U.O. Gastroenterologia Ospedaliera Azienda Mista Università-Ospedali Riuniti - Foggia Resistenza antibiotica: diffusione e meccanismi Vincenzo De Francesco Napoli 21.03.2014 Resistenza antibiotica: diffusione e meccanismi Un’impari partita L. Comencini-Lo scopone scientifico-1972 Resistenza antibiotica: diffusione e meccanismi “Pochezza di mezzi”: antibiotici attivi M. Monicelli-I soliti ignoti-1958 Resistenza antibiotica: diffusione e meccanismi Arsenale storico • Sali di Bismuto • Macrolidi (Claritromicina, Azitromicina) • Imidazolici (Metronidazolo, Tinidazolo) • Peniciline (Amoxicillina) • Chinolonici (Levofloxacina, Moxifloxacina) • Tetracicline (Tetraciclina-HCL) • Rifabutina M. Monicelli-La Grande Guerra-1959 Resistenza antibiotica: diffusione e meccanismi Nuovi antibiotici ? • L’ultima nuova classe di farmaci antibiotici con nuovo target risale al 1971 • Negli anni 80’ gli investimenti industriali per nuovi antibiotici sono stati pochi • I costi per la scoperta, sperimentazione e sviluppo di nuovi antibiotici vanno dai 100 ai 350 milioni di dollari • I tempi per la commercializzazione 6-7 anni • La possibile e rapida insorgenza di resistenza associata alla breve durata di vita del nuovo farmaco ha rappresentato una un disincentivo a causa di un insufficiente ritorno economico There is probably no chemotherapeutic drug to which in suitable circumstances the bacteria cannot react by in some way acquiring fastness” Alexander Fleming, 1946 Resistenza antibiotica: diffusione e meccanismi RESISTENZA PRIMARIA ANTIBIOTICA La resistenza primaria–non correlabile a precedente e specifico trattamento-rappresenta il principale fattore di rischio di fallimento terapeutico delle correnti terapie Hp-eradicanti Malfertheiner P et al. the Maastricht IV/ Florence Consensus Report. Gut 2012; 61: 646-64 M. Monicelli-I soliti ignoti-1958 Resistenza antibiotica: diffusione Peculiarità della resistenza antibiotica di H. pylori • Lungo tempo di esposizione agli antibiotici a causa della cronicità dell’infezione • Trasmissione prevalentemente verticale senza diffusione orizzontale di plasmidi o di materiale genetico • Acquisizione di resistenza per diretta esposizione del paziente al farmaco Megraud F et al. GUT. 2013: 62: 34-42. Resistenza antibiotica: diffusione • I valori di prevalenza di Hp-resistenza primaria ad un antibiotico correlano direttamente alla durata di commercializzazione e all’entità del suo consumo • Esiste una resistenza crociata tra antibiotici della stessa famiglia Goossens H et al. Lancet 2005; 365: 579-87 McNulty CA et al. Aliment Pharmacol Ther. 2012; 35:1221-30 Megraud F. Clin Microbiol Rev 2007;20:280e322 Resistenza antibiotica: diffusione e meccanismi Cardini della gestione terapeutica del’infezione da H. pylori • Costante sorveglianza e monitoraggio della prevalenza della resistenza primaria al fine di ottimizzare • Scelta degli antibiotici attualmente disponibili in schemi di prima linea ad alta efficacia • “Risparmio” di farmaci più nuovi e costosi per il ri-trattamento Resistenza antibiotica Epidemiologia Qual è la dimensione del fenomeno “resistenza” verso i singoli antibiotici nelle differenti aree geografiche? Resistenza antibiotica: diffusione Systematic review:11697 pz, 31 studi, 1993-2006 De Francesco V, et al. J Gastrointestinal Liver Dis. 2010; 19: 409-14. Resistenza antibiotica: diffusione Area Amoxycillin Clarithromycin Metronidazole Tetracycline Levofloxacin Multidrugs America 8/352 (2.2%) 118/402 (29.3%) 177/401 (44.1%) 11/393 (2.7%) NA 53/352 (15.0%) Africa 113/172 (65.6%) NA 159/172 (92.4%) 58/132 (43.9%) 0/40 (0.0%) NA Asia 60/517 (11.6%) 1544/8139 (18.9%) 192/517 (37.1%) 11/456 (2.4%) 106/908 (11.6%) 21/252 (8.3%) Europe 3/599 (0.5%) 352/3156 (11.1%) 420/2,459 (17%) 14/599 (2.1%) 101/743 (13.5%) 204/2,272 (8.9%) Overall 184/1,640 (11.2%) 2,014/11,697 (17.2%) 948/3,549 (26.7%) 94/1580 (5.9%) 207/1691 (12.2%) 278/2876 (9.6%) Resistenza antibiotica: diffusione Claritromicina • America: 29.3% • Europa: 11.1% Gradiente crescente Nord-Sud (Svezia-Olanda: 1.1%; Spagna: 49.2%; Grecia: 35%;) In Portogallo >30% tra 2000-09 Resistenza antibiotica: diffusione Others Rokitamycin Lincomycin 6 DDD per 1000 inh. per day L’uso di macrolidi varia di un fattore 7 tra i Paesi ad alto consumo e quelli a basso consumo (9.7 in Grecia vs. 1.4 in Olanda) Telithromycin Josamycin Miocamycin Pristinamycin 4 Midecamycin Spiramycin Clindamycin Roxithromycin 2 Erythromycin Azithromycin Clarithromycin 0 GR FR IT LU PT SK BE ES SI AT HU PL CZ IE DE DK UK FI NO HR IS NL EE SE BG LV Goossens H et al. Lancet 2005; 365: 579-87 Megraud F et al. GUT. 2013: 62: 34-42 Resistenza antibiotica: diffusione Resistenza primaria a Claritromicina in differenti Paesi Europei tra 2008-9 Megraud F et al. GUT. 2013: 62: 34-42 Resistenza antibiotica: diffusione • Claritromicina resistenza in Italia Vicenza 2000 = 9% Genova 2000 = 14% Bologna 2000 = 14% Chieti 2003 = 23% Sassari 2003 = 23% Napoli 2005 = 14% Foggia 2005 = 24% Roma 2005 = 27% Bologna 2007 = 18% In Italia incremento dal 10.2% al 21.3% dal 89-90 al 2004-05 De Francesco V, et al. J Antimicrob Chemother 2007; 59: 783785. Resistenza antibiotica: diffusione • • • • • • Fattori di rischio associati ad H. pylori-claritromicina resistenza Analisi univariata Sesso: femminile Patologia dispeptica vs. patologia peptica Età infantile verso età adulta Ogni episodio di precedente uso di macrolidi per altra patologia è associato ad incremento di rischio di Hp-resistenza del 50% Analisi multivariata (2001-2008) Nascita fuori dall’Europa del Nord (p<0.01) Patologia dispeptica vs. patologia peptica (p<0.05) McNulty CA et al. Aliment Pharmacol Ther. 2012; 35:1221-30. Megraud F et al. GUT. 2013: 62: 34-42 Resistenza antibiotica: diffusione Metronidazolo • Africa: 92.4% • Europa: 17% Gradiente crescente Nord-Sud: Svezia-Olanda: 14.4%; Spagna 45.1% Resistenza antibiotica: diffusione • Metronidazolo resistenza in Italia Vicenza 2000 = Genova 2000 = Foggia 2001 = Bologna 2003 = Sassari 2003 = Chieti 2003 = Napoli 2005 = Bologna 2007 = Roma 2007 = 15% 44% 15% 27% 30% 36% 21% 25% 35% Resistenza antibiotica: diffusione Fattori di rischio associati ad H. pylori Metronidazolo resistenza Analisi univariata • • • Sesso: femminile Provenienza da aree in via di sviluppo Precedente uso di imidazolici per altra patologia è associato ad incremento di rischio di Hp-resistenza del 60% Analisi multivariata (2001-2008) • • Sesso: femminile (p<0.01) Provenienza da aree in via di sviluppo (p<0.01) McNulty CA et al. Aliment Pharmacol Ther. 2012; 35:1221-30 Miendje Devi VY et al. J Clin Microbiol. 2011; 49: 2200-09 Malfertheiner P et al. the Maastricht IV/ Florence Consensus Report. Gut 2012; 61: 646-64 Megraud F et al. GUT. 2013: 62: 34-42 Resistenza antibiotica: diffusione Amoxicillina • Africa: 65.6% Ovidio: “ Semper quid novi ab Africa” Cicerone: “Unus testis nullus testis” • Europa: 0.5% Svezia: 0%; Spagna: 1.5% Resistenza antibiotica: diffusione Fattori di rischio associati ad H. pylori-amoxicillina resistenza • Sesso: non significativo • Precedente uso di amoxicillina per altra patologia non è associato ad incremento di rischio di Hpresistenza McNulty CA et al. Aliment Pharmacol Ther. 2012; 35:1221-30 Resistenza antibiotica: diffusione Chinolonici • Africa: 0% • Europa: 13.5% UK: 7.5%; Belgio: 16.8% Resistenza antibiotica: diffusione L’uso dei chinolonici varia di un fattore 7 tra i Paesi ad alto consumo e quelli a basso consumo (9.7 in Grecia vs. 1.4 in Olanda) Levofloxacina il più usato in Italia Adriaenssesns N et al. J Antimicrob Chemother. 2011; suppl 6; vi 47vi56 Megraud F et al. GUT. 2013: 62: 34-42 Resistenza antibiotica: diffusione Resistenza primaria a Levofloxacina in differenti Paesi Europei tra 20082009 Megraud F et al. GUT. 2013: 62: 34-42 Resistenza antibiotica: diffusione Fattori di rischio associati ad H. pylori-chinolonici resistenza Analisi univariata • • • • Sesso: femminile Età: >50 aa Nascita in Centro-Sud Europa ed extra-Europa Precedente uso di chinolonici per altra patologia è associato ad incremento di rischio di Hp-resistenza di 80% Analisi multivariata (2001-2008) • Età > 50 aa (p<0.05) • Residenza in Centro-Sud Europa ed extra-Europa (p<0.01) • Patologia dispeptica vs. patologia peptica (p<0.05) McNulty CA et al. Aliment Pharmacol Ther. 2012; 35:1221-30 Miendje Devi VY et al. J Clin Microbiol. 2011; 49: 2200-09 Megraud F et al. GUT. 2013: 62: 34-42 Resistenza antibiotica: diffusione Tetracicline • Africa: 43.9% • Europa: 2.1% Svezia: 0.3%; Bulgaria: 4.9% Resistenza antibiotica: diffusione Fattori di rischio associati ad H. pylori-tetracicline-amoxicillina resistenza • Sesso: non significativo • Precedente uso di tetracicline per altra patologia non è associato ad incremento di rischio di H. pylori resistenza McNulty CA et al. Aliment Pharmacol Ther. 2012; 35:1221-30 Resistenza antibiotica: diffusione Rifabutina Germania: 1.4% UK: 6.6% Giappone: 0.2% Precedente trattamento antitubercolare incrementa rischio di Hp-resistenza McNulty CA et al. Aliment Pharmacol Ther. 2012; 35:1221-30 Glocker, et al. Antimicrob Agents Chemother . 2007; 51: 346-349 Chisolm SA et al. Euro Surveill 2007;12: E34 Nishizawa T, et al. Antimicrob Agents Chemother. 2011; 55: 5374-75. Resistenza antibiotica: diffusione • Multiresistenza • America: 15.0% • Europa: 8.9% Svezia: 0.6%; Germania: Belgio (2003-2009) 15.1% Claritro-Metro: da 22.2% a 39.8% Levo-claritro: da 13.6% a 20.5% Claritro-Metro-Levo: da 6.3% a 13% Miendje Devi VY et al. J Clin Microbiol. 2011; 49: 2200-09 Resistenza antibiotica Meccanismi C. Chaplin-Tempi Moderni-1907 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismo di azione della claritromicina Legame alla subunità ribosomiale 50S (sito A di peptidiltransferasi-domain V 23S rRNA) Arresto dell’allungamento della catena aminoacidica inibizione della sintesi proteica batteriostasi Goldman RC et al. Antimicrob Agents Chemother 1994; 38: 1496-500 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismi di resistenza • Mutazioni puntiformi alla subunità ribosomiale 50S (sito A di peptidiltransferasi-domain V 23S rRNA) • Resistenza (MIC>0.5mg/L): perdità di affinità di legame Claritromicina-subunità 50 S Normale sintesi proteica European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST). Version 3.1. 2013 Resistenza antibiotica: meccanismi • A2143G (MIC values: 0.09-256 mg/dl) (69.8%) >85% dei casi di • A2142G resistenza (MIC values: 64 mg/dl) (11.7%) • A2142C A2144T (2.6%) T2117C G2141 A T2182 C G2241 A C2245 T C2611 A G2115A Van Doorn L.J. et al. Antimicrob Agents Chemothe1999; 43:1779-82 De Francesco V et al. Ann Intern Med. 2006; 144: 94-100 Rimbara E, et al. Antimicrob Agents Chemother. 2008;52:3465-6. Kim JM et al. J Microbiol Biotechnol. 2008; 18:1584-9 Resistenza antibiotica: meccanismi L’insorgenza rRNA mutazioni puntiformi, conferenti resistenza antibiotica, deve essere considerato un fenomeno naturale, spontaneo e progressivo Point mutations 2005 (38) (%) Point mutations 2013 (37) (%) Doppia* Tripla*** A2142C (13.1%) (2.7%) A2143G ( 55.2%) 1 1Doppia** 2 2(16.2%) 3 3 A2142G (26.3%) A2143G (29.7%) 4 4 5 6 G2142A (16.2%) 7 8 A2142G (16.2%) De Francesco V et al., J Antimicrob Chemother. 2007;59:783-5 *Double mutation 2005 (2): A2143G plusA2142G; A2143G plusA2142C **Double mutations 2013 (6): 3 A2143G plus 2142G; 1 A2115G plus A2144T; 1 A2142G plus A2115G, 1 A2143G plus A2115G. ***Triple Mutation 2013 (1) 1: A2143G plus A2142G plus A2144T A2144T (8.1%) A2115G (2.7%) De Francesco et al., Journal of Medical Microbiology. 2014: 63: 453-57. Resistenza antibiotica: meccanismi Point mutation (37) MIC value (mg/L) Median (range) A2143G (11) (26.1%) 12 (3256) A2142G (6) (14.2%) 152 (3256) A2115G (3) (7.1%) 4 (4256) A2144T (4) (9.5%) 134 (8256) G2141A (6) (14.2) 28 (1256) Double mutations (6)* (14.2%) 4 (0.5256) Triple Mutations (1)** (2.3%) 256 De Francesco et al., Journal of Medical Microbiology. 2014: 63: 453-57. Resistenza antibiotica: meccanismi La discordante determinazione di ceppi resistenti alla coltura (resistenza fenotipica) e sensibili alle tecniche PCR (assenza di RNA mutazioni) suggerisce che: • esistenza meccanismi di resistenza alla claritromicina differenti dalle mutazioni puntiformi PCR-determinabili • la resistenza fenotipica è espressione di multipli meccanismi genetici di resistenza Chisolm S et al. Diagnostic Microbiology and Infectious Disease 2008; 61: 67–71 De Francesco V et al. J Antimicrob Chemother 2010; 65: 327-32 Resistenza antibiotica: meccanismi Pompe di efflusso transmenbrana ATPasi dipendenti (geni “RND family”) Resistenza alla claritromicina Diagrammatic representation of the cytoplasmic membrane (CM) showing examples of multidrug efflux systems. Webber MA et al. J Antimicrob Chemother 2003; 51: 911 Resistenza antibiotica: meccanismi Pompe di efflusso • Pompe di membrana ATPasi dipendenti • Costituzionali o inducibili • Associati a mutazioni rRNA ribosomiale nel 80% dei casi incrementano ulteriormente MIC • Singolarmente presenti in 5%-6% dei casi determinano di per sé resistenza (RNA naive: ceppi sensibili a PCR e resistenti alla coltura) Webber MA et al. J Antimicrob Chemother 2003;51:911 Roberts MC. Mol Biotechnol 2004;28:4762 Resistenza antibiotica: meccanismi Pompe di efflusso-risvolti terapeutici • Inibitori specifici (EPI) sono in grado di ridurre MIC di differenti antibiotici • PPI in differente grado sono in grado di ridurre di 3-4 volte i valori di MIC di vari antibiotici a causa di simil EPI-activity….. • …..La scelta di PPI condiziona l’efficacia dello stesso schema terapeutico Zhang Z, et al. World J Gastroenterol. 2010 Mar 14;16:1279-84 McNicholl AG, et al. Aliment Pharmacol Ther. 2012; 36: 414-25 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismo di azione di Metronidazolo Profarmaco. Necessaria riduzione di N-gruppi del farmaco in gruppi anionici con generazione di nitroso derivati ed idrossixylamine DNA-tossiche da parte di: • di catena respiratoria batterica (POR complex) in condizioni di basso potenziale redox e bassa tensione di O2 intracellulari • di NADPH reduttasi O2-indipendente, meccanismo peculiare di H. pylori di riduzione del farmaco Resistenza (MIC>8mg/L): mancata riduzione del farmaco European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST). Version 3.1. 2013 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismi di resistenza • • • • • • Mutazioni- puntiformi, delezioni, inserzioni-in geni rdxA (NADPH) Mutazioni-puntiformi, delezioni, inserzioni in geni frx A-B (flavinossidoreduttasi, ferrodoxin-like-enzymes): incrementano MIC in presenza di mutazioni rdxA o possono di per sé determinare resistenza (?) Mutazioni in geni Fur: controllo di almeno dodici geni che controllano “a cascata” il potenziale redox intracellulare Geni OEP (Outher Efflux Protein) proteine escretrici Homeostatic Oxidative Stress Regulator (HP1043) Meccanismi di DNA repair Incremento di dose o di durata del trattamento può comportare superamento di resistenza al metronidazolo Godwin A et al. Mol Microbiol. 1998; 28: 383-93 Matteo MJ, et al. Int J Antimicrob Agents. 2006; 27:152-8. van Amsterda. K et al. Antimicrob Agents Chemother. 2005; 49:1477-82. Choi SS ,et al. PloS One. 2011; 6: 1-10 Olekhnovich In et al. J. Bacteriol. 2013 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismo di azione di Amoxicillina • Arresto dell’attività di sintesi della parete batterica da parte di enzimi PBP1,2,3,4 (glycosyl transferase-acyl transpeptidase) con effetto battericida • Resistenza (>0.12mg/L): perdita di affinità di legame Amoxicillina-PBP European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST). Version 3.1. 2013 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismi di resistenza • Mutazioni puntiformi in PBP1 (Asn562Tyr in KTG motif) • Mutazioni puntiformi PBP2-3-4: incrementano MIC solo in presenza di PBP1 mutati • Mutazioni puntiformi geni hopB e hop C (“porin” narrow channel): riducono l’ingresso ed incrementano MIC solo in presenza di PBP1 mutati Rimbara E, et al. J Antimicrob Chemother. 2008; 61:995-8. Kutschke A, et al. Antimicrob Agents Chemother. 2005;49:3009-10 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismi di resistenza • Ceppi resistenti transformanti in vitro per mutazioni in sito PBP1 mostrano MIC di 3 volte inferiori rispetto a resistenti naturali suggerendo che…. • ….Ceppi resistenti naturali sono frutto di coesistenza di differenti meccanismi La necessaria simultaneità in vivo di differenti meccanismi nel determinare resistenza spiega la bassa prevalenza di resistenza alla Amoxicillina Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismo di azione di Chinolonici • Legame a subunità A di Topoisomerasi II (Girasi). Depolimerizzazione di DNA. • Effetto battericida a basse dosi. Batteriostatico ad alte dosi • Resistenza (>1mg/L) : perdità di affinità di legame Chinolone-Gyrasi European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST). Version 3.1. 2013 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismi di resistenza • Mutazioni puntiformi in gyrA (QRDR) (Asp91Gly, Asn87Lys in 100% di ceppi resistenti) • Mutazioni puntiformi in gyrB: ulteriore incremento di MIC solo in presenza di mutazioni gyrA Cattoir V, et al. Int J Antimicrob Agents. 2007;29:389-96. Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismo di azione di Tetraciclina • Effetto batteriostatico per inibizione della sintesi proteica per mancato attacco di aminoacyl-tRNA al sito 30S ribosiomale • Resistenza (>1mg/L): perdità di affinità di legame tra Tetraciclina-sito ribosiomiale Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismi di resistenza • Mutazioni puntiformi in sito P of 30 S: necessaria e simultanea triplice mutazione da 965 to 967 • Livello di resistenza correlato a numero di mutazioni nelle posizioni 965-967 (AGA►TTC) • Mutazioni puntiformi in sito T: ruolo accessorio ed ancillare a mutazioni in sito P Gerrits MM, et al. Antimicrob Agents Chemother. 2003; 47: 2984-6 De Francesco V, et al. World J Gastrointest Pathophisiol. 2011; 2: 35-41 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismi di resistenza • Ceppi resistenti transformanti in vitro per mutazioni in sito P mostrano MIC di 4 volte inferiori rispetto a resistenti naturali suggerendo che…. • ….Ceppi resistenti naturali sono frutto di coesistenza di differenti meccanismi La necessaria simultaneità in vivo di differenti meccanismi nel determinare resistenza spiega la bassa prevalenza di resistenza alla Tetraciclina Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismi di resistenza • Ossidazione di tetraciclina mediante ossido-riduttasi NADP-dipendente inducibile • Rimozione dal sito di legame ad opera di Tet (O) soluble protein • Probabile e controverso effetto di Pompe di efflusso Wu JY, et al. Antimicrob Agents Chemother. 2005; 49: 578-83 De Francesco et al. World J Gastrointest Pathophysiol. 2011; 2: 35-41 Resistenza antibiotica: meccanismi Meccanismo di azione e di resistenza alla Rifabutina • Legame ed inibizione alla subunità β di RNA polimerasi DNA dipendente (gene rpoB)►effetto battericida • Mutazioni puntiformi in codons 524-545 e 585 di rpoB • Resistenza (>1mg/L) : perdità di affinità di legame Rifabutina-RNA polimerasi Gisbert JP et al. Aliment Pharmacol Ther 2012; 35: 209-221 Resistenza antibiotica: diffusione e meccanismi Da quanto detto ci si auspica che le conoscenze epidemiologiche e microbiologiche circa la resistenza antimicrobica di H. pylori possano essere di aiuto ad elaborare razionali schemi di terapia eradicante al fine di compiere……… Resistenza antibiotica: diffusione e meccanismi ...un colpo veramente sci…scientifico: eradication rates=100% Utilizzando al meglio i nostri mezzi attualmente disponibili
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