Tiết ra Enzyme phá hủy Kháng sinh

1.2 Sự đề kháng Kháng sinh

1.2.2. Cơ chế đề kháng các Kháng sinh của vi khuẩn

1.2.2.1 Tiết ra Enzyme phá hủy Kháng sinh

- Enzyme β-Lactamase ở vi khuẩn Gram [+]

Trong các loại enzyme do vi khuẩn tiết ra để phá hủy Kháng sinh β-lactam là Staphylococcus aureus tiết penicillinase kháng penicillin. Nhờ không có màng ngoài nên vi khuẩn Gram [+] sẽ tiết thẳng β-Lactamase ra môi trường bên ngoài, vô tình bảo vệ được các vi khuẩn nhạy cảm với Kháng sinh β-lactam cùng quần cư với vi khuẩn tiết β-Lactamase. Ví dụ tiêu biểu nhất cho sự bảo vệ này là tác nhân liên cầu tiêu huyết nhóm A (Streptococcus pyogenees) gây viêm amydale cấp trên bệnh nhân cho dù vẫn nhạy cảm với penicillin vì tác nhân này cùng quần cư với Staphylococcus aureus tại hầu họng, mà tác nhân Staphylococcus aureus hiện nay đã có đến 98% tiết được penicillinase đề kháng penicillin.

Cho đến hiện nay, β-Lactamase của vi khuẩn Gram [+] vẫn thuộc thế hệ cổ điển có nguồn gốc gene TEM1 và SHV1 chỉ có khả năng phá hủy các Kháng sinh penicillin, ampicillin (và các penicillin A khác), và các cephalosporin thế hệ 1;

nhưng bị ức chế bởi các ức chế β-Lactamase (như clavulanic acid, sulbactam, tazobactam). Do vậy điều trị các vi khuẩn Gram [+] đề kháng β-Lactam chỉ bằng cơ chế tiết β-Lactamase không là vấn đề lớn vì chỉ cần sử dụng các cephalosporin thế hệ 2, hay các β-lactam phối hợp với các ức chế β-Lactamase (ampicillin + sulbactam hay amoxicillin + clavulanic acid), hay penicillin M là đủ hiệu quả.

- Enzyme β-Lactamase ở vi khuẩn Gram [-]

Do có thêm màng ngoài bọc bên ngoài cấu trúc vách tế bào nên vi khuẩn Gram [-] không tiết được β-Lactamase ra môi trường bên ngoài mà sẽ tập trung tại khoảng gian bào, giữa màng ngoài và vách tế bào vi khuẩn. Nhờ vậy mà vi khuẩn Gram [-] một khi tiết được β-Lactamase thì enzyme này sẽ tập trung được một lượng lớn bao bọc bên ngoài vách tế bào, vì vậy đòi hỏi Kháng sinh β-lactam phải đạt nồng độ cao mới có thể vượt qua được sự bảo vệ này.

Ngoài ra, song song với sự phát triển các thế hệ Kháng sinh β-lactam, vi khuẩn Gram [-] cũng đã đối phó lại bằng cách tiến hóa để phát triển nhiều thế hệ β- Lactamase ngày cành mạnh hơn chứ không như ở vi khuẩn Gram [+] chỉ dừng lại ở thể hệ β-Lactamase cổ điển. Sự tiến hóa của các β-Lactamase ở vi khuẩn Gram [-]

có thể tóm tắt như sau:

+ Trước hết là β-Lactamase cổ điển có nguồn gốc gene là TEM1 và SHV1 nằm trên plasmid. Enzyme này không có khả năng phá hủy được các cephalosporin từ thế hệ 2 trở lên và bị ức chế bởi các ức chế β-Lactamase nhờ vậy mà không gây khó khăn trong vấn đề lựa chọn Kháng sinh để điều trị. Tuy nhiên do có nguồn gốc gene là trên plasmid nên sự đề kháng này có khả năng lan truyền trong cùng loại hay thậm chí khác loài. Chính vì vậy mà có sự gia tăng đáng kể tỷ lệ E. coli, H.

influenzae, N. gonorrhoeae kháng amipicillin, amoxicillin hay penicillin chỉ một thời gian ngắn sau khi các Kháng sinh này được đưa vào sử dụng.

+ Kháng sinh đối phó được với β-Lactamase cổ điển là cephalosporin từ thế hệ 2 trở lên. Tuy nhiên vi khuẩn Gram [-] đã tiến hóa để tạo ra gene ampC trên

nhiễm sắc thể giúp vi khuẩn sản xuất được β-Lactamase ampC khi bị cảm ứng bởi các cephalosporin thế hệ 3; và gene này có thể bị đột biến thành ampC giải ép (derepressed ampC) giúp vi khuẩn tiết enzyme β-Lactamase ampC liên tục ở nồng độ cao, hậu quả là vi khuẩn trở nên kháng được cephalosporin thế hệ 3 trong quá trình điều trị. Hiện tượng này đặc biệt xảy ra trên các vi khuẩn Enterobacter aerogenees và E. cloacae khi điều trị bằng các cephalosporin phổ rộng như ceftriaxone, cefotaxim và ceftazidim. AmpC β-Lactamase vẫn chưa thể phá hủy được các cephalosporin thế hệ 4 và carbapenem. Ngoài ra, mặc dù plasmid truyền được trên một số vi khuẩn như E. coli, Klebsiella pneumoniae, và Protues mirabilis vẫn có thể thu nhận được gene ampC nhưng gene này thường nằm trên nhiễm sắc thể hơn nên xét về mức độ lây lan vẫn chưa đáng báo động như β-Lactamase phổ rộng (ESBL: Estended Spectrum β-Lactamase).

+ Trong quá trình đấu tranh với sự phát triển các thế hệ cephalosporin càng về sau càng mạnh hơn và phổ càng rộng hơn, trực khuẩn Gram [-] đặc biệt là Enterobacteriaceae đã tiếp tục tiến hóa để tạo ra một loại enzyme β-Lactamase có hoạt phổ phá hủy được hầu hết các thế hệ cephalosporin. Enzyme này được đặt tên là β-Lactamase phổ rộng (ESBL) đúng như khả năng của nó. Sự nguy hiểm của ESBL không chỉ ở chỗ phá hủy được tất cả các thế hệ cephalosporin mà còn ở nguy cơ lây lan rất cao do nguồn gốc gene của ESBL là đột biến từ gene TEM (với 100 biến thể) và SHV (với trên 50 biến thể) nằm trên plasmid, hay từ các gene mới (như CTX, OXA, VEB, PER) cũng trên plasmid hay trên nhiễm sắc thể nhưng lại là các gene nhảy (integron). Kháng sinh khắc chế được ESBL là các carbapenem và cephamycin, tuy nhiên phải khuyến cáo các bác sĩ điều trị không nên sử dụng cephamycin vì nguy cơ gây phản ứng vi khuẩn tiết AmpC. Ngoài ra, vì ESBL thường có nguồn gốc gene là đột biến từ TEM và SHV. Do vậy mà ESBL thường bị ức chế bởi các hoạt chất ức chế β-Lactamase và như clavulanic acid, sulbactam, hay tazobactam. Đặc điểm này không có giá trị ứng dụng trong điều trị vì hiệu quả mầm cấy (inoculum effect) của vi khuẩn. Hiệu quả này là do ESBL tập trung rất nhiều trong khoảng gian màng giữa màng ngoài và vách tế bào nên lượng hoạt chất ức chế được ESBL, đặc biệt trong các trường hợp nhiễm khuẩn nặng với số lượng vi khuẩn

tại chỗ nhiễm trùng tập trung rất cao. Chính vì vậy đặc điểm bị ức chế bởi clavulanic acid chỉ được dùng trong phòng thí nghiệm để phát hiện vi khuẩn sinh ESBL.

+ Carbapenem được khuyến cáo là hiệu quả dành cho điều trị nhiễm trùng do trực khuẩn Gram [-] sinh ESBL. Tuy nhiên trực khuẩn Gram [-] vẫn không ngừng tiến hóa và hiện nay chúng ta phải bắt đầu đối phó với một β-Lactamase cực khủng của chúng, đó là các Carbapenemase phá hủy được Carbapenem với nguồn gốc gene nằm trên plasmid hay integron của nhiễm sắc thể do vậy mà có khả năng lây lan cao. Các Carbapenemase hiện nay đã xuất hiện nhiều nơi trên thế giới và đang được xem là ác mộng đề kháng Kháng sinh của loài người, đó là: (i) blaKPC và Guinea ESBL (GES) thuộc về β-Lactamase lớp A; (ii) Metallo-Beta-Lactamase (MBL), Verona Intergron Encoded MBLs (VIM), và New Delhi Metallo-B- Lactamase (NDM1) thuộc về β-Lactamase với lớp B; và (iii) và Oxa-type (Oxa-18 và các biến thể) thuộc về β-Lactamase lớp D. Ngoài β-Lactamase, vi khuẩn còn khả năng sản xuất các enzyme khác để làm bất hoạt Kháng sinh như chloramphenicol.

Acetyltransferase gắn gốc acetyl từ acetyl-CoA vào chloramphenicol làm cho Kháng sinh này không gắn được lên ribosome để tác động. Đối với Kháng sinh aminoglycoside, vi khuẩn cũng có những gene giúp sản xuất được các enzyme làm biến đổi Kháng sinh bằng cách thêm các gốc như acetyl, adenyl, phosphoryl vào phân tử aminoglycoside gây bất hoạt Kháng sinh. Tuy nhiên các cơ chế này không quan trọng bằng các cơ chế khác nên thường ít được để ý [24].