β-lactamase là loại enzyme do vi khuẩn tiết ra có thể thủy phân các liên kết amid của β-lactam gây mở vòng β-lactam và làm mất tác dụng diệt khuẩn của kháng sinh họ β-lactam. β-lactamase được sinh tổng hợp có thể do gene nằm trên nhiễm sắc thể hay plasmid quy định. Trong một số chủng vi khuẩn có thể tồn tại cả hai cơ chế này.
β-lactamase của vi khuẩn Gram dương (đại diện tụ cầu) là đại diện cho phần lớn các men nhóm A có được do cảm ứng được hình thành ở màng tế bào cũng như được tiết ra ngoại bào.
β-lactamase của vi khuẩn Gram âm phức tạp hơn. Hầu hết các vi khuẩn đường ruột chưa có các enzyme chủ yếu trên nhiễm sắc thể, được tạo ra ở mức độ thấp tùy theo loài. Sự cảm ứng của các enzyme nhóm C trên nhiễm sắc thể này là cephalosporinase kháng lại các Cephalosporin thế hệ 3 và Cephapenem. Sự xuất hiện của các β- lactamase nhóm A do cảm ứng có vai trò giống như penicillinase hoặc cephalosporinase. Các enzyme do plasmid quy định TEM1 – SHV1 dễ dàng lan truyền giữa các loài với nhau. Sự gia tăng tổng hợp các enzyme do nhiễm sắc thể và plasmid quy định làm gia tăng khả năng kháng lại các kháng sinh Imipenem hoặc Cephalosporin thế hệ thứ 3. Ngoài ra, các β-lactamase phổ rộng làm bất hoạt nhiều Cephalosporin mặc dù Carbapenem kháng tương đối với các enzyme phổ rộng này [5,10].
1.5.2. Phân loại
Việc phân loại β-lactamase có rất nhiều ý kiến của nhiều tác giả khác nhau. Theo Bush – Jacoby – Medeiros thì các β-lactamase được phân chia theo chức năng như sau [5]:
Bảng 1.3. Xếp loại β-lactamase theo chức năng Nhóm Loại enzyme Ức chế
Clavulanate
Lớp phân tử
Số
enzyme Ví dụ
1 Cephalosprinase Không C 53 E. cloacae P99,
MIR - 1
2a Penicillinase Có A 20
Staphylococcus aureus, Streptomyces
albus
2b Phổ rộng Có A 16 TEM – 1,
SHV – 1
2be Phổ rộng mở Có A 38 TEM – 3,
SHV – 2
2br Kháng chất ức chế Giảm A 9 TEM – 3,
TRC – 1
2c Carbenicillinase Có A 15 PSE – 1, CARB –
3, BRO – 1
2d Cloxacillinase Có D hoặc
A 18
OXA – 1, PSE – 2, Streptomyces
cacaoi
2e Cephalosporinase Có A 19
Proteus vulgaris, Bacteriodes fragilis CepA
2f Carbapenemase Có A 3 E. cloacae IMI –
1, NMC – 1
3 Metalloenzyme Không B 15
Stenotrophomonas (Xanthomonas)
maltoph
4 Penicillinase Không 17
Burkholderia (Pseudomonas)
cepacia
a. Penicillinase: là những enzyme được mã hóa từ gene nằm trên nhiễm sắc thể của Klebsiella spp., Proteus vulgaris, Citrobacter koserii và Bacteroides spp.. Một số
enzyme penicillinase và các nhóm ESBL được mã hóa từ các gene nằm trên plasmid, transposons hay intergron. Penicillinase chủ yếu thủy giải kháng sinh Penicillin và hầu hết còn nhạy cảm với các chất ức chế enzyme [34].
b. ESBL: Extended – Spectrum Beta – lactamase (ESBLs) là các enzyme có thể được sản xuất bởi vi khuẩn làm cho chúng kháng với Cephalosporin như Cefuroxime, Cefotaxime và Ceftazidime – đó là các kháng sinh phổ biến nhất được sử dụng. Ngày nay người ta đã khám phá hơn 300 type vi khuẩn sinh men ESBL, trong đó các type chủ yếu là TEM, SHV, CTX – M và VEB. Các gene đa kháng thuốc này được truyền chủ yếu qua plasmid, transposons và intergron. Các gene này có thể truyền ngay giữa các họ vi khuẩn Gram âm dẫn đến sự lan truyền nhanh chóng đặc tính đề kháng kháng sinh [6].
c. AmpC-β-lactamase: Có khả năng ly giải các Cephalosprin phổ hẹp, phổ rộng, Cephamycin và các chất ức chế như: Clavulanat, Sublactam, Tazolactam. Những AmpC-β-lactamase qua trung gian plasmid được phát hiện ở Klebsiella spp., Salmonella spp., C. freundii, E. aerogenes, P. mirabilis, E. coli thuộc các họ CYM, FOX, DHA. Tuy nhiên, các vi khuẩn này vẫn còn nhạy cảm với Imipenem [44].
d. Carbapenemase: Gồm các enzyme có khả năng ly giải Carbapenem và các β-lactamase ở các mức độ khác nhau. Do đó, chúng kháng tất cả các loại kháng sinh và chúng có thể truyền gene kháng này sang các vi khuẩn khác một cách dễ dàng [50].
e. Metallo-β-lactamase: Có khả năng thủy giải Carbapenem, bị ức chế bởi EDTA và các chất như 1,10 – o – phenamthroline. Chúng không bị ức chế bởi các chất ức chế β-lactamase có trên thị trường. Đặc biệt, hiện nay mới xuất hiện type New Delhi metallo-β-lactamase (NDM – 1) kháng Carbapenem và kháng tất cả các kháng sinh, ngoại trừ Colistin [55]. Kể từ sau khi được phát hiện vào năm 2009 thì sau đó, tháng 8 năm 2010 các nhà khoa học người Anh đã phát hiện thêm nhiều trường hợp bị nhiễm vi khuẩn mang gene NDM – 1 chứng tỏ vi khuẩn mang gene này đã lan rộng [66].
Gene mã hóa NDM – 1 nằm trên nhiều plasmid khác nhau và có thể nhảy dễ dàng từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác [48].
1.5.3. Đặc tính của enzyme beta-lactamase ở vi khuẩn Gram âm
Enzyme beta-lactamase được tổng hợp có thể do gene nằm trên nhiễm sắc thể hay plasmid quy định. Trong một chủng vi khuẩn có thể tồn tại cả hai cơ chế này. Một số beta-lactamase do nhiễm sắc thể quy định mang tính đại diện cho loài. Các beta- lactamase do plasmid quy định không mang tính đại diện cho loài.
Các enzyme này đề kháng kháng sinh rất hiệu quả. Chúng có thể phá hủy nối amide của vòng beta-lactamase làm mất hoạt tính của kháng sinh. Ở vi khuẩn Gram âm, enzyme này được tiết vào khoảng giữa màng ngoài và vách peptidoglycan tạo tính kháng với kháng sinh beta-lactamase [19].
1.5.4. Phương pháp phát hiện beta-lactamase
Kiểm tra beta-lactamase nhanh chóng có thể mang lại những thông tin về mặt lâm sàng sớm hơn so với khuếch tán MIC hoặc đĩa. Một số thử nghiệm lâm sàng đã được đưa ra để phát hiện beta-lactamase: phương pháp iod, phương pháp acidometric và phương pháp sử dụng các chất chromogenic [59].
a. Phương pháp iod
Đây là phương pháp phù hợp để thử nghiệm khả năng sinh men beta-lactamase ở các chủng N. gonorrhoeae.
Cho 100ml dung dịch Penicillin vào các giếng của phiến vi hiệu giá, cho khuẩn lạc vi sinh vật cần thử nghiệm vào các giếng với nồng độ 109 CFU/ml (Mc Farland 4.), thêm 2 giọt tinh bột (được chuẩn bị trước), giữ ở nhiệt độ phòng 30 – 60 phút. Sau đó cho một giọt thuốc thử iod vào các giếng, nếu màu xanh của dung dịch biến mất trong vòng 10 phút thì vi sinh vật thử nghiệm dương tính với beta-lactamase [63,65].
b. Phương pháp acidometric
Phương pháp acidometric tạo kết quả chấp nhận được với Haemophilus spp., N.
gonorrhoeae và khuẩn tụ cầu.
Cho 2ml dung dịch đỏ phenol 2% vào 16,6 ml nước cất vô trùng, sau đó thêm 1 lọ thuốc benzyl penicillin G với khuẩn lạc của vi sinh vật cần kiểm nghiệm (20 triệu tế bào). Tiếp theo cho 100ml dung dịch đỏ phenol với Penicillin vào các giếng trên phiến vi hiệu giá, các vi sinh vật lơ lửng trong các giếng này. Sau 10 – 15 phút dung dịch chuyển sang màu vàng vi sinh vật thử nghiệm dương tính với beta-lactamase [65,68].
c . Phương pháp sử dụng các chất chromogenic
Nitrocefin là một Cephalosporin chromogenic, có thể được sử dụng để phát hiện các beta-lactamase ở các chủng Neisseria gonorrhoeae, Moraxella (Branhamella) catarrhalis, Staphylococcus spp., Haemophilus influenzae, … Nitrocefin là thử nghiệm đáng tin cậy để phát hiện beta-lactamase ở Enterococcus spp..
Đĩa Nitrocefin được tẩm Nitrocefin, khi liên kết amit trong vòng beta-lactam được thủy phân bởi beta-lactamase, đĩa Nitrocefin thay đổi màu sắc từ vàng sang đỏ [59].