Die übermäßige Verwendung von Antibiotika in den letzten Jahren ist zu einem aufkommenden Problem in vielen Bereichen geworden – der öffentlichen Gesundheit, der Wirtschaft und der Gesellschaft [1]. Durch die großen Bevölkerungsbewegungen und die Entwicklung der Industrialisierung ist der aktuelle übermäßige Einsatz von Antibiotika die Hauptursache dafür, dass Stämme Mechanismen entwickeln, die zu einer erhöhten Morbidität, Mortalität und therapeutischen Kosten führen [2,3,4,5].
1. Einführung
Erweiterte β-Laktamasen (ESBLs) wurden ausführlich beschrieben und ihre Epidemiologie und geografische Verbreitung werden kontinuierlich untersucht [6]. Bekannt für ihre Resistenz gegenüber Cephalosporinen der dritten Generation (3G), der Hemmung durch Clavulansäure und der kodierenden Plasmide stellen ESBLs eine Reihe von verschiedenen Enzymtypen dar, die sich in Herkunft, Aminosäuresequenz oder hydrolytischer Aktivität gegenüber β-Laktamen unterscheiden [1]. Die am weitesten verbreiteten ESBL-Varianten, insbesondere in Stämmen von Escherichia coli, sind die TEM-, SHV-, CTX-M- und OXA-Typen [7,8,9].
2. TEM-Enzyme
TEM wurde erstmals 1963 entdeckt und nach einem griechischen Patienten, Temionera, benannt. Seitdem wurden genetische Variationen von TEM beschrieben. Das erste TEM-Enzym wurde als TEM-1 bezeichnet und heute gibt es über 230 verschiedene TEMs [10]. Diese Enzyme unterscheiden sich durch genetische Nukleotid-Missense-Polymorphismen, die die Aminosäuresequenz (Abbildung 1) und die kinetischen Eigenschaften verändern [11].
3. Epidemiologische Veränderungen
In den 1990er Jahren waren die TEM- und SHV-Typ-Varianten weltweit am weitesten verbreitet, mit Ausnahme von Südamerika, wo CTX-M-2 dominierend war. In diesem Jahrzehnt fand die Ausbreitung von TEM- und SHV-Typ-ESBLs hauptsächlich durch endemische Klone statt, wobei Klebsiella pneumoniae der Hauptträger der blaESBL-Gene war [8]. Die ESBL-produzierenden Stämme wurden hauptsächlich bei nosokomialen Infektionen (HAI) isoliert, mit hoher Häufigkeit in Intensivstationen (ICU) und geringer Inzidenz bei ambulant erworbenen Infektionen (CAI) [12].
Der erste epidemiologische Wandel begann mit der Ausbreitung des CTX-M-Typs ESBL [13]. Mit einer erweiterten hydrolytischen Aktivität und der Verwendung von E. coli als Träger wurde dieser Typ ESBL in verschiedenen Teilen der Welt und in unterschiedlichen Umgebungen, sowohl im Krankenhaus- als auch im ambulanten Bereich, immer häufiger beobachtet [14]. In der Mitte des Jahrhunderts kam es jedoch zu einer drastischen Veränderung in der Epidemiologie der ESBL-Resistenz als Folge dieser Varianten [2].
4. OXA β-Laktamasen
OXA β-Laktamasen wurden erstmals in einem Stamm von Pseudomonas aeruginosa beschrieben und zeigten eine geringe hydrolytische Aktivität gegenüber Cephalosporinen der 3. Generation und eine schwache Hemmung durch Clavulansäure, sodass sie klinisch kaum relevant waren [17]. Gelegentliche Mutationen in den blaOXA-Genen führten jedoch zu Varianten dieser Enzyme mit ESBL-Phänotypen, die ihr Aktivitätsspektrum erweiterten, aber ihre schwache Hemmung durch Clavulansäure beibehielten. Beispiele für solche Enzyme sind die Varianten OXA-1 und OXA-1-ähnlich (OXA-1, OXA-4, OXA-30) [18]. Obwohl mehr als 220 OXA β-Laktamasen beschrieben wurden [10], weisen nicht alle den ESBL-Phänotyp auf.
5. Ausbreitung von ESBL-Produzenten
Die sich derzeit abzeichnende Verbreitung von ESBL-produzierenden Stämmen hängt mit der Produktion von AmpC β-Laktamasen zusammen. Diese Enzyme sind Cephalosporinasen mit induktiver Aktivität und gehören zur Ambler-Klasse C [19,20]. Mit hydrolytischer Aktivität gegenüber Penicillin und Cephalosporinen der 3. Generation und Empfindlichkeit gegenüber Cephalosporinen der vierten Generation (Cefepim und Cefpirom) unterscheiden sich AmpCs von ESBLs durch ihre hydrolytische Wirkung auf Cephamycine (Cefoxitin und Cefotetan) und ihre Nichtempfindlichkeit gegenüber Clavulansäure. Im Gegensatz zu ESBLs werden die AmpC-Enzyme nur durch Cloxacillin oder Borsäure gehemmt [21,22,23].
Ursprünglich als chromosomale β-Laktamasen beschrieben, wird nun ihre Plasmidkodierung anerkannt [24]. Plasmidkodierte AmpCs sind eine Ableitung der chromosomalen Enzyme und können in chromosomal positiven Stämmen wie E. coli zusammen auftreten, was zu einer erhöhten Expression führt [25]. CMY-1 wurde 1989 in Südkorea entdeckt und war die erste plasmidkodierte AmpC [22]. Seitdem wurden viele verschiedene Arten von plasmidkodierten AmpCs (CIT, DHA, MOX, EBC, FOX und ACC) beschrieben, wobei das Enzym CMY-2 (AmpC des CIT-Typs) als die am weitesten verbreitete Variante gilt [23,25,26].
6. Resistenzphänomene und Verbreitung
Die durch ESBL- und AmpC-produzierende Stämme verursachten Infektionen waren zunächst ausschließlich auf nosokomiale Infektionen beschränkt, treten jedoch mittlerweile auch bei ambulant erworbenen Infektionen auf [14].
Ein weiterer Grund für die Resistenz gegen β-Laktam-Antibiotika und die sich abzeichnende Verbreitung liegt im Phänomen der Ko-Produktion von β-Laktamasen. Die Fähigkeit, verschiedene Varianten oder Typen von β-Laktamasen zu produzieren, verleiht den Bakterien ein erweitertes Resistenzprofil. Diese Tatsache, zusammen mit der Schwierigkeit, diese Phänomene durch die üblicherweise in Krankenhauslabors angewandten Phänotypisierungstechniken nachzuweisen, verringert die Wirksamkeit der üblicherweise verwendeten Antibiotikatherapien und ermöglicht daher die Ausbreitung dieser Enzyme [27,28,29].
In Portugal wurden bereits mehrere Studien durchgeführt, um die Epidemiologie, Prävalenz und sich abzeichnende Ausbreitung von Varianten, insbesondere von β-Laktamase-produzierenden Stämmen mit Resistenzmöglichkeiten, zu beschreiben. Mehrere Regionen Portugals, wie der Norden und das Zentrum, wurden in diesen Studien untersucht [7,9,18,30,31,32,33]. Dieses Ziel wurde jedoch aufgrund ständiger epidemiologischer Veränderungen und fehlender Untersuchungen in anderen Regionen noch nicht vollständig erreicht.
Diese Arbeit zielt darauf ab, die Prävalenz von ESBLs und AmpCs in klinischen Isolaten von E. coli in der Region Serra da Estrela, Portugal, zu untersuchen. Darüber hinaus soll die am häufigsten vorkommende bla-Gensequenz in dieser Region bestimmt werden. Es werden Beweise für das Phänomen der Ko-Produktion von β-Laktamasen sowie deren Häufigkeit und Verbreitung bereitgestellt und die Antibiotikaresistenzprofile verschiedener Genotypen verglichen, um die Verteilung der bla-Gene in unterschiedlichen Umgebungen (nosokomial und ambulant) zu verstehen.
