CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.2 Một số nét về Pseudomonas aeruginosa
1.2.5.2 Kháng kháng sinh thông qua hệ thống bơm đẩy
Trong khi cơ chế mất porin OprD là một rào cản hiệu quả đối với sự xâm nhập của thuốc kháng sinh vào tế bào vi khuẩn, thì cơ chế liên quan đến hệ thống bơm đẩy cũng giúp vi khuẩn giảm sự hấp thụ chất diê ̣t khuẩn . Các hệ thống bơm đẩy thường kết hợp với tính thẩm thấu thấp của OM làm cho vi khuẩn trở thành đa kháng (MDR-multidrug-resistant) [29]. Hệ thống bơm đẩy gồm có ba thành phần protein, một protein phụ thuộc năng lượng nằm trong màng tế bào chất, một porin OM và một protein xuyên màng. Sự sắp xếp này giúp vi khuẩn loại bỏ các phân tử độc đối với tế bào. Mười hệ thống bơm đẩy khác nhau đã được mô tả trong P. aeruginosa là: MexAB-OprM, MexCD-OprJ, MexEF-OprN, MeXY, MexJK,
MexGHI-OpmD, MexVW, MexPQ-OpmE, MexMN và TriABC [59]. MexAB- OprM, MexXY- OprM là hai hệ thống luôn được biểu hiện ở chủng hoang dại. Tuy nhiên, sự biểu hiện của MexXY- OprM thấp hơn nhiều so với MexAB. Cả hai hệ thống đều hoạt động dựa trên cơ chế cảm ứng tiếp xúc với thuốc kháng sinh. Những hệ thống cịn lại khơng được biểu hiện trong chủng hoang dại nhưng có thể đóng góp vào khả năng kháng kháng sinh hoặc chất diệt khuẩn khi biểu hiện trong chủng kháng [13]. Tất cả các lớp kháng sinh ngoại trừ các polymyxin đều dễ bị đẩy ra ngoài bởi một hoặc nhiều hệ thống bơm đẩy.
Trong số 10 hệ thống bơm đẩy, thì MexAB-OprM được coi là quan trọng nhất và có liên quan trong tính kháng với fluoroquinolones và β-lactam [110, 116]. Hệ thống này cũng liên quan đến sự đề kháng với carbapenem như meropenem nhưng khơng liên quan đến imipenem. Các gen mã hóa cho các hệ thống này có ở tất cả các chủng P. aeruginosa nhưng chúng không được biểu hiện ở mức độ cao.
Tuy nhiên, sự tăng biểu hiện của hê thống bơm đẩy sẽ làm tăng tính kháng của vi khuẩn tới kháng sinh và đó có thể là kết quả của đột biến trong các gen điều hòa như mexR điều hòa sự biểu hiện của gen mexAB-oprM [117]. Phân tích chi tiết về các chủng P. aeruginosa phân lập từ Bệnh viện Đại học ở Pháp cho thấy 12 chủng đa kháng biểu hiện quá mức MexAB-OprM do sự biến đổi trong gen điều hòa [61]. Sự sản xuất quá mức của MexAB-OprM cũng được quan sát thấy ở hơn 82% chủng đa kháng phân lập từ Đức [46]. Do đó, các đột biến xảy ra ở gen mã hóa cho MexAB-OprM đã khẳng định vai trị của hệ thống bơm đẩy trong cơ chế kháng nội tại.
Thể đột biến nalC là dạng có gen mexR nguyên vẹn [101]. Các thể đột biến nalC có nguồn gốc từ chủng hoang dại P. aeruginosa PAO1 và được đặc trưng bởi một đột biến ở gen PA3721 [19]. Protein được mã hóa bởi gen này là một chất ức chế của một operon gồm hai gen, chức năng của nó là khơng rõ ràng và sự biểu hiện quá mức của nó trong thể đột biến nalC dẫn đến sản xuất quá mức của hệ thống bơm đẩy MexAB-OprM. Gần đây, mô ̣t đột biến ở gen PA3574 đã dẫn đến phát sinh thể đột biến nalD, thể này cũng có sự biểu hiện quá mức của hệ thống bơm đẩy MexAB-OprM [99]. Masuda và Ohya là người đầu tiên báo cáo rằng, sự biểu hiện quá mức của MexAB-OprM ở P. aeruginosa làm giảm tính nhạy cảm với meropenem, nhưng không ảnh hưởng đến hoạt động của các carbapenem khác như imipenem. Điều này là do cấu trúc phân tử khác nhau của carbapenem - meropenem có một chuỗi bên kỵ nước ở vị trí thứ hai, làm cho nó trở thành cơ chất cho hệ thống này, trong khi imipenem có chuỗi bên có sự trao đổi và ưa nước mạnh [66].
Cấu trúc bơm đẩy MexC–mexD–oprJ được biểu hiện quá mức ở chủng P. aeruginosa có gen nfxB mã hóa cho yếu tố ức chế phiên mã của cụm gen đó bị đột
biến [86, 87]. Hệ thống bơm đẩy này chủ yếu đẩy nhóm cephem phổ rộng (cefepime và cefpirome) ra khỏi tế bào vi khuẩn, cũng như nhóm quinolone, macrolide, tetracycline và chloramphenicol [57].
Hệ thống MexE–mexF–oprN có liên quan tới sự đề kháng với quinolone, chloramphenicol, trimethoprim và được biểu hiện quá mức ở chủng P. aeruginosa
thể đột biến nfxC (có đột biến ở locus mexT) [52]. Thể đột biến nfxC cũng thể hiê ̣n sự kháng chéo với carbapenem (chủ yếu là imipenem) vì chúng đờng thời giảm sự biểu hiện của protein OM-OprD.
Masuda và cộng sự đã phát hiện ra rằng các protein MexX và MexY đẩy các kháng sinh aminoglycoside, tetracycline và erythromycin ra khỏi các tế bào vi khuẩn và liên kết chặt chẽ với các protein màng ngoài OprM, tham gia vào tính ―kháng nội tại‖ của P. aeruginosa đối với các tác nhân kháng khuẩn. Giống như
MexAB–OprM, các protein MexXY có thể được sản xuất quá mức do đột biến trong gen ức chế mexZ nằm gần đó và phiên mã độc lập với operon MexXY [61,
111]. Sự gia tăng biểu hiện của MexXY–OprM làm giảm tác động của aminoglycoside và fluoroquinolone đến vi khuẩn [64].
Bảng 1.2: Cơ chất và các gen điều hòa của các hệ thống bơm đẩy ở P. aeruginosa Hệ thống
bơm đẩy
Cấu trúc điều hòa và chức năng
Cơ chất Tài liệu
tham khảo mexAB-OprM MexR (chất ức chế)a NalDa NalCb Fluoroquinolones, β-lactams, chất ức chế β-lactamase, tetracyclines, chloramphenicol, macrolides, novobiocin, trimethoprim, sulfonamides [12, 19, 71, 99]
mexCD-OprJ NfxB (chất ức chế)a Fluoroquinolones, β-lactams, tetracycline, chloramphenicol, macrolides, trimethoprim, novobiocin
[87]
mexEF-OprN MexT (chất hoạt hóa)a MexS (chất ức chế)b MvaTb
Fluoroquinolones,
chloramphenicol, trimethoprim
[33]
mexXY MexZ (chất ức chế)a Fluoroquinolones, β-lactams, tetracycline, aminoglycosides, macrolides, chloramphenicol
[45, 64]
mexJK MexL (chất ức chế)a Tetracycline, erythromycin [22] mexGHI-
OpmD
SoxRa Fluoroquinolones [16]
mexVW-OprM NI Fluoroquinolones, tetracycline, chloramphenicol, erythromycin
[58] mexPQ-OpmE NI Fluoroquinolones, tetracycline,
chloramphenicol, macrolides [69] mexMN-OprM NI Chloramphenicol, thiamphenicol [69] triABC-OpmH NI Triclosan [68]
a: Protein trực tiếp kiểm soát sự biểu hiện của các hệ thống bơm đẩy b: Protein gián tiếp kích hoạt biểu hiện hệ thống khi bị biến đổi NI: không xác định.