in Abwesenheit von β-Lactamase zur Herunterregulierung von mecA (ebd., 11). Die eigentliche Wirkung von MecR1 besteht darin, MecI zu spalten und dadurch die Unterdrückung von mecA aufzuhebenvon Mecl. Beim Lesen des Wikis zu MRSA habe ich tatsächlich etwas Neues gelernt, aber nicht weiter zu diesem Thema recherchiert:

mecA wird weiterhin von zwei Co-Repressoren, BlaI und BlaR1, kontrolliert. blaI und blaR1 sind homolog zu mecI bzw. mecR1 und fungieren normalerweise als Regulatoren von blaZ , das für die Penicillinresistenz verantwortlich ist. Die von MecI und BlaI gebundenen DNA-Sequenzen sind identisch; daher kann BlaI auch den mecA-Operator binden, um die Transkription von mecA zu unterdrücken.

Dies stellt das allgemeine Resistenzmuster von MRSA dar, aber es gibt eine große Vielfalt in den Einzelheiten, wie jeder Stamm die Expression handhabt. Zwei der wichtigsten Identifikatoren sind die Konfiguration des mecA -Genkomplexes und des ccr -Genkomplexes (Träger). Die anderen beiden Identifikatoren sind die ISS und ob die ISS im Zielchromosom wiederholt wird oder nicht (und wie oft sie wiederholt wird) (8). Wenn wir nur den mecA- und ccr-Wagen betrachten, erhalten wir eine großartige Zusammenfassung von IWG-SCC (Ref. 8):

Der mec-Genkomplex besteht aus mecA, seinen regulatorischen Genen und zugehörigen Insertionssequenzen. Der Klasse-A-mec-Genkomplex (Klasse-A-mec) ist der Prototypkomplex, der mecA, die vollständigen regulatorischen Gene mecR1 und mecI stromaufwärts von mecA und die hypervariable Region (HVR) und die Insertionssequenz IS431 stromabwärts von mecA enthält. Der mec-Genkomplex der Klasse B besteht aus mecA, einem verkürzten mecR1, das aus der Insertion von IS1272 stromaufwärts von mecA und HVR und IS431 stromabwärts von mecA resultiert. Der mec-Genkomplex der Klasse C enthält mecA und verkürztes mecR1 durch die Insertion von IS431 stromaufwärts von mecA und HVR und IS431 stromabwärts von mecA. Es gibt zwei unterschiedliche mec-Genkomplexe der Klasse C; im mec-Genkomplex der Klasse C1 hat das IS431 stromaufwärts von mecA die gleiche Orientierung wie das IS431 stromabwärts von mecA (neben HVR), während im mec-Genkomplex der Klasse C2 die Orientierung von IS431 stromaufwärts von mecA umgekehrt ist. C1 und C2 werden als unterschiedliche mec-Genkomplexe angesehen, da sie sich wahrscheinlich unabhängig voneinander entwickelt haben. Der mec-Genkomplex der Klasse D besteht aus mecA und ΔmecR1, trägt jedoch keine Insertionssequenz stromabwärts von ΔmecR1 (wie durch PCR-Analyse bestimmt).

Und

ccr-Genkomplex. Der ccr-Genkomplex besteht aus dem/den ccr-Gen(en) und umgebenden offenen Leserahmen (ORFs), von denen einige unbekannte Funktionen haben. Derzeit wurden drei phylogenetisch unterschiedliche ccr-Gene, ccrA, ccrB und ccrC, in S. aureus mit DNA-Sequenzähnlichkeiten unter 50 % identifiziert (Abb. 2 und 3). Die bisher identifizierten ccrA- und ccrB-Gene wurden in vier Allotypen eingeteilt. Im Allgemeinen werden ccr-Gene mit Nukleotididentitäten von mehr als 85 % demselben Allotyp zugeordnet, wohingegen ccr-Gene, die zu unterschiedlichen Allotypen gehören, Nukleotididentitäten zwischen 60 % und 82 % aufweisen. Alle bisher identifizierten ccrC-Varianten zeigten eine Ähnlichkeit von ≥87 %; somit gibt es nur einen ccrC-Allotyp. Wir schlagen vor, ihre Unterschiede als Allele zu beschreiben, indem Sie zuvor verwendete Nummern verwenden, z. B. ccrC1-Allel 2 oder ccrC1-Allel 8.

All dies ist in ihrer Tabelle schön zusammengefasst :

$$\begin{array} {|r|r|r|} \hline SCCmec ~type &ccr ~gene ~complex &mec ~gene ~complex \\ \hline I &1 ~(A1B1) &B \\ \hline II &2 ~(A2B2)&A \\ \hline III &2 ~(A3B3)&A \\ \hline IV &2 ~(A2B2)&B \\ \hline V &5 ~(C)&C2 \\ \hline VI &4 ~(A4B4)&B \\ \hline VII &5 ~(C)&C1 \\ \hline VIII &4 ~(A4B4)&A \\ \hline \end{array}$$

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Methicillin-Resistenz durch die Kodierung eines neuen PBP, PBP2a, zusammen mit anderen Faktoren verursacht wird, das sowohl genetisch stabil als auch durch die Verwendung von SCCmec übertragbar ist.

Verweise:

(1) Pathak A. et al. Hohe Prävalenz von Erregern, die β-Lactamase mit erweitertem Spektrum produzieren: Ergebnisse einer Überwachungsstudie in zwei Krankenhäusern in Ujjain, Indien. Arzneimittelresistenz infizieren. 2012;5:65-73. doi: 10.2147/IDR.S30043. Epub 2012, 5. Apr. [Beachten Sie, dass viele der großen Sentinel-Studien über arzneimittelresistente Bakterien in den riesigen Krankenhäusern in Indien stattfinden].

(2) B. Hartman und A. Tomasz. Veränderte Penicillin-bindende Proteine ​​in Methicillin-resistenten Stämmen von Staphylococcus aureus. Antimikrobielle Mittel Chemother. 1981 Mai; 19(5): 726–735.

(3) Liu, H. et al. Nachweis von grenzwertig Oxacillin-resistenten Staphylococcus aureus und Abgrenzung von Methicillin-resistenten Stämmen. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 1990 Oct;9(10):717-24.

(4) Tawil N. et al. Der differenzielle Nachweis von Methicillin-resistenten, Methicillin-empfindlichen und grenzwertig Oxacillin-resistenten Staphylococcus aureus durch Oberflächenplasmonenresonanz. Biosens Bioelektron. 15. November 2013;49:334-40. doi: 10.1016/j.bios.2013.05.031. Epub 4. Juni 2013.

(5) Kammern HF. Methicillin-resistente Staphylokokken. Clin Microbiol Rev. 1988 Apr;1(2):173-86.

(6) Huletsky A. et al. Neuer Echtzeit-PCR-Assay zum schnellen Nachweis von Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus direkt aus Proben, die eine Mischung aus Staphylokokken enthalten. J Clin Microbiol. 2004;42(5):1875-84. DOI: 10.1128/JCM.42.5.1875-1884.2004

(7) Schönfelder SM et al. Erfolg durch Vielfalt – wie sich Staphylococcus epidermidis als nosokomialer Erreger etabliert. Int J Med Microbiol. August 2010;300(6):380-6. doi: 10.1016/j.ijmm.2010.04.011. Epub 2010 6. Mai.

(8) IWG-SCC. Klassifizierung von Staphylokokken-Kassetten-Chromosomen mec (SCCmec): Richtlinien für die Meldung neuer SCCmec-Elemente. Antimikrobielle Mittel Chemother. 2009 Dez;53(12):4961-7. doi: 10.1128/AAC.00579-09. Epub 2009 31. August.

(9) Stürenburg E. Schneller Nachweis von Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus direkt aus klinischen Proben: Methoden, Wirksamkeit und Kostenüberlegungen. Ger Med Sci. 6.7.2009:Dok06. doi: 10.3205/000065.

(10) Jensen SO und Lyon BR. "Genetik der Antibiotikaresistenz bei Staphylococcus aureus". Future Microbiol 4 (5): 565–82. doi:10.2217/fmb.09.30. PMID 19492967

(11) Oliveira DC, de Lencastre H. Methicillin-Resistenz in Staphylococcus aureus wird nicht durch die Überexpression des mecA-Genrepressors in trans beeinflusst: eine überraschende Beobachtung. Plus eins. 2011;6(8):e23287. doi: 10.1371/journal.pone.0023287. Epub 2011 2. August.

Erwerb eines neuen PBP (z. B. Methicillin-Resistenz bei Staphylococcus aureus), Quelle Murray.

Ich denke also, die Antwort ist C: Änderung der Konfiguration (Mutation) von PBP, was als Erwerb eines neuen PBP interpretiert werden kann.