CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.3. KHÁNG KHÁNG SINH CỦA VI KHUẨN Streptococcus pneumoniae
1.3.2.1. Các gen pbp và cơ chế kháng kháng sinh họ Beta-lactam
Các gen pbp: Protein liên kết penicillin (PBPs) là các transpeptidases thành tế bào
thúc đẩy việc gắn kết các chuỗi peptidoglycan trong quá trình tổng hợp thành. Sáu PBP được tìm thấy ở vi khuẩn S. pneumoniae bao gồm 5 PBPs có khối lượng phân tử lớn
PBP1A (79,7 kDa), PBP1B (89,6 kDa), PBP2X (82,3 kDa), PBP2A (80,8 kDa) và PBP2B (82,3 kDa), và một PBP có khối lượng phân tử nhỏ PBP3 (45,2 kDa). Các PBP trọng lượng lớn được tạo thành từ một vùng kỵ nước đầu N, một domain trung tâm gắn kết với penicillin, và một domain đầu C. Vị trí hoạt hố của transpeptidase được hình thành bởi ba motif axit amin bảo tồn, SXXK, SXN, và KT(S)G. Các motif này xảy ra ở các vị trí axit amin từ 370 đến 373, 428 đến 430, và 557-555 đối với PBP1A, tại các vị trí 337 đến 340, 395 đến 397, và 547 đến 549 ở PBP2X và ở các vị trí 385 đến 388, 442 đến 444, và 614 đến 616 đối với PBP2B [55]. Những thay đổi ở vị trí các motif tạo ra các biến thể PBP có ái lực thấp. Đây là kết quả của đột biến điểm trong các chủng phế cầu khuẩn hoặc sự tái tổ hợp gen mã hoá PBP với các gen PBP của các phế cầu khác hoặc của các liên cầu viridans để tạo ra các gen khảm (mosaic genes). Mức độ kháng penicillin ở
S.pneumoniae liên quan đến từng bước thay đổi của PBPs [54]. Sự giảm ái lực của enzym
PBP1a, -2x, và -2b đối với kháng sinh nhóm β-lactam đóng vai trị quan trọng trong sự đề kháng. PBP2b biến đổi có liên quan đến tính kháng kháng sinh nhóm penicillin, PBP2x biến đổi gián tiếp gây kháng mức thấp đối với cephalosporin. Và PBP1A biến đổi làm tăng giá trị MIC của penicillin G và cefotaxime. Trong số 6 gen mã hoá các PBP, chỉ có 3 gen có liên quan tới kháng kháng sinh nhóm beta-lactam là pbp1A, pbp2B và pbp2X ,
Cơ chế kháng kháng sinh:
Trong quá trình hình thành vách tế bào, hai enzyme có vai trò quan trọng trong việc tạo liên kết chéo giữa các lớp peptidoglycan đó là transpeptidase và D-alanyl carboxypeptidase, còn được gọi là protein gắn penicillin (penicillin binding protein- PBPs). Cấu trúc phân tử của kháng sinh họ beta-lactams (penicilin và cephalosporin) chứa vòng beta-lactam (Hình 1.9) có khả năng gắn kết với enzym tạo liên kết chéo giữa các lớp peptidoglycan (PBPs) do đó ngăn chặn sự tạo thành vách tế bào vi khuẩn (Hình 1.10), gây phá vỡ tế bào vì chênh lệch áp suất thẩm thấu với mơi trường bên ngồi. Đồng thời, phức hợp kháng sinh - PBP hoạt hóa sự phóng thích các autolysin có khả năng thủy giải tế bào vi khuẩn. Vi khuẩn kháng với các kháng sinh beta-lactam theo nhiều cơ chế. Một trong những cơ chế quan trọng nhất là bằng cách biến đổi các gen mã hóa protein gắn penicillin PBPs (chủ yếu là pbp1A, pbp2X, pbp2B) [120]. Các PBP này vẫn có khả năng liên kết
chéo các lớp peptidoglycan trong thành tế bào nhưng có ái lực giảm với kháng sinh họ beta-lactam giúp cho vi khuẩn đề kháng được với penicilin và các beta-lactam khác [127, 149]. Nhiều nghiên cứu khác giải trình tự tồn bộ 6 gen pbp (pbp1A, pbp1B, pbp2A, pbp2B, pbp2X, và pbp3) của chủng S. pneumoniae cho thấy chỉ những thay đổi ở PBP2B, -2X, và -1A là liên quan đến tính kháng đối với kháng sinh beta-lactam [12, 38, 51, 53, 109, 131].
Cơ chế đề kháng kháng sinh họ beta-lactams thứ hai của vi khuẩn là sản xuất enzyme có khả năng thủy phân vịng lactam tạo thành những dẫn chất khơng có hoạt tính, khơng có khả năng gắn kết với các PBP. Và nhờ đó, vi khuẩn trở nên đề kháng với các kháng sinh nhóm beta-lactam. Ở vi khuẩn Gram dương, enzyme betalactamase có tính chất cảm ứng. Enzyme được sản xuất khi có mặt của kháng sinh sau đó giải phóng betalactamase vào vùng ngoại bào, bất hoạt kháng sinh trước khi thuốc xâm nhập vào tế bào vi khuẩn. Trong khi đó, vi khuẩn gram âm lưu giữ betalactamase tại vùng chu chất nên vi khuẩn gram âm có cơ chế kháng thuốc hiệu quả hơn [149].
Hình 1.9. Cấu trúc phân tử của các kháng sinh thuộc nhóm beta-lactam [97]
Hình 1.10. Cơ chế hoạt động của kháng sinh nhóm penicillin lên sự tổng hợp thành tế bào vi khuẩn [97]