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Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas

Print version ISSN 1516-9332

Rev. Bras. Cienc. Farm. vol.44 no.4 São Paulo Oct./Dec. 2008

http://dx.doi.org/10.1590/S1516-93322008000400005 

REVISÃO

 

Uma revisão sobre metalo-β-lactamases

 

A review on metallo-β-lactamases

 

 

Claudia de Mello BertoncheliI; Rosmari HörnerII,*

IDepartamento de Análises Clínicas, Centro de Ciências da Saúde, da Universidade Federal de Santa Maria
IIDepartamento de Análises Clínicas e Toxicológicas, Centro de Ciências da Saúde, Universidade Federal de Santa Maria

 

 


RESUMO

A emergência e disseminação da resistência aos antimicrobianos são problemas de grande importância mundial, particularmente entre patógenos nosocomiais de importância clínica como os bacilos Gram negativos não fermentadores e membros da família Enterobacteriaceae. O principal mecanismo de resistência desses patógenos é a produção de β-lactamases, que são enzimas que hidrolisam o anel β-lactâmico impedindo assim a ação dos antimicrobianos β-lactâmicos. As β-lactamases foram dividas em quatro classes de acordo com a sua estrutura primária e podem também ser classificadas dentro de dois grupos com base no seu mecanismo catalítico, isto é, serina-β-lactamases (Classes A, C e D) e metalo-β-lactamases (Classe B). As metalo-β-lactamases (MβL) utilizam íons divalentes, comumente zinco, como co-fator para sua atividade catalítica e são atualmente uma das classes que mais merece destaque, devido à sua capacidade de hidrolisar todos os antimicrobianos β-lactâmicos, incluindo os carbapenens. Estes antimicrobianos são utilizados no tratamento de infecções causadas por bactérias Gram-negativas multirresistentes e conseguem se manter estáveis frente às serina-β-lactamases. A detecção de microrganismos produtores de MβL tem por finalidade auxiliar a Comissão de Controle de Infecção Hospitalar (CCIH) na prevenção da disseminação desse mecanismo de resistência no ambiente hospitalar e impedir que ele chegue até a comunidade, bem como enfatizar o uso racional dos antimicrobianos disponíveis para uso clínico, pois, atualmente,há poucos investimentos da indústria farmacêutica na pesquisa de novos agentes antimicrobianos.

Unitermos: Resistência bacteriana. β-lactamases. Metalo-β-lactamases. Bacilos Gram negativos/resistência


ABSTRACT

The emergence and dissemination of antimicrobial resistance are problems of great importance worldwide, particularly between nosocomial pathogens of clinical importance such as nonfermentative Gram-negative bacilli and members of the family Enterobacteriaceae. The main mechanism of resistance these pathogens is the production of β-lactamases, which are enzymes that hydrolyzing the ring β-lactam hindering the action of antimicrobial β-lactam. The β- lactamases were classified into four classes of according its primary structure and may also be classified in two groups based on their catalytic mechanism, that is, serine-β-lactamases (Classes A, C and D) e metallo-β-lactamases (Class B). The metallo-β-lactamases (MβL) using ions divalentes, commonly zinc, as co-factor for its catalytic activity and currently represent one the most important class of enzymes, due of their ability to hydrolyze all antimicrobial β-lactam, including carbapenens, which are used in the treatment of Gram-negative bacteria multidrug-resistant and to remain stable before the serine-β-lactamases. The detection of samples producing of MβL helps infection control practioners to prevent the dissemination of this mechanism of resistance in the nosocomial environment and to prevent it come to the community, and emphasize the rational use of antimicrobial currently available for clinical use, since there are few investments in the pharmaceutical industry in search of new antimicrobial agents.

Uniterms: Antimicrobial resistance. β-lactamases. Metallo-β-lactamases. Gram negative bacilli/resistance


 

 

INTRODUÇÃO

A introdução dos agentes antimicrobianos, na prática clínica, representou um dos grandes avanços na medicina para o tratamento dos mais diversos tipos de doenças infecciosas. No entanto, desde a introdução do primeiro antimicrobiano a resistência bacteriana a estes agentes vem sendo descrita e, atualmente, vem emergindo em ampla variedade de patógenos tanto de origem nosocomial quanto comunitária (Powers, 2004). A emergência e disseminação de inúmeros microrganismos resistentes resultam da combinação de múltiplos fatores, tais como: mutações dos genes de resistência que aumentam seu espectro de atividade; troca de informações genéticas nas quais os genes de resistência são transferidos para novos microrganismos; pressão seletiva exercida pelas condições do meio que favorece a emergência e disseminação de microrganismos resistentes; proliferação e disseminação de clones multirresistentes as quais podem ocorrer em nível global (Tenover, 2001).

A resistência bacteriana pode ser definida como um conjunto de mecanismos de adaptação das bactérias contra os efeitos nocivos ou letais aos quais estão sendo expostas (Livermore, 1995). Um dos primeiros e mais efetivos mecanismos de resistência bacteriana conhecidos é a produção de β-lactamases, que são enzimas que catalisam a hidrólise do anel beta-lactâmico, inativando o antimicrobiano e impedindo, assim que ele apresente atividade contra as enzimas responsáveis pela síntese da parede celular bacteriana (Bush, 1988; Livermore, 1995; Rossolini, 2005). Os β-lactâmicos representam a classe de antimicrobianos mais utilizada clinicamente, sendo composta por: penicilinas, cefalosporinas, monobactâmicos e carbapenêmicos (Murray et al., 2004).

A primeira β-lactamase foi descrita em 1940 por Abraham e Chain antes mesmo do uso da penicilina para o tratamento de infecções bacterianas (Bush, 1989). Desde então, inúmeras β-lactamases foram identificadas e vários esquemas de classificação foram propostos para agrupar estas enzimas de acordo com suas características bioquímicas e pela análise de suas estruturas moleculares (Bush, 1989, 2001; Livermore, 1995). As β-lactamases foram divididas de acordo com suas estruturas primárias em quatro classes (A a D), segundo Ambler (1980). E, de acordo com as diferenças em seus mecanismos catalíticos, estas classes ainda podem ser classificadas dentro de dois grupos: serina-β-lactamases (classes A, C e D) e metalo-β-lactamases (classe B) (Ambler, 1980; Bush, 1995; Rossolini, 2005).

Os carbapenens apresentam amplo espectro de atividade e constituem a terapia de escolha para pacientes com infecções hospitalares graves ou para aquelas infecções causadas por microrganismos resistentes às penicilinas e cefalosporinas disponíveis, devido à sua elevada afinidade pelas proteínas ligadoras de penicilina do tipo 2 (PBP2), estabilidade à frente de muitas β-lactamases, incluindo as de espectro ampliado (ESBL) e as cromossômicas (AmpC) e excelente permeabilidade através da membrana externa bacteriana (Gales et al., 2002; Jones et al., 2005).

As β-lactamases que hidrolisam os carbapenens pertencem às classes A (penicilinases), B (metalo-β-lactamase) e D (oxacilinases) segundo Ambler (1980), e possuem a propriedade de hidrolisar pelo menos parcialmente, os carbapenens juntamente com outros β-lactâmicos (Nordmann, Poirel, 2002; Poirel et al., 2004; Rasmussen, Bush, 1997). As MβL são caracterizadas por: hidrolisar todos os β-lactâmicos disponíveis comercialmente, com exceção do aztreonam; necessitarem de íons zinco ou outros cátions divalentes como cofator para a sua atividade catalítica; não ser inibidas pelos β-lactamases disponíveis comercialmente, mas podem ser inibidas por agentes quelantes como EDTA e derivados de tiol (Bush, 1995, 1998, 2001). Como todas as β-lactamases, as MβL podem ser codificadas cromossomicamente ou transmitidas através de elementos genéticos móveis (Walsh et al., 2005a).

A primeira MβL foi descrita em 1966 em isolado de Bacillus cereus, sendo codificada cromossomicamente (Sabath, Abraham, 1966; Kuwabara, Abraham, 1967; Hussain et al., 1985). Devido ao surgimento das MβL mediadas por plasmídeos em patógenos de importante relevância clínica, como Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter spp. e membros da família Enterobacteriaceae em vários países, este mecanismo de resistência tem se tornado um sério problema, pois limita as opções de tratamento para infecções causadas por estes patógenos. Além disso, não há inibidor de β-lactamase para uso clínico capaz de inibir eficientemente essas enzimas (Bush, 2001; Jones et al., 2005; Rossolini, 2005; Walsh et al., 2005a). Esta revisão tem por objetivo descrever as principais MβL relatadas na literatura, bem como as metodologias utilizadas para a detecção destas enzimas, principais inibidores das mesmas, epidemiologia e as opções de tratamento das infecções causadas por BGN-NF produtores de MβL.

 

CLASSIFICAÇÃO DAS METALO-β-LACTAMASES

As MβL pertencem à classe molecular B, de acordo com a classificação proposta por Ambler (1980). Segundo o esquema de classificação das β-lactamases proposto por Bush em 1989, as MβL foram classificadas no grupo 3 com base nas suas propriedades bioquímicas, condição que foi reforçada em 1995 com a classificação funcional de Bush, Jacobi, Medeiros (1995). Com o aumento da identificação de novas MβL, Rasmussem e Bush (1997) propuseram a divisão do grupo 3, de acordo com o perfil de hidrólise para os carbapenens e outros β-lactâmicos, em 3 novos subgrupos: o subgrupo 3a, que inclui as MβL com amplo espectro de atividade, o subgrupo 3b, que compreende as enzimas que hidrolisam preferencialmente os carbapenens e o subgrupo 3c, composto pelas enzimas que hidrolisam fracamente os carbapenens (Rasmussem, Bush, 1997, 1998).

Com a obtenção da seqüência genética das MβL, Galleni et al. (2001) propuseram um esquema de classificação numérico e subdividiram o grupo 3 em 3 subclasses: B1, B2, e B3. Este esquema foi atualizado por Garau et al. (2004) após a elucidação da estrutura tridimensional de algumas MβL, representantes de cada subclasse, no entanto, este esquema de classificação, segundo Walsh et al. (2005a), não é adequado para acomodar todas as MβL.

 

METALO-β-LACTAMASES INTRÍNSECAS (CROMOSSÔMICAS)

As MβL podem ser produzidas intrinsecamente por alguns microrganismos encontrados no meio ambiente e por alguns patógenos oportunistas, que com exceção da Stenotrophomonas maltophilia e do Bacillus anthracis, raramente causam infecções graves (Payne et al., 1994; Chen et al., 2003; Walsh et al., 2005a). A primeira MβL codificada cromossomicamente foi descrita em 1966, numa amostra de Bacillus cereus, sendo recuperada de um isolado (Sabath, Abraham, 1966; Kuwabara, Abraham, 1967; Hussain et al., 1985). A segunda MβL foi descrita em 1982 em Stenotrophomonas maltophilia (Saino et al., 1982; Payne et al., 1994; Crowder et al., 1998; Avison et al., 2001). Pouco tempo depois, outras bactérias foram identificadas como produtoras MβL cromossômicas, tais como: Aeromonas spp. (Iaconis, Sanders, 1990; Walsh et al., 1997), Aeromonas hydrophila (Massida, Rossolini, Satta, 1991), Aeromonas sobria (Walsh et al., 1996), Bacillus anthracis (Chen et al., 2003); Caulobacter crescentus (Docquier et al., 2002; Simm et al., 2001) Chryseobacterium meningosepticum (Bellais et al., 2000a; Woodford et al., 2000; Rossolini et al., 1998), Chryseobacterium indologenes (Bellais et al., 2000b), Chryseobacterium gleum (Bellais, Naas, Nordmann, 2002a), Flavobacterium johnsoniae (Naas, Bellais, Nordmann, 2003), Janthinobacterium lividum (Docquier et al., 2004; Rossolini et al., 2001) Legionella gormanii (Fujii et al., 1986; Boschi et al., 2000), Myroides odoratus (Sato et al., 1985; Mammeri, Bellais, Nordmann, 2002), Myroides odoratimimus (Mammeri, Bellais, Nordmann, 2002), Serratia fonticola (Saavedra et al., 2003).

 

METALO-β-LACTAMASES MÓVEIS OU ADQUIRIDAS

Até o início dos anos 90, as MβL não possuíam muita importância clínica, pois eram produzidas cromossomicamente por alguns microrganismos de pouca relevância clínica os quais estavam, às vezes, associados com infecções oportunistas. A primeira MβL adquirida foi encontrada em Bacteroides fragilis, a qual foi classificada como cromossômica. No entanto, após a caracterização do gene cfiA (ou CcrA) observou-se que esta enzima era mediada por elementos genéticos móveis (Yamazoe et al., 1999).

Posteriormente, no Japão, foi descrito um isolado de Pseudomonas aeruginosa resistente ao imipenem e a outros antimicrobianos antipseudomonas, também produtor de MβL móvel (Watanabe et al., 1991). Desde então, inúmeras MβL foram identificadas e atualmente são conhecidas 5 subclasses: IMP (imipenemase) (Watanabe et al., 1991, Osano et al., 1994), VIM (Verona imipenemase) (Lauretti et al., 1999), SPM (São Paulo metalo-β-lactamase) (Toleman et al., 2002), GIM (German imipenemase) (Castanheira et al., 2004) e SIM (Seoul imipenemase) (Lee et al., 2005a). Os genes que codificam as MβL móveis já foram observados em vários patógenos clinicamente importantes, tais como os bacilos não fermentadores P. aeruginosa (Senda et al., 1996a) e Acinetobacter spp. (Takahashi et al., 2000; Yum et al., 2002a), e em várias espécies da família Enterobactereaceae como: Serratia marcescens (Ito et al., 1995; Osano et al., 1994), E. coli (Miriagou et al., 2003), Proteus mirabilis (Vourli et al., 2006), Proteus vulgaris (Arakawa et al., 2000), Klebsiella pneumoniae (Ikonomidis et al., 2005; Yan et al., 2001b), Klebsiella oxytoca (Shibata et al., 2003), Morganella morganii (Shibata et al., 2003), Shigella flexneri (Iyobe et al., 2000), Enterobacter cloacae (Yan et al., 2002), Enterobacter aerogenes (Arakawa et al., 1995), Citrobacter freundii (Yan et al., 2002) e Citrobacter young (Hawkey et al., 2001).

Por muitos anos, achou-se que as MβL estavam restritas ao Japão, onde o primeiro gene de resistência foi encontrado, no entanto, hoje as MβL constituem problema mundial e sua ocorrência já foi descrita em vários países tais como: Itália (Lauretti et al., 1999), França (Poirel et al., 2000), Grécia (Tsakris et al., 2000), Alemanha (Castanheira et al., 2004), Portugal (Cardoso et al., 2002), Espanha (Prats et al., 2002), Inglaterra (Tysall et al., 2002), Suécia (Giske, Rylander, Kronvall, 2003), Polônia (Patzer et al., 2004), Turquia (Bahar et al., 2004), Hungria (Libisch et al., 2004), Croácia (Sardelic et al., 2003), Malásia (Ho et al., 2002), Taiwan (Yan et al., 2001a), Coréia (Yum et al., 2002a), Cingapura (Koh, Wang, Sng 2004), Hong Kong (Chu et al., 2001), China (Hawkey et al., 2001), Índia (Hemalatha, Sekar, Kamat, 2005), Austrália (Peleg et al., 2004), Canadá (Gibb et al., 2002), Estados Unidos (Toleman et al., 2004), Colômbia (Crespo et al., 2004), Argentina (Pasteran et al., 2005) e no Brasil (Toleman et al., 2002).

As MβL adquiridas são codificadas por elementos genéticos móveis, os quais podem ser transferidos de um microrganismo para outro (Walsh et al., 2005b), facilitando assim a sua disseminação. Os genes que codificam as MβL dos tipos IMP, VIM, GIM-1 e SIM-1 foram encontrados em integrons de classe 1 (Castanheira et al., 2004; Iyobe et al., 2000; Lauretti et al., 1999; Lee et al., 2005a; Poirel et al., 2000), no entanto, MβL do tipo IMP também foram encontradas em integrons de classe 3 (Arakawa et al., 1995, Walsh et al., 2005a). Integrons são elementos genéticos capazes de capturar genes que fazem parte de cassetes gênicos, via uma recombinação sítio-específico entre dois sítios: um localizado no integron e outro, no cassete (Bennett, 1999). Os cassetes gênicos são pequenas moléculas de DNA que podem estar na forma livre, circular ou não replicada, que se deslocam de um sítio genético para outro, se inserindo em grandes moléculas de DNA, tais como os plasmídeos ou o cromossomo bacteriano. Os integrons foram descobertos a partir da análise dos plasmídeos de resistência e dos transposons que transportam vários genes de resistência; assim, um integron pode carrear genes de resistência para mais de uma classe de antimicrobiano (Bennett, 1999; Walsh et al., 2005b). O gene que codifica a MβL SPM-1 (Tolemann et al., 2002), a qual até o momento é restrita ao Brasil, está associado com dois tipos diferentes de elementos CR (regiões comuns), o qual foi identificado como CR4 (Poirel et al., 2004). No entanto, conhece-se muito pouco sobre os elementos CR, principalmente como eles transportam os genes de resistência (Walsh et al., 2005b).

Metalo-β-lactamases da subclasse IMP

Três anos após Watanabe et al. (1991) descreverem a primeira MβL adquirida em P. aeruginosa, Osano et al. (1994) caracterizaram uma MβL, que foi denominada de IMP-1 em amostra de Serratia marcescens, a qual foi isolada em 1991 de um paciente com infecção do trato urinário no Hospital de Aichi, Okazaki, Japão. Alguns estudos realizados em hospitais japoneses demonstraram a disseminação de IMP-1 em várias regiões do Japão. Em estudo realizado em 1993 foram avaliados 105 isolados S. marcescens de 7 hospitais japoneses e identificou-se 4 isolados com gene similar a blaIMP-1 (Ito et al., 1995). Senda et al. (1996a) avaliaram 3700 isolados de P. aeruginosa obtidas de 17 hospitais japoneses, entre os anos de 1992 e 1994, e encontraram o gene blaIMP-1 em 15 dos 132 isolados selecionados para a pesquisa deste gene. Ao avaliar o MIC para o imipenem dos isolados positivos para MβL, observaram que apenas a aquisição de genes para MβL nem sempre estava associada com níveis elevados de resistência aos carbapenens. Outro estudo em hospitais japoneses, realizado entre 1991 a 1996, avaliou 933 isolados de bacilos Gram negativos resistentes a ceftazidima, destes 80 possuíam o gene blaIMP-1 (Hirakata et al., 1998).

Por anos, acreditou-se que bactérias produtoras de MβL do tipo IMP estavam restritas ao Japão. Esta convicção mudou com a identificação de IMP-2 e IMP-5 em Acinetobacter baumannii na Itália e em Portugal, em 1997 e 1998, respectivamente (Riccio et al., 2000; Silva et al., 2002). Atualmente, são conhecidas 23 variantes pertencentes à subclasse IMP (Lahey, 2007), as quais foram identificadas em diferentes microrganismos e em diversos países. A Tabela I contém os dados das principais variantes de IMP relatadas até o momento.

Metalo-β-lactamases da subclasse VIM

O segundo grupo dominante de MβL adquiridas é a subclasse VIM, também conhecida como MβL européia, devido à prevalência desta enzima nos países do continente europeu (Walsh et al., 2005a). Atualmente, são conhecidas 18 variantes identificadas em diferentes microrganismos e relatadas em vários países por todo o mundo (Tabela II) (Lahey, 2007). VIM-1 foi a primeira variante a ser identificada em P. aeruginosa, isolada de ferida cirúrgica de um paciente da CTI no Hospital Universitário de Verona na Itália, em 1997 (Lauretti et al., 1999). Logo em seguida, Cornaglia et al. (2000) relataram um surto de P. aeruginosa resistente aos carbapenens e produtora de VIM-1, nesta mesma instituição. Neste estudo, dos 541 isolados de P. aeruginosa obtidos entre 1997 e 1998, 35 foram suspeitos de produzir MβL e essa suspeita foi confirmada em 8 isolados que possuíam o gene blaVIM-1.

A segunda variante desta subclasse, a VIM-2, foi identificada na França em isolado de P. aeruginosa obtido a partir de cultura de sangue de uma paciente com leucemia (Poirel et al., 2000). VIM-2 é a variante predominante das MβL do tipo VIM e, já foi relatada em várias regiões geográficas em diferentes espécies bacterianas, sendo responsável por surtos como o que ocorreu em um hospital grego (Mavroidi et al., 2000).

Metalo-β-lactamases da subclasse SPM

A terceira subclasse de MβL adquirida foi descrita em amostra de P. aeruginosa obtida a partir de cultura de urina de uma paciente com leucemia linfoblástica aguda hospitalizada no Complexo Hospitalar São Paulo, São Paulo, Brasil em 2001. Passados cinco dias, um isolado de P. aeruginosa, com o mesmo perfil de susceptibilidade aos antimicrobianos, foi obtido a partir da hemocultura. A paciente veio a óbito devido a um quadro de choque séptico (Toleman, 2002). Essa MβL foi denominada de SPM-1 e hidrolisa todos os antimicrobianos β-lactâmicos, preferencialmente cefalosporinas, sendo incapaz de hidrolisar aztreonam, ticarcilina e ácido clavulânico (Murphy, 2003). Até o momento, SPM-1 só foi encontrada em P. aeruginosa e esta enzima parece estar restrita ao Brasil, pois não há relatos de cepas produtoras de MβL do tipo SPM-1 em outros países.

A disseminação epidêmica de P. aeruginosa produtora de MβL do tipo SPM-1 já foi evidenciada em vários Estados brasileiros (Gales, 2003). Em um estudo realizado no Recife, foram avaliados 19 isolados de P. aeruginosa e 11 foram identificados como produtores de MβL. A análise genotípica destes isolados demonstrou que eles possuíam o gene blaSPM-1 (Poirel, 2004). Zavascki et al. (2005) avaliaram 35 amostras de P. aeruginosa resistentes aos carbapenens isoladas no Hospital São Lucas (Porto Alegre, RS), entre janeiro e outubro de 2004, para a produção de MβL sendo que 27 isolados foram positivos e destes 21 transportavam o gene blaSPM-1. Este foi o primeiro surto por P. aeruginosa produtora de SPM-1 descrito no Sul do Brasil.

Metalo-β-lactamases da subclasse GIM

Em 2002, cinco isolados de P. aeruginosa multirresistentes foram obtidos de diferentes pacientes em Dusseldorf, Alemanha. Estes isolados foram provenientes do trato respiratório e apresentaram resistência a todos os antimicrobianos β-lactâmicos, aminoglicosídeos e quinolonas, sendo sensíveis apenas a polimixina B. Os testes fenotípicos indicaram a produção de MβL e a análise genotípica revelou um novo gene de MβL denominado, blaGIM-1 representando a quarta subclasse de MβL adquirida a ser identificada. GIM-1 possui amplo perfil de hidrólise, mas não possui substrato específico, e também não hidrolisa aztreonam e os inibidores de β-lactamases. Assim como a maioria dos genes que codificam as MβL, blaGIM-1 é encontrado em integron de classe 1, o qual contém, além desse gene, genes que codificam resistência aos aminoglicosídeos e um gene para a oxacilinase blaOXA-2 (Castanheira, 2004). Até o momento, este é único relato de amostras produtoras de GIM-1.

Metalo-β-lactamases da subclasse SIM

SIM-1 foi a quinta subclasse de MβL a ser identificada. Esta nova MβL foi encontrada em 7 isolados de A. baumannii obtidos de pacientes com pneumonia e infecção do trato urinário, internados em um hospital em Seul, Coréia, no período entre 2003-2004. Esses isolados possuíam MICs baixos para o imipenem e o meropenem (8 a 16 mg/mL) e tinham um fenótipo de multirresistência. Todos os isolados foram sensíveis a ciprofloxacino, mas resistentes ou intermediário para outros antimicrobianos, incluindo cefalosporinas de amplo espectro, ampicilina, sulbactam e todos os aminoglicosídeos testados. O gene que codifica a SIM-1 está localizado em um integron de classe 1, e esta MβL é mais relacionada com as enzimas do tipo IMP do que com qualquer outra MβL (Lee et al., 2005a).

 

MECANISMO DE HIDRÓLISE DAS MβL

As β-lactamases inativam os antimicrobianos β-lactâmicos através da hidrólise da ligação C-N do anel β-lactâmico. Este mecanismo de hidrólise difere entre as serina-β-lactamases e as MβL (Walsh et al., 2005a). As MβL possuem diferentes aminoácidos que definem a estrutura do seu sítio ativo o qual é coordenado por pelo menos 1 ou 2 íons zinco, estes, por sua vez, coordenam duas moléculas de água que servem como nucleofílos e hidrolisam a ligação amida do anel β-lactâmico (Page, 2002; Paul-Soto et al., 1999; Walsh et al., 2005a). A seqüência HXHXD (histidina-X-histidina-X-ácido aspártico) facilita a coordenação dos íons zinco no sítio ativo (Walsh, 2005b).

O mecanismo de hidrólise das MβL é complexo e varia de uma MβL para outra, por este motivo ele não está completamente esclarecido apesar da elucidação da estrutura tridimensional de algumas MβL (Concha et al., 1996; Garau et al., 2005). O mecanismo proposto sugere que o sítio ativo orienta e polariza o anel β-lactâmico para facilitar o ataque nucleofílico pela ligação do íon zinco a água e/ou hidroxila (Walsh et al., 2005a). As MβL possuem um sítio ativo de amplo encaixe que pode acomodar diferentes substratos β-lactâmicos, o que facilita muito seu espectro de atividade (Walsh, 2005b).

A elucidação da estrutura tridimensional e a compreensão dos mecanismos de hidrólise são ferramentas úteis para o desenvolvimento de novos fármacos ou inibidores efetivos clinicamente capazes de inibir essas enzimas e proteger a atividade de antimicrobianos de amplo espectro, como os carbapenens (Concha et al., 1996; Garau et al., 2005).

 

INIBIDORES DE MβL

As MβL não são inibidas pelos inibidores de serina-β-lactamases, como ácido clavulânico, tazobactam e sulbactam. O desenvolvimento de um inibidor de MβL, que seja efetivo para o uso clínico, não é tarefa fácil, devido às variações nos sítios ativos dessas enzimas, os quais foram observados pelas estruturas tridimensionais elucidadas, dificultando assim o desenvolvimento de um único inibidor que seja ativo para todas as MβL (Concha et al., 1996; Garau et al., 2005, Walsh et al., 2005a).

Inúmeros compostos foram sintetizados e avaliados como inibidores de MβL, incluindo: derivados tioéster (Payne et al., 1997), álcool triflúor metil e cetonas (Walter et al., 1996), tióis (Arakawa et al., 2000; Mollard et al., 2001; Siemann et al., 2003), sulfonil hidrazonas (Siemann et al., 2002), produtos naturais triciclícos (Payne et al., 2002), derivados do ácido succiníco (Toney et al., 2001), derivados do 1β-metilcarbapenem (Nagano et al., 1999), bifenil tetrazole (Toney et al., 1999), inibidores do peptídio cistenil (Bounaga et al., 2001) e hidroximatos (Walter et al., 1999). No entanto, os estudos que avaliaram estes inibidores foram realizados em bactérias que codificavam MβL cromossômicas ou produziam a enzima IMP-1, não incluindo as outras MβL como as do tipo VIM, SPM, GIM, SIM e as outras variantes do tipo IMP. São necessários mais estudos, incluindo todas as MβL conhecidas, além da elucidação da estrutura tridimensional das MβL das quais não se conhece a estrutura tridimensional, para o desenvolvimento de um inibidor efetivo clinicamente para todos os tipos de MβL.

 

DETECÇÃO LABORATORIAL DE AMOSTRAS PRODUTORAS DE MβL

A disseminação de genes que codificam MβL representa uma importante ameaça para a terapia antimicrobiana com β-lactâmicos, portanto, a identificação de bactérias produtoras de MβL pelo laboratório de microbiologia é necessária para evitar a disseminação destes genes de resistência e auxiliar na escolha da terapia antimicrobiana adequada. Até o momento, nem o CLSI nem os outros comitês internacionais, sugerem um teste para a detecção de amostras produtoras de MβL (Pitout et al., 2005).

Entretanto, com o aumento de relatos de cepas produtoras de MβL em várias partes do mundo, houve a necessidade do desenvolvimento de metodologias para a detecção dessas cepas. Os testes genotípicos são os mais seguros e eficazes para a detecção destas enzimas, no entanto, requerem reagentes e equipamentos de custo mais elevado e pessoal altamente treinado, sendo inviável para a rotina do laboratório clínico. Aproveitando-se do fato de que essas enzimas possuem zinco no seu sítio ativo e são inibidas por agentes quelantes como EDTA e derivados de ésteres de tióis, vários testes fenotípicos foram desenvolvidos com o auxílio desses agentes quelantes (Pitout et al., 2005). Esses testes incluem: o teste de sinergismo de disco aproximação usando EDTA com imipenem (IMI) e ceftazidima (CAZ), e o ácido 2-mercaptopropiônico com IMI e CAZ (Arakawa et al., 2000; Lee et al., 2001; Lee et al., 2003b); o teste de Hodge modificado (Lee et al., 2001; Lee et al., 2003b); teste do disco combinado de IMI ou CAZ acrescido de EDTA (Yong et al., 2002); as tiras de Etest MβL (Arroyo et al., 2005; Lee et al., 2005b; Walsh et al., 2002); o método de microdiluição usando EDTA e 1,10-fenantrolina com IMI (Migliavacca et al., 2002) o ensaio microbiológico Imipenem-EDTA (Marchiaro et al., 2005) e o teste fenotípico utilizando o ácido dipicolínico como inibidor de MβL (Kimura, Ishii, Yamaguchi, 2005a).

O teste de disco-aproximação é o teste fenotípico mais utilizado, por apresentar boa sensibilidade, especificidade, baixo custo e ser de fácil execução, no entanto, as MβL variam em seu nível de inibição com certos inibidores e, também, variam em sua habilidade de conferir resistência para alguns substratos como ceftazidima e imipenem. Os membros da família Enterobacteriaceae que possuem o gene para MβL podem ser sensíveis ou intermediários a esses substratos, dificultando assim o estabelecimento de critérios para a seleção de microrganismos suspeitos de portar esse mecanismo de resistência (Walsh et al., 2005a). Segundo Franklin et al. (2006), o método fenotípico mais adequado para a detecção de microrganismos MβL que apresentam sensibilidade in vitro aos carbapenens é o teste do disco combinado, e propõe que o teste fenotípico seja realizado nos microrganismos resistentes para ceftazidima ou ticarcilina/ácido clavulânico. O teste do disco combinado demonstrou ser adequado para a detecção de MβL em isolados de K. pneumoniae, reforçando o estudo anterior (Petropoulou et al., 2006). No entanto, o teste do disco combinado deve ser interpretado com cautela, pois os resultados podem variar conforme a preparação dos discos (Andrade et al., 2007).

As fitas de Etest também podem ser utilizadas para a detecção MβL, tanto cromossômica quanto plasmidial; estas fitas são impregnadas em uma extremidade comimipenem e imipenem+EDTA na outra extremidade. É uma metodologia de fácil execução e interpretação, no entanto, possui alto custo (Walsh et al., 2002). Segundo Lee et al. (2005b) as fitas de Etest MβL possuem alta sensibilidade e especificidade para a detecção de Acinetobacter spp. e Pseudomonas spp. produtores de MβL. No entanto, o resultado obtido pode ser influenciado pelo nível de resistência ao imipenem e por outras condições do teste, como o armazenamento da cepa antes da realização do teste, pois as cepas armazenadas por muito tempo à temperatura ambiente podem perder o gene que codifica MβL e apresentar um resultado falso negativo (Lee et al., 2005b). Nesse estudo, os autores propõem a modificação das fitas de Etest MβL para detecção de isolados produtores de MβL com MIC < 4 mg/mL. Em estudo realizado na África do Sul, 49 isolados de A. baumannii foram avaliados para a presença de MβL com a fita de Etest MβL, a qual indicou a presença desta β-lactamase. A análise molecular dessas amostras detectou a presença de oxacilinase demonstrando que as fitas de Etest devem ser interpretadas com cautela em isolados de A. baumannii, sendo necessária a análise molecular para a correta identificação (Segal, Elisha, 2005).

 

EPIDEMIOLOGIA NO BRASIL E NO MUNDO

A ocorrência de MβL mediando resistência em vários patógenos tem sido responsável por vários surtos nosocomiais em diferentes partes do mundo, demonstrando a necessidade de práticas apropriadas de controle de infecção. Na Grécia, a disseminação de MβL do tipo VIM já foi evidenciada por vários estudos (Giakkoupi et al., 2003; Ikonomidis et al., 2005; Tsakris et al., 2000). Em amplo estudo realizado na Coréia, verificou-se que 60,7% dos isolados eram produtores de MβL, com maior prevalência de P. aeruginosa produtora de MβL do que em outros países e observou-se crescente aumento no número de Acinetobacter spp. produtor de MβL (Lee et al., 2003a). Na Itália, 20% dos isolados de P. aeruginosa de um hospital ao Norte do país possuíam MβL do tipo VIM e 70% dos isolados eram resistentes aos carbapenens (Lagatolla et al., 2004). Outro estudo realizado em 3 hospitais italianos de diferentes regiões demonstrou a ocorrência de P. aeruginosa multirresistente e produtora de MβL, indicando a sua disseminação em diferentes regiões do país (Toleman et al., 2005). No Japão, a resistência aos carbapenens aumentou de 19,3% em 1998 para 38% em 2002 (Fritsche et al., 2005). Kimura et al. (2005b) demonstraram em seu estudo a disseminação clonal de P. aeruginosa em 60 hospitais japoneses. Na Austrália, o primeiro surto causado por isolados produtores de MβL foi relatado em 2005, evidenciando a ampla disseminação desses genes ao redor do mundo (Peleg et al., 2005).

Na América Latina, a maior concentração de microrganismos produtores de MβL está no Brasil e na Argentina. Dentre os países participantes do programa SENTRY entre os anos de 1997-2001, o Brasil contribuiu com 90% dos isolados de P. aeruginosa MDR. Segundo dados deste mesmo programa no período de 2001-2003, 70% dos isolados de P. aeruginosa do Brasil e 73% dos isolados de Acinetobacter spp. da Argentina eram produtores de MβL (Sader et al., 2005a).

No Brasil, o primeiro relato de cepas produtoras de MβL ocorreu em 2002, em isolados de P. aeruginosa obtidos do Hospital Universitário Clementino Fraga Filho no Rio de Janeiro (Pellegrino et al., 2002). Dados do SENTRY indicam que 44,8% dos isolados de P. aeruginosa brasileiros são resistentes ao imipenem e destes, 43,9% são produtores de MβL (Fritsche et al., 2005). A partir da identificação e caracterização da subclasse SPM-1, em 2001, amostras produtoras dessa enzima têm sido identificadas em vários centros brasileiros, tais como São Paulo, Rio de Janeiro, Salvador, Londrina, Brasília, Santo André, Fortaleza, Maringá e Curitiba (Gales et al., 2003b). No Recife, das 24 amostras de P. aeruginosa avaliadas, 15 foram produtoras de MβL do tipo SPM-1 (Magalhães, Lins, Magalhães, 2005). Em estudo realizado em 3 hospitais de Porto Alegre, RS, 49 (81,7%) dos 60 isolados de P. aeruginosa analisados foram produtores de MβL e possuíam MβL dos tipos SPM-1ou IMP-1 (Gaspareto et al., 2007). No Rio de Janeiro, em um hospital universitário, 13 (20%) dos 65 isolados de P. aeruginosa resistentes ao imipenem foram produtores de MβL do tipo SPM-1, sendo que este clone foi o mesmo identificado em outros Estados do Brasil, e a disseminação dele parece ter ocorrido via comunidade (Carvalho, 2006). Em 2005, identificou-se o primeiro isolado de K. pneumoniae produtora de MβL do tipo IMP-1 do Brasil e da América Latina (Lincopan et al., 2005), evidenciando ampla disseminação desse mecanismo de resistência em vários patógenos nos hospitais brasileiros.

 

TRATAMENTO

O aumento da diversidade das MβL e a sua ocorrência em vários microrganismos tem limitado as opções terapêuticas utilizadas para o tratamento das infecções causadas pelos mesmos. Como alternativas, têm-se utilizado combinações de agentes antimicrobianos, na tentativa de obter-se sinergismo entre os fármacos que sozinhos seriam ineficazes, ou ainda, a administração de antimicrobianos antigos, como as polimixinas. No entanto, a terapia antimicrobiana adequada para o tratamento de infecções causadas por microrganismos produtores de MβL continua desconhecida (Walsh et al., 2005a,b). Estratégias para prevenção e terapia incluem medidas de controle de infecção e modificações no uso de antimicrobianos. A co-resistência com outros antimicrobianos, como os aminoglicosídeos, limita ainda mais as opções terapêuticas indicando a necessidade do desenvolvimento de novos e mais potentes agentes antimicrobianos com novos mecanismos de ação (Walsh, 2005b).

Embora em alguns estudos os carbapenens continuem ativos, sua utilidade clínica para infecções causadas por microrganismos produtores de MβL continua incerta (Walsh et al., 2005a). Altas doses de aztreonam demonstraram ser uma terapia útil para o tratamento de pneumonia por P. aeruginosa produtora do MβL em ratos (Bellais et al., 2002b). Em outro estudo, o ciprofloxacino demonstrou ser o antimicrobiano mais eficaz para o tratamento de bacteremia endógena por P. aeruginosa, portadora do gene blaIMP (Aoki et al., 2004).

A última alternativa terapêutica útil pode ser as polimixinas, que são antimicrobianos polipeptídicos que se tornaram disponíveis para o uso clínico no início dos anos de 1950 e 1960. As polimixinas agem na parede celular bacteriana deslocando íons Ca2+ e Mg2+ e esse processo resulta em aumento da permeabilidade na membrana citoplasmática, ocasionando, conseqüentemente a morte celular (Falagas, Kasiakou, 2005). As duas formas de polimixina disponíveis comercialmente são a Colistina (Polimixina E) e a Polimixina B; essas formulações foram gradualmente sendo abandonadas, no início dos anos 80, devido aos seus efeitos adversos (nefrotoxicidade, ototoxicidade e bloqueio neuromuscular) e ao surgimento de agentes antimicrobianos mais seguros, como as cefalosporinas (Falagas, Kasiakou, 2005; Tam et al., 2005). O uso clínico das polimixinas ficou limitado a formulações tópicas e para a prevenção de infecções em pacientes neutropênicos ou com fibrose cística (Falagas, Kasiakou, 2005).

Estudos recentes demonstraram a eficácia das polimixinas para o tratamento de infecções causadas por bacilos Gram negativos multirresistentes e apresentando susceptibilidade apenas a este antimicrobiano. Estes estudos também revelaram que as polimixinas não são tão tóxicas quanto se imaginava (Catchpole et al., 1997; Levin et al., 1999; Katragkou, Roilides, 2005; Michalopoulos et al., 2005; Sader et al., 2006). Em estudo em que foram avaliados 60 pacientes tratados com Polimixina B, 14% tiveram falência renal, mas esta condição clínica não foi associada exclusivamente ao uso da polimixina, pois outros antimicrobianos e fármacos nefrotóxicos foram administrados, concomitantemente (Ouderkirk et al., 2003). Esses estudos têm demonstrado que a toxicidade das polimixinas não difere muito dos outros antimicrobianos utilizados e que a função renal pode ser recuperada com a retirada do fármaco (Sader et al., 2006).

A emergência de resistência para este agente é preocupante, uma vez que estes fármacos muitas vezes são os únicos eficazes no tratamento de infecções causadas por cepas de BGN-NF multirresistentes. Por enquanto, a maioria dos microrganismos continua sensível às polimixinas, no entanto, já há relatos de cepas resistentes (Landman et al., 2005; Li et al., 2006). No Brasil, 5 isolados de A. baumannii resistentes à polimixina foram identificados no Complexo Hospitalar São Paulo, em 2003. O aparecimento dessas cepas resistentes às polimixinas pode ter sido devido à pressão seletiva e à disseminação clonal. Uma maneira para prevenção da resistência às polimixinas é a utilização de terapia combinada de polimixina com rifampicina e/ou imipenem e, possivelmente, azitromicina. Entretanto, o uso clínico dessas combinações necessita de mais estudos (Landman et al., 2005).

A ausência de novos agentes antimicrobianos que sejam ativos contra os microrganismos produtores de MβL e a disseminação dos genes que codificam MβL podem conduzir à falha terapêutica. Isso será mais preocupante se os genes que codificam essa enzima se disseminarem para a comunidade. Esta condição reforça a importância da detecção precoce de microrganismos produtores de MβL, de forma a auxiliar a Comissão de Controle de Infecção Hospitalar na implementação de medidas para a prevenção da disseminação desses genes de resistência (Walsh et al., 2005a).

 

CONCLUSÃO

As MβL representam séria ameaça devido à sua capacidade de hidrolisar todos os antimicrobianos β-lactâmicos, com exceção do monobactâmico aztreonam, e não ser inibida pelos inibidores de serina-β-lactamases disponíveis para o uso clínico. Além disso, os genes que codificam essas enzimas também codificam resistência para outras classes de antimicrobianos, reduzindo ainda mais as opções terapêuticas. Em adição, estes genes estão localizados em elementos genéticos móveis, o facilita grandemente a sua disseminação.

Com o aumento do número de relatos de cepas produtoras de MβL em diferentes regiões geográficas e a expansão da disseminação desses genes de resistência para ampla variedade de microrganismos, a detecção das MβL torna-se importante para que medidas de controle de infecção hospitalar possam ser implementadas com o intuito de prevenir a disseminação desse tipo de resistência e para a orientação da terapia antimicrobiana. A inexistência de terapia antimicrobiana adequada, a ausência de inibidor MβL efetivo clinicamente e as poucas perspectivas de novos antimicrobianos ressaltam ainda mais a importância da detecção destas β-lactamases.

 

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Recebido para publicação em 11 de janeiro de 2008
Aceito para publicação em 24 de julho de 2008

 

 

* Correspondência:
R. Hörner
Departamento de Análises Clínicas e Toxicológicas
Centro de Ciências da Saúde
Universidade Federal de Santa Maria
97110-970 - Santa Maria - RS, Brasil
E-mail: rosmari.ufsm@gmail.com