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FACULTAD DE BIOLOGÍA Programa de doctorado en Microbiología TESIS DOCTORAL Acinetobacter baumannii: epidemiología, resistencias y opciones de tratamiento Cristina García Salguero Madrid, 2022 Memoria de investigación presentada por Cristina García Salguero Para optar al grado de Doctora en Microbiología por la Universidad Autónoma de Madrid Dentro del Programa de Doctorado en Microbiología Trabajo dirigido por Dra. Esther Culebras López Facultativa Especialista de Área en el Hospital Universitario Clínico San Carlos y Profesora asociada de la Universidad Complutense de Madrid Trabajo realizado en el Laboratorio de Microbiología del Hospital Universitario Clínico San Carlos Madrid, Mayo 2022 Esther Culebras López, Facultativa Especialista de Área del hospital HCSC y Profesora asociada de la Facultad de Medicina de la UCM Informa Que la presente tesis doctoral titulada “Acinetobacter baumannii: epidemiología, resistencias y opciones de tratamiento”, ha sido realizada bajo mi dirección por Dña. Cristina García Salguero. Considero que el trabajo reviste las características de originalidad y calidad para ser defendida como Tesis Doctoral para optar al grado de Doctora. La directora de la tesis, Dra. Esther Culebras López A mis padres, hermanos y a Nuno Agradecimientos Me gustaría agradecer a todas las personas que, de una forma u otra, me han apoyado y han hecho posible que este trabajo se realice con éxito. En primer lugar, al Dr Juan J. Picazo quiero agradecerle haberme acogido en su Servicio y haberme brindado la oportunidad de realizar en él mi trabajo de investigación. A mi directora de tesis, la Dra Esther Culebras, por haber compartido conmigo sus conocimientos, su tiempo, su paciencia, su apoyo y por la dedicación con la que ha dirigido este trabajo. Y, en fin, por no firmarme ni una prórroga más, lo que ha sido clave para que este trabajo llegara a su fin. A Álvaro Gómez, por enseñarme todo lo relacionado con la espectrometría de masas y por su completa disponibilidad cuando he necesitado su consejo y ayuda. A Esther por su disponibilidad para escucharme y ayudarme cuando lo he necesitado. A todos los compañeros del Servicio de Microbiología por acompañarme tanto en los cuatro años de residencia como en estos últimos años. A mi familia española y portuguesa, por apoyarme en todos mis proyectos. A Nuno, por ser mi mayor admirador, por creer en mí más que yo y por apoyarme incondicionalmente. ÍNDICE RESUMEN/SUMMARY ABREVIATURAS INTRODUCCIÓN Acinetobacter spp. ................................................................................1 Importancia nosocomial ................................................................ 2 Factores de riesgo y virulencia ...................................................... 4 Mecanismo de resistencia y patogenicidad .................................... 7 - Enzimáticos ....................................................................... 9 - No enzimáticos ................................................................. 11 Opciones terapéuticas .................................................................... 14 Espectrometría de masas MALDI-TOF ........................................... 18 Identificación ................................................................................. 19 Resistencias .................................................................................... 20 Epidemiología ................................................................................ 22 Rep-PCR .............................................................................................. 23 OBJETIVOS ........................................................................................ 27 MATERIALES Y MÉTODOS Aislados ................................................................................................ 31 Estudios de sensibilidad ...................................................................... 33 Método de dilución en agar ............................................................ 33 Método de difusión disco ............................................................... 36 Método de microdilución en caldo ................................................. 37 Método de Epsilon test (E-test) ...................................................... 38 Detección de resistencia a colistina ................................................ 39 Estudios de sinergia ............................................................................. 44 Plazomicina ..................................................................................... 44 - Método de difusión disco ................................................... 44 - Técnica de tablero de ajedrez o checkerboard ................... 44 - Curvas de letalidad ............................................................. 49 Estudio de sinergia imipenem-relebactam ....................................... 51 Detección de la actividad sinérgica de dos carbapenémicos por espectrometría de masas MALDI-TOF ........................................... 52 Métodos moleculares ............................................................................ 55 Extracción de DNA de los aislados y su cuantificación .................. 55 Detección de genes de resistencia a aminoglucósidos ..................... 56 Detección OXA-23 .......................................................................... 58 Estudios de clonalidad .......................................................................... 59 MALDI-TOF .................................................................................... 59 DiversiLab ........................................................................................ 62 RESULTADOS Aislados clínicos ..................................................................................... 67 Estudios de sensibilidad ........................................................................ 68 Valoración de dos técnicas comerciales de detección de resistencia a colistina .............................................................................................. 71 Actividad in vitro de la combinación imipenem-relebactam ............. 74 Detección de genes de resistencia ........................................................... 76 AMEs .................................................................................................. 76 Detección OXA-23 ............................................................................. 78 Estudios de sinergia ................................................................................. 78 Combinación de un aminoglucósido (plazomicina o amikacina) con diferentes antibióticos .......................................................................... 78 - Difusión disco ........................................................................ 80 - Tablero de ajedrez .................................................................. 81 - Curvas de letalidad ................................................................. 86 Combinación de dos carbapenémicos .................................................. 89 - Tablero de ajedrez .................................................................. 89 - Curvas de letalidad ................................................................. 90 - MALDI-TOF .......................................................................... 93Estudios de clonalidad ............................................................................. 97 Espectrometría de masas MALDI-TOF .............................................. 97 - Biotyper ................................................................................. 97 - Bionumerics .......................................................................... 111 Rep-PCR comercial (DiversiLab) ...................................................... 114 Comparación de los resustados obtenidos mediante PFGE, DiversiLab y MALDI-TOF ...................................................................................... 115 - Análisis Bionumerics ............................................................ 118 DISCUSIÓN ............................................................................................. 121 CONCLUSIONES ................................................................................... 139 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................... 143 ANEXOS .................................................................................................. 157 RESUMEN/SUMMARY RESUMEN Acinetobacter baumannii (AB) supone un problema de salud pública por su capacidad de causar brotes, mantenerse en el ambiente hospitalario, adquirir resistencias y por las escasas opciones terapéuticas disponibles para su tratamiento. Está entre los microorganismos que la OMS ha considerado como “patógenos prioritarios” por su resistencia a los antibióticos y sobre los que intenta promover la investigación para poder así combatir el problema acuciante de la falta de antibióticos con actividad frente a estos microorganismos. Aunque es esencial aumentar la investigación para el desarrollo de nuevos compuestos que sean útiles para tratar las infecciones producidas por estas bacterias, son necesarias también otras acciones para combatir su resistencia antibiótica. Entre ellas, es importante tanto el uso apropiado de los antibióticos existentes como el estudio y control de cualquier nuevo antibiótico que se desarrolle. Durante el desarrollo de este trabajo se han realizado diferentes experimentos con el fin de facilitar el control de la infección producida por AB, buscando tanto nuevas opciones de tratamiento basadas en moléculas novedosas, plazomicina y relebactam, o el uso de combinaciones de antibióticos, como métodos más sencillos de caracterización que permitan conocer la epidemiología local de una forma rápida y sencilla. En este estudio se evaluó la actividad de la plazomicina, un nuevo aminoglucósido que ha mostrado su utilidad para tratar microorganismos resistentes, como opción terapéutica frente a Acinetobacter spp. productores de carbapenemasas. Se ha medido su actividad, tanto sola como en combinación con otros antibióticos no aminoglucósidos (carbapenémicos, colistina, tigeciclina, fosfomicina). Los mejores resultados se obtuvieron en las combinaciones en las que participaban carbapenémicos. Las combinaciones de dos carbapenémicos también mostraron resultados prometedores, tanto por los métodos usados convencionalmente (tablero de ajedrez y curvas de letalidad), como mediante el uso de la espectrometría de masas MALDI-TOF. El uso de esta técnica para monitorizar la actividad de la mezcla de estos dos antibióticos se ha revelado como una herramienta novedosa y prometedora que puede facilitar la detección de sinergia cuando en ella están implicados antibióticos β-lactámicos o carbapenémicos. La combinación de imipenem con relebactam, por el contrario, no supuso ninguna ventaja frente al uso de imipenem solo en el tratamiento de Acinetobacter baumannii. Debido a la escasez de moléculas para el tratamiento de microorganismos multirresistentes, la colistina ha pasado a considerarse un antimicrobiano de primera línea con el riesgo consiguiente de aumento de resistencias. El método estándar para la detección de resistencias a este compuesto supone un tiempo elevado, por lo que se realizaron estudios para evaluar dos técnicas comerciales de detección rápida de resistencia a colistina. Los resultados resaltaron la clara utilidad de uno de ellos (RAPID TEST POLYMYXIN ACINETOBACTER) y la más dudosa de la otra (SUPERPOLYMYXIN). En cuanto a los estudios epidemiológicos que se han llevado a cabo, se han probado dos técnicas más sencillas y rápidas (rep-PCR y MALDI-TOF MS) que la considerada “gold standart” (PFGE) para determinar su posible papel en la identificación y control de los clones resistentes. Los resultados obtenidos demuestran que, en este momento, ninguna de ellas es comparable al PFGE, por lo que nuevos estudios y una estandarización más precisa de las diferentes fases del proceso son necesarias si se quiere contar con un método más simple para este control. SUMMARY Acinetobacter baumannii (AB) is a public health problem due to its ability to cause outbreaks, remain in the hospital environment, acquire resistance, and due to the few therapeutic options available for its treatment. It is among the microorganisms that the WHO has considered as "priority pathogens" due to their resistance to antibiotics and on which it tries to promote research in order to combat the pressing problem of the lack of antibiotics with activity against these microorganisms. Although it is essential to increase research for the development of new compounds that are useful for treating infections caused by these bacteria, other actions are also necessary to combat their antibiotic resistance. Among these, both the appropriate use of existing antibiotics and the study and control of any new antibiotics that are developed are important. During the development of this work, different experiments have been carried out in order to facilitate the control of the infection caused by AB, seeking both new treatment options based on novel molecules, termomycin and relebactam, or the use of combinations of antibiotics, as well as methods simpler characterization that allow to know the local epidemiology in a fast and simple way. This study evaluated the activity of plazomicin, a new aminoglycoside that has shown its usefulness in treating resistant microorganisms, as a therapeutic option against carbapenemase-producing Acinetobacter spp. Its activity has been measured both alone and in combination with other non-aminoglycoside antibiotics (carbapenems, colistin, tigecycline, fosfomycin). The best results were obtained in the combinations in which carbapenems participated. Combinations of two carbapenems also showed promising results by conventionally used methods (checkerboard and lethality curves) and by using MALDI-TOF mass spectrometry (MS). The use of this technique to monitor the activity of the mixture of these two antibiotics has emerged as a novel and promising tool that can facilitate the detection of synergy when β-lactam or carbapenem antibiotics are involved. The combination of imipenem with relebactam, on the other hand, did not show any advantage over the use of imipenem alone in the treatment of Acinetobacter baumannii. Due to the scarcity of molecules for the treatment of multiresistant microorganisms, colistin has come to be considered a first-line antimicrobial with the consequent risk of increased resistance. The standard method for detecting resistance to this compound takes a long time, so studies were carried out to evaluate two commercial techniques for the rapid detection of colistin resistance. The results highlighted the clear usefulness of one of them (RAPID TEST POLYMYXIN ACINETOBACTER) and the more doubtful of the other (SUPERPOLYMYXIN). Regarding the epidemiological studies thathave been carried out, two simpler and faster techniques (rep-PCR and MALDI-TOF MS) than the one considered "gold standard" (PFGE) have been tested to determine their possible role in the identification and control of resistant clones. The results obtained show that, at this time, none of them is comparable to PFGE, so new studies and a more precise standardization of the different phases of the process are necessary if a simpler method for this control is to be obtained. ABREVIATURAS μg Microgramo μL Microlitro Ab antibiótico AB Acinetobacter baumannii ABE Acinetobacter bereziniae ABRC Acinetobacter baumannii Resistente a Carbapenémicos Acb A. calcoaceticus-A. baumannii ADC Cefalosporinasa Derivada de Acinetobacter AK Amikacina AMG aminoglucósido AME Enzima Modificadora de Aminoglucósido BAS Broncoaspirado BLEE β-Lactamasa de Espectro Extendido BTS Bruker Bacterial Test Standard CCI Composite Correlation Index CMI Concentración Mínima Inhibitoria CLSI Instituto de Normas Clínicas y de Laboratorio COL Colistina Css Concentración en el Estado Estacionario Da Dalton DL DiversiLab DNA Ácido desoxirribonucleico E-Test Epsilon test ERT Ertapenem ESKAPE Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa y Enterobacter spp. FDA U.S. FOOD & DRUGS ADMINISTRATION FIC Concentración Inhibitoria Fraccionada FN Falso Negativo FOS Fosfomicina FP Falso Positivo H Hora HCSC Hospital Universitario Clínico San Carlos IMP Imipenem IN Infección Nosocomial LPS Lipopolisacárido MALDI-TOF Matrix-Assisted Laser Desorption-Ionization Time Of Flight McF McFarland MDR Multirresistente mg Miligramo MHA Mueller Hinton Agar MHB Mueller-Hinton Caldo Min Minuto mL Mililitro mm Milímetro Mrp Meropenem m/z masa/carga M&M Materiales y Métodos Nm nanometro PBP Proteínas de Unión a Penicilinas PCA Principal Component Analysis, PCR Reacción en Cadena de la Polimerasa PLZ Plazomicina PolB Polimixina B REL Relebactam RNA Ácido ribonucleico RT Acinetobacter Rapid Test Polymyxin Acinetobacter Rpm revoluciones por minuto Seg Segundo STT Steady State Concentration T2SS Sistema de secreción de tipo II T6SS Sistema de secreción de tipo VI TG Tigeciclina UCI Unidad de Cuidados Intensivos UFC Unidad Formadora de Colonia VN Verdadero Negativo VP Verdadero Positivo VPN Valor Predictivo Negativo VPP Valor Predictivo Positivo INTRODUCCIÓN Introducción 1 Acinetobacter spp Acinetobacter es un género complejo que ha sufrido multitud de cambios en su taxonomía desde su descubrimiento en 1991 por Rossau et al., (Rossau, R., et al). Actualmente se clasifica dentro del dominio Bacteria o Eubacteria, filum Proteobacteria, clase Gammaproteobacteria, orden Pseudomonadales y familia Moraxellaceae, que incluye los géneros Acinetobacter, Phychrobacter, Moraxella y Branhamella. Hay descritas más de 50 especies, muchas de las cuales no tienen nombre asignado y se denominan como diferentes especies genómicas. Los principales representantes del género son la especie genómica 1 (A. calcoaceticus), especie genómica 2 (A. baumannii), especie genómica 3 (A. pitii) y especie genómica 13TU (A. nosocomialis). Debido a su proximidad genética, se han agrupado bajo el nombre de complejo A. calcoaceticus-A. baumannii (Acb). Dentro de este complejo (Acb), la especie A. calcoaceticus no ha sido implicada en enfermedad clínica, mientras que las otras tres especies del complejo son quizás las especies del género Acinetobacter spp. clínicamente más significativas en infección adquirida en la comunidad y nosocomial (Hart Casares, M., et al). Todas las especies del género comparten ciertas características bioquímicas, morfológicas y de crecimiento; son cocobacilos gram negativos (Figura 1A), aerobios estrictos, inmóviles, no fermentadores de la lactosa, oxidasa negativa y catalasa positiva. Forman colonias mucosas, no pigmentadas y de pequeño tamaño (Figura 1B). La mayoría de las especies crecen en los medios de cultivo convencionales sin necesidad de factores especiales de crecimiento a temperaturas entre 20 y 37º C, con una temperatura óptima de crecimiento 33-35 º C. Introducción 2 Figura 1. A) Tinción de Gram. B) Aspecto macroscópico de colonias de Acinetobacter baumannii (AB) en Columbia Agar con 5% de Sheep Blood. Son bacterias ubicuas y se pueden encontrar en el suelo y el agua, en los insectos y en especímenes de origen humano y animal (De Vos, D., et al). En el entorno hospitalario se han aislado en todo tipo de superficies, además de colonizar la piel de pacientes y del personal sanitario. Esto, unido a su elevada capacidad de sobrevivir en condiciones hostiles, hace que su control resulte extremadamente difícil y que se hayan asociado en numerosas ocasiones a la producción de brotes hospitalarios. A. baumannii puede causar una amplia variedad de infecciones. La mayoría de los casos involucran el tracto respiratorio, pero se ha visto implicado en infecciones urinarias, bacteriemia, meningitis e infección de heridas (Doi, Y., et al). Importancia nosocomial La infección nosocomial (IN) es uno de los principales problemas sanitarios en todo el mundo y supone una causa importante de morbi-mortalidad, aumento de los días de ingreso y, por tanto, de los costes. Afecta al 5-10% de los pacientes ingresados y un porcentaje elevado de aquellos casos es evitable (Motbainor, H., et al; Ahmed Khan, H., et al). Todos los patógenos pueden estar implicados en IN, sin embargo, los problemas más graves se circunscriben a un número reducido de especies. Este A B https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=De%20Vos%20D%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27223476 Introducción 3 problema se ve agravado porque entre los microorganismos que más frecuentemente producen IN nos encontramos a los que mayor resistencia a antibióticos de uso común han desarrollado. Entre estos patógenos nosocomiales, AB resistente a carbapenémicos (ABCR) merece especial atención por su capacidad de propagación y por el escaso arsenal terapéutico disponible para su tratamiento. Por ello, el 27 de febrero de 2017, la OMS publicó una lista de patógenos prioritarios (Tabla 1) para promover el desarrollo I+D de nuevos antibióticos en la que ha situado a ABCR como prioridad 1, crítica (WHO, 2017). Tabla 1. WHO patógenos prioritarios para promover el desarrollo I+D de nuevos antibióticos. *Enterobacteriaceae: Klebsiella pneumoniae, E. coli, Enterobacter spp., Serratia spp., Proteus spp., Providencia spp, Morganella spp. Prioridad 1: Urgencia “Crítica” Acinetobacter baumannii resistente a carbapenémicos Pseudomonas aeruginosa resistente a carbapenémicos Enterobacteriaceae*, resistente a carbapenémicos y cefalosporinas de 3ª generación Prioridad 2: Urgencia “Alta” Enterococcus faecium resistente a vancomicina Staphylococcus aureus meticilin-resistente y resistente o sensibilidad disminuída a vancomicina Helicobacter pylori resistente a claritromicina Campylobacter y Salmonella spp. resistente a fluoroquinolonas Neisseria gonorrhoeae resistente a cefalosporinas de 3ª generación y fluoroquinolonas Prioridad 3: Urgencia “Media” Streptococcus pneumoniae resistente a penicilina Haemophillus influenzae resistente a ampicilina Shigella spp. resistente a fluoroquinolonas Introducción 4 Su capacidad de supervivencia a largo plazo en el hospital, combinada con la resistencia a los antibióticos y un potencial de reorganización genómica dinámica bajo presión selectiva, hacen queAB y, en menor medida, las especies estrechamente relacionadas A. pittii y A. nosocomialis sean considerados como importantes agentes patógenos (De Vos, D., et al). Además, el aumento del uso de nuevos tratamientos inmunosupresores y técnicas de diagnóstico invasivas han permitido que AB haya podido llegar a estructuras internas y pasar de ser un colonizador y patógeno ocasional a ser un habitual en las infecciones nosocomiales. Factores de riesgo y virulencia Se han identificado múltiples factores de riesgo para el desarrollo de infecciones entre los que se incluyen: i) enfermedad de base grave, ii) ventilación mecánica prolongada, iii) antibioterapia previa, iv) colonización anterior por AB y v) estancia prolongada en las unidades de cuidados intensivos (UCI) (Doi, Y., et al). En cuanto a los factores de virulencia, hay pocos estudios sobre ellos, pero se piensa que son varios los que contribuyen a potenciar la patogenicidad de este microorganismo. - Porinas Son proteínas de membrana externa que modulan la permeabilidad celular (Figura 2). OmpA es la proteína de membrana más abundante en AB (Lee, CR., et al). Posee varias funciones biológicas y se considera uno de los principales determinantes en su capacidad de virulencia (Nie, D., et al). OmpA es esencial para la adhesión e invasión de células epiteliales, estimula la respuesta inmune innata que desencadena edema, disfunción mitocondrial y, finalmente, apoptosis. Está implicada en la resistencia al sistema del complemento e induce la formación de biofilm, dos importantes mecanismos https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=De%20Vos%20D%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27223476 Introducción 5 que contribuyen a su supervivencia, tanto dentro como fuera del hospedador (Rodríguez, RD., et al). Figura 2. Porina que permite la entrada del antibiótico y bombas de eflujo que permiten su expulsión. (Imagen modificada de Nature Reviews | Drug Discovery). - Lipopolisacárido (LPS) El LPS es el componente principal de la membrana externa en la mayoría de las bacterias gram negativas. Junto con las fimbrias permite la adhesión a las células epiteliales humanas, lo que desempeña un papel importante en su virulencia y supervivencia (Barletta Farías, RC., et al). - Fosfolipasas Son enzimas lipolíticas esenciales para el metabolismo de los fosfolípidos y han sido identificadas como factores de virulencia en múltiples bacterias. Existen tres clases, A, C y D; son la C y la D identificadas en AB. La degradación de los fosfolípidos afecta a la estabilidad de las membranas celulares del huésped, permitiendo la entrada del microorganismo (Barletta Farías, RC., et al; Lee CR et al). Introducción 6 - Vesículas de membrana externa Son secretadas por la membrana externa de varios microorganismos gram negativos. Están compuestas por LPS, OmpA, proteasas, DNA o RNA, y actúan como vehículo de entrada de factores de virulencia en las células del hospedador sin un contacto cercano entre la bacteria y dichas células, lo que las protege de la respuesta inmune (Barletta Farías, RC., et al). - Sistemas de secreción de proteínas Se han identificado varios sistemas de secreción de proteínas en AB (Lee, CR., et al). El sistema de secreción en AB descrito más recientemente es un sistema de secreción de tipo II (T2SS). El T2SS es un complejo de múltiples proteínas que transloca una amplia gama de proteínas desde el espacio periplásmico al medio extracelular. AB también tiene un sistema de secreción de tipo VI (T6SS). Muchas bacterias usan el T6SS para inyectar proteínas efectoras y proporcionan una ventaja de colonización durante la infección de huéspedes eucariotas o para matar bacterias competidoras (Lee, CR., et al). - Proteínas de Unión a Penicilinas (PBP) Estas proteínas se conocen principalmente por su función de inactivación de antibióticos β-lactámicos, pero también participan en la biosíntesis de peptidoglicano, componente principal de la pared celular bacteriana, lo que contribuye a la estabilidad y persistencia de la célula bacteriana (Barletta Farías, RC., et al). - Formación de biofilm La capacidad de AB para formar biopelículas le ha permitido su crecimiento y supervivencia en condiciones desfavorables. Las bacterias en las biopelículas son más resistentes a la desecación, la acción del sistema inmunitario, los antibióticos y otros agentes antibacterianos. Algunos factores que contribuyen a la formación de la biopelícula de AB incluyen pili, proteínas de la membrana externa y polisacárido extracelular (Doi, Y., et al). Introducción 7 - Sideróforos (acinetobactina) Aunque el hierro es uno de los elementos más abundantes en los sistemas ambientales y biológicos, el hierro férrico tiene una disponibilidad relativamente baja para las bacterias, debido a su escasa solubilidad. Para superar esta limitación, la mayoría de las bacterias aeróbicas producen un quelante de hierro de alta afinidad conocido como sideróforo, que le permite obtener del medio el hierro necesario para su crecimiento y supervivencia. La acinetobactina es el sideróforo más estudiado en AB (Lee, CR., et al). Dada la falta de nuevos antimicrobianos, los factores de virulencia se han convertido en objetivos terapéuticos novedosos para el diseño de fármacos (Doi, Y., et al). Mecanismos de resistencia y patogenicidad Existen múltiples definiciones de multirresistencia. Probablemente, la descripción más aceptada de AB multirresistente (MDR) sería: “aquel que muestra resistencia al menos a dos de los siguientes antibióticos: cefalosporinas antipseudomónicas (ceftazidima, cefepime), carbapenémicos antipseudomónicos (imipenem, meropenem), fluoroquinolonas (cicprofloxacino, levofloxacino), aminoglucósidos (gentamicina, tobramicina, amikacina) o sulbactam” (Barletta Farías, RC., et al). La resistencia a los antibióticos se podría clasificar en intrínseca o adquirida (Figura 3). Introducción 8 Figura 3. Diferentes ejemplos de mecanismos de resistencia a antibióticos. (Imagen modificada de Nature Reviews | Drug Discovery). La resistencia intrínseca de AB a los antibióticos se debe a la asociación de múltiples factores: - Posee una membrana externa de elevada impermeabilidad que se asocia a la pérdida o disminución de la expresión de porinas y, probablemente, también a la sobreproducción de bombas de eflujo (Cayô, R., et al). - Por otra parte, la plasticidad de su genoma (Figura 4) le permite incorporar genes de resistencia a antibióticos ligados a plásmidos, transposones y otros elementos genéticos móviles. Estas secuencias grandes de DNA que se han adquirido de otros organismos se denominan islas de resistencia y existen varias conocidas, que difieren según el tipo de clon (Lee, Y., et al). Las especies de Acinetobacter, además de adquirir genes de resistencia procedentes de otros microorganismos, pueden desarrollar a lo largo del tiempo mutaciones que ocasionan resistencia o, bajo presión antimicrobiana selectiva, determinadas subpoblaciones con resistencia preexistente emergen y se hacen dominantes. Estos tres procesos no son excluyentes y probablemente coexistan en las cepas de Acinetobacter spp. resistentes (Rodríguez, RD., et al). Introducción 9 Figura 4. Ilustración del genoma completo de AB (Korotetskiy, IS., et al). Los diferentes mecanismos de resistencia adquirida se podrían agrupar en enzimáticos (enzimas modificadoras de antimicrobianos) y no enzimáticos (limitación del acceso y mutaciones de las dianas terapéuticas). - Enzimáticos Este mecanismo de resistencia conlleva la inactivación del agente antimicrobiano a través de una modificación o hidrólisis del mismo. Los dos sistemas enzimáticos más importantes en AB son: β-lactamasas La mayoría de los aisladosclínicos de AB son resistentes a cefalosporinas, incluidas las de 3ª y 4ª generación. Esto es debido a la producción de la β- lactamasa AmpC (llamada ADC [Cefalosporinasa Derivada de Acinetobacter]). En AB no se considera inducible; sin embargo, la expresión de ADC β-lactamasa aumenta por la adquisición de ciertas secuencias de inserción. Además, también pueden producir β-lactamasas de espectro extendido (BLEE), las cuales también producen resistencia a cefalosporinas. La resistencia a carbapenémicos es debida a la producción de carbapenemasas que pueden ser intrínsecas o adquiridas. AB produce naturalmente Introducción 10 carbapenemasas del grupo OXA-51, codificadas cromosómicamente a un nivel bajo, pero la adquisición de un promotor más fuerte mediante la transposición de una secuencia de inserción, análoga al caso con ADC, puede conducir a la elevación de la concentración mínima inhibitoria (CMI) de carbapenémicos. Entre las adquiridas hay cinco grupos principales de carbapenemasas del grupo OXA en AB, OXA-23, -40, -58, -143 y -235. También se han observado en esta especie carbapenemasas no pertenecientes al grupo OXA, que se han diseminado entre la familia Enterobacteriaceae. Entre ellas podemos destacar las metalo-β-lactamasas, NDM, IMP-1, IMP-2, IMP-4, IMP-5, VIM-2, SIM y las carbapenemasas del grupo KPC (Doi, Y., et al). Enzimas Modificadoras de Aminoglucósidos (AMEs) El principal mecanismo de resistencia de las bacterias gram negativas y gram positivas a los aminoglucósidos es la modificación enzimática de los grupos amino o hidroxilo de estos antibióticos (Figura 5). Las enzimas modificadoras se pueden clasificar en fosfotransferasas, nucleotidiltransferasas y acetiltransferasas (Lee, CR., et al). Estas enzimas están presentes principalmente en elementos transponibles y se transfieren entre las diferentes bacterias patógenas, con lo que causan así una diseminación de la resistencia. Pueden también tener localización cromosómica (Rodríguez, RD., et al). Las tres enzimas más prevalentes son: AAC(3)-II, AAC(6’)-I y APH(3´)-VI. Figura 5. Grupos amino e hidroxilo de un antibiótico aminoglucósido sobre los que actúan las diferentes AMEs. Introducción 11 - No enzimático: impermeabilidad (bombas o pérdida de porinas) y modificación de la diana terapéutica Las bombas de eflujo son unos transportadores capaces de expulsar, de manera más o menos inespecífica, un amplio número de sustratos. Podemos clasificarlas en 5 familias (Tabla 2) que se diferencian principalmente en la fuente de energía que utilizan para la expulsión de sustratos (Spinali, S., et al; Rossau, R., et al): - Superfamilia RND (“Resistance-nodulation-cell division”) - Superfamilia MFS (“Major facilitator superfamily”) - Familia MATE (“Multidrug and toxic compound extrusion”) - Familia SMR (“Small multidrug resistance”) - Transportadores ABC (“ATP-binding casette”) Tabla 2. Principales representantes de las familias de bombas de eflujo. La modificación de la diana terapéutica (modificación, protección o hiperproducción) es otro de los mecanismos implicados en la resistencia a los antimicrobianos. La alteración de la diana se traduce en una pérdida de afinidad Familia Principales representantes RND AdeABC, AdeIJK, AdeFGH MFS TetA, TetB, CmlA, CrA, AmvA, AbaF MATE AbeM SMR AbeS Introducción 12 y, por tanto, imposibilita que el antibiótico pueda terminar con el microorganismo. Esta mutación se puede dar a distintos niveles, según el antimicrobiano implicado. Existen multitud de mecanismos de resistencia no enzimáticos y éstos varían de unos antibióticos a otros. En la tabla 3 se resumen los diferentes mecanismos de resistencia (enzimáticos y no enzimáticos), clasificados por familia de antibiótico. Tabla 3. Principales mecanismos de resistencia y proteínas implicadas por clase de antimicrobiano. Antimicrobiano Proteínas relacionadas Descripción β-lactámicos ADC AmpC β-lactamasa intrínseca (cromosómica) CTX-M-2, CTX-M-43, BEB-1, PER-1, PER-2, TEM-92, TEM-116, GES β-lactamasa de esprectro extendido adquirida OXA-51-Group Oxacilinasa (cromosómica) OXA-23/40/58/143/235- Group Oxacilinasas NDM, IMP-1, IMP-2, IMP- 4, IMP-5, VIM-2, SIM Metalo-β-lactamasa KPC Oxacilinasa TEM-1 y TEM-2 β-lactamasa de espectro ampliado PBP2 Proteína de unión a penicilina (reducción de la expresión/alteración) AdeABC Bombas de eflujo multifármaco Introducción 13 Antimicrobiano Proteínas relacionadas Descripción β-lactámicos CarO OMPs (proteínas de membrana externas) Rifampicina RpoB RNA polimerasa subunidad- β Desconocido Bombas de eflujo Arr ADP-ribosiltransferasa Aminoglucósidos AAC N-acetiltransferasas APH O-fosfotranferasas AAD O-adeniltransferasa o O- nucleotidiltransferasas Aminoglucósidos ArmA Metil-transferasa. Metilación del sitio 16S rRNA RmtB Metil-transferasa. Metilación del sitio 16S rRNA AdeABC AdeM Bombas de eflujo multifármaco Fluoroquinolonas GyrA DNA girasa (modificación de aminoácidos) ParC DNA Topoisomerasa IV (modificación de aminoácidos) AdeFGH (10) AdeABC y AdeM (11) Bombas de eflujo Colistina PmrCAB Modificación de aminoácidos LpxA/C/D Pérdida LPS Tetraciclinas Tet(30)/(39)/(A)/(B) Bombas de eflujo AdeABC/FGH/IJK Bombas de eflujo Introducción 14 Opciones terapéuticas El tratamiento de las infecciones por microorganismos gram negativos multirresistentes es uno de los mayores problemas de salud pública en la actualidad y AB sigue siendo uno de los patógenos más complicados. Se considera un patógeno único y forma parte del grupo ESKAPE (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa y Enterobacter spp.), cuyos miembros destacan por su resistencia y su asociación con resultados clínicos negativos (Wenzler, E., et al). El aspecto más importante a la hora de tratar pacientes infectados por AB es la instauración temprana de una terapia antimicrobiana apropiada. Los retrasos se han asociado con una mayor mortalidad (Wenzler, E., et al). Debido a la resistencia intrínseca a la mayoría de β-lactámicos y la adquisición de numerosos mecanismos de resistencia a otros antibióticos, los carbapenémicos han sido considerados como los agentes de elección en las infecciones causadas por estos microorganismos. Sin embargo, la resistencia a estos antibióticos ha ido en aumento y se ha llegado a describir en 2011 un porcentaje de Acinetobacter resistentes a carbapenémicos del 85% (Wenzler, E., et al). En este punto, muchos expertos recomiendan la terapia combinada, que, además, podría ofrecernos la ventaja de un posible efecto sinérgico y evitar la aparición de resistencias. La elección de una terapia combinada se basa en resultados de estudios in vitro debido a la dificultad para realizar estudios prospectivos y retrospectivos in vivo. Por ello, son necesarios nuevos estudios in vitro que evalúen la eficacia y seguridad de las combinaciones de antibióticos que podrían ser consideradas en la práctica clínica. Introducción 15 - β-lactámicos Son antibióticos que ejercen su actividad antimicrobiana mediante la inhibición de la síntesis de la pared celular mediada por proteínas de unión a penicilina, lo que conduce a la muerte celular. La sensibilidad de AB a estos antibióticos es variable. Si conservan la sensibilidad, podrían usarse cefalosporinas antipseudomónicas, como ceftazidima y cefepime, piperacilina-tazobactam o carbapenémicos. A pesar del aumento de resistencia anteriormente mencionado, los carbapenémicos siguen siendo el tratamiento de elección, si los aislados son sensibles. El cefiderocol es una nueva cefalosporina sideróforo activa contra bacilos gram negativos, que incluye cepasde enterobacterias y no fermentadores con fenotipos de resistencia difíciles de tratar. Su notable espectro de actividad, hasta ahora único, depende principalmente de dos características: 1) su captación a través de la membrana externa bacteriana y a través de transportadores de hierro, lo que mejora la acumulación del fármaco en el espacio periplásmico, con lo que anula así la acción de las bombas de expulsión y las alteraciones de las porinas; y 2) una notable estabilidad, probablemente conferida por modificaciones en las cadenas laterales C-7 y C-3, frente a todas las clases de β-lactamasas, incluidas las carbapenemasas (tanto carbapenemasas de serina, como los tipos KPC y OXA, y metaloenzimas, como NDM, VIM, IMP) (Giacobbe, DR., et al). Introducción 16 - Aminoglucósidos Los aminoglucósidos son una familia de antibióticos que ejercen su acción mediante la unión a las subunidades 30S y 50S del ribosoma bloqueando la lectura del RNA mensajero y como consecuencia la síntesis proteica. La amikacina principalmente y la tobramicina son los más activos frente a AB, pero no deben ser utilizados en monoterapia (Wenzler, E., et al). La plazomicina es un nuevo antibiótico semisintético que tiene como ventaja sobre el resto de aminoglucósidos que no es inhibido por enzimas modificadoras de aminoglucósidos (principal mecanismo de resistencia frente a estos antimicrobianos). Aun así, la plazomicina en monoterapia no ha mostrado mejor actividad frente a AB que otros aminoglucósidos (Karakonstantis, S., et al). - Polimixinas La colistina es un péptido catiónico cíclico que se une al lípido A para iniciar su actividad bactericida. Es utilizada como último recurso para el tratamiento de ABRC, y su resistencia se ha convertido en un problema grave, ya que no existen alternativas terapéuticas disponibles (Fam, NS., et al). La mayoría de los aislamientos siguen siendo susceptibles a la colistina, pero el uso creciente de polimixinas como medicamentos de último recurso para el tratamiento de infecciones por AB ha llevado a la aparición de resistencias (Doi, Y., et al; Rodriguez, CH., et al). - Tetraciclinas Las tetraciclinas ejercen su acción mediante unión a la subunidad ribosómica 30S. La minociclina es una molécula de alta efectividad y seguridad que tiene una excelente actividad in vitro contra AB, incluidos los aislados que son MDR, y mantiene la actividad antimicrobiana incluso contra cepas de AB resistentes a otras tetraciclinas y gliciclinas. Introducción 17 La doxiciclina presenta tasas de resistencia significativamente más altas y rara vez se utiliza para el tratamiento de infecciones por AB. La tigeciclina, un derivado semisintético de la minociclina, también mantiene una excelente actividad in vitro y se ha utilizado con éxito tanto sola como en combinación con colistina (Wenzler, E., et al). La evaraciclina es una nueva tetraciclina más potente que la tigeciclina y podría ser una opción en cepas de AB resistentes a tigeciclina (Karakonstantis, S., et al). - Ampicilina/sulbactam Sulbactam es un inhibidor de la sulfona β-lactamasa del ácido penicilánico con actividad intrínseca in vitro contra AB, aunque la CMI ha mostrado un aumento constante en la última década. Varias series de casos y de estudios observacionales han demostrado la eficacia de la combinación de ampicilina y sulbactam contra las infecciones por AB. Cuando el aislado de AB es susceptible a ampicilina-sulbactam, la eficacia parece ser comparable a otros agentes, incluidos los carbapenémicos y las polimixinas (Wenzler, E., et al). - Rifampicina La rifampicina ejerce su actividad uniéndose a la RNA polimerasa bacteriana e inhibiendo el inicio de la transcripción. Ha mostrado actividad frente a AB multirresitente en estudios in vivo e in vitro (Wenzler, E., et al). Como se ha indicado anteriormente, los problemas a la hora de tratar las infecciones por AB han hecho que muchos expertos recomienden la terapia combinada para evitar fracasos terapéuticos y la aparición de resistencias. Las combinaciones sinérgicas basadas en polimixina (con rifampicina, carbapenémicos, ampicilina/sulbactam, fosfomicina, glicopéptidos, tigeciclina y minociclina) son las más estudiadas, pero se han probado predominantemente Introducción 18 contra AB sensible a polimixina y resistente a carbapenémicos obteniéndose beneficio clínico (Jinxin, Z., et al; Karakonstantis, S., et al). Se ha visto también la existencia de sinergia entre la colistina y agentes que no son activos contra las bacterias gram negativas (como linezolid y vancomicina), lo que sugiere que la colistina puede ejercer un efecto de permeabilización que permite una mayor entrada de otros fármacos en las bacterias (Karakonstantis, S., et al). También se han propuesto combinaciones a base de tigeciclina y ampicilina/sulbactam, pero se han estudiado principalmente contra cepas sensibles a estos antibióticos (Karakonstantis, S., et al). MALDI TOF El espectrómetro de masas MALDI-TOF (Matrix-Assisted Laser Desorption- Ionization Time Of Flight) (Figura 6) es un dispositivo de diagnóstico clínico empleado en los laboratorios de microbiología, que en pocos años ha reemplazado las técnicas convencionales de identificación en muchos laboratorios de todo el mundo. Se compone de tres unidades principales: i) una fuente de iones, ii) un analizador de masas que permite la separación de iones según la relación masa/carga (m/z) y, por último, iii) un dispositivo de detección para monitorear iones separados. Actualmente hay disponibles dos sistemas MALDI-TOF: MALDI Biotyper System (Bruker Daltonics, Heidelberg, Alemania) y VITEK MS (bioMerieux, Marcy l’Etoile, Francia). Ambos han sido acreditados para fines de identificación en laboratorios de microbiología clínica en varios países europeos. Introducción 19 Identificación La identificación de microorganismos se basa en la determinación de los analitos cocristalizados con una matriz apropiada que, tras la acción de un láser UV, son convertidos en iones de distintos tamaños. Estos iones atraviesan un acelerador, vuelan a través de un tubo y son separados en función de su relación m/z (Figura 6). Cuando los iones alcanzan el final del tubo, llegan a un detector de vuelo (TOF; Time Of Flight) que se utiliza para calcular la masa de los iones. Con estos datos se crea un espectro y se analizan con respecto a la frecuencia, posición e intensidad de los picos en el espectro. El espectro desconocido se convierte en una lista de picos de masa y sus intensidades correspondientes. Más tarde, estos espectros se comparan con los espectros principales en la base de datos Biotyper. El sistema Biotyper asigna una puntuación entre cero y tres al espectro de acuerdo con la comparación de la lista de picos desconocidos con la lista de picos de espectros de referencia de la base de datos. Los resultados de la identificación MALDI Biotyper se basan en la interpretación del score o puntuación (Tabla 4) de la mejor coincidencia. Tabla 4. Score para la interpretación de resultados de identificación obtenidos mediante MALDI-TOF. Valor de Score Interpretación 0.000-1.699 1.700-1.999 2.000-2.299 2.300-3.000 Identificación no fiable Identificación probable en género Identificación de género segura, probable de especie Identificación con alta probabilidad en el género y especie Introducción 20 Figura 6. Esquema funcionamiento MALDI-TOF Además de su uso con fines de identificación, la espectrometría de masas MALDI-TOF tiene otras posibles aplicaciones en el campo de la microbiología, entre las que cabe destacar la detección de resistencia a antibióticos y la tipificación. Se están realizando numerosos ensayos y, aunque la tipificación todavía se encuentraen desarrollo, existen métodos comercializados actualmente para la detección de resistencia a antibióticos. Resistencia a antibióticos La detección temprana y el perfil de resistencia a los antibióticos son cruciales para controlar la infección por bacterias multirresistentes, ya que permiten la administración de una terapia adecuada y el establecimiento de medidas de control de infección específicas. Hasta ahora, la detección microbiológica se basaba en pruebas fenotípicas que podían demorar el resultado hasta 18-24 horas y muchas veces son insuficientes Introducción 21 para detectar ciertos mecanismos de resistencia. Los métodos genotípicos son más rápidos, específicos y sensibles, pero también son más costosos y laboriosos. En este contexto, el uso del MALDI-TOF para estos fines puede suponer un importante avance para los laboratorios de microbiología. El análisis de la resistencia antibiótica mediante espectrometría de masas puede realizarse con distintos enfoques. - Detección de mecanismos de resistencia basados en degradación enzimática Durante los últimos años se ha producido un progreso significativo en la identificación de mecanismos de resistencia basada en la degradación enzimática, sobre todo en la detección de β-lactamasas. Los antibióticos β- lactámicos, después de la hidrólisis del anillo de β-lactámicos por β-lactamasas, generan productos de diferente masa que resultan de la adición de una molécula de agua (Sparbier, K., et al). - Detección de resistencias mediante el estudio del perfil proteico bacteriano Se basa en identificar las diferencias en el espectro de proteínas entre microorganismos resistentes y microorganismos susceptibles de la misma especie. Esta técnica se ha utilizado con éxito en una serie de estudios realizados en laboratorios clínicos (S. aureus meticilin-resistente), aunque necesita optimización y validación (Spinali, S., et al). - Detección de resistencias por marcación con isótopo radiactivo estable Recientemente, se ha desarrollado un nuevo método basado en MALDI-TOF para la detección de resistencia mediante el uso de medios de cultivo marcados con isótopos estables. Solo los microorganismos resistentes pueden crecer en presencia de antimicrobianos. Los microorganismos resistentes incorporan aminoácidos marcados isotópicamente, lo que aumenta las masas de proteínas Introducción 22 y, por lo tanto, conduce a cambios de masa de sus picos provocando un cambio en el espectro con respecto a los microorganismos susceptibles (SEIMC Procedimiento 65). Epidemiología El método más eficaz para la prevención y el correcto manejo de las IN pasa por el diseño, desarrollo y validación de las técnicas microbiológicas para la detección precoz de los patógenos nosocomiales y el tipado de las cepas implicadas con objeto de determinar su relación epidemiológica (Spinali, S., et al). Las técnicas de las que se dispone actualmente, aunque útiles, son muy laboriosas. Por ello, el desarrollo de métodos simples y eficaces que permitan agilizar estos procesos es prioritario. La rapidez con la que la espectrometría de masas es capaz de analizar los aislados bacterianos hace que, a priori, aparezca como una herramienta interesante en este campo. La aplicación de esta técnica en los estudios de tipado se basa en el uso de un algoritmo que determina la relación existente entre determinaciones individuales de cada aislado. Los distintos espectros se representan en forma de dendograma, donde la distancia entre los distintos brazos está directamente relacionada con la similitud entre los espectros y, por tanto, la similitud entre los aislados. Esta aplicación está en fase de desarrollo y el número de estudios al respecto sigue aumentando. Introducción 23 Rep-PCR Es un método de tipificación molecular muy utilizado en los brotes. Esta técnica utiliza cebadores que hibridan con secuencias específicas de DNA repetitivas (secuencias rep), de función desconocida, que se encuentran dispersas por el genoma de muchas bacterias. Existen 3 tipos de familias de secuencias repetitivas: las secuencias repetitivas palindrómicas extragénicas (secuencias REP), las secuencias consenso repetitivas intragénicas de enterobacterias (secuencias ERIC), y las secuencias o elementos BOX. Las secuencias REP son las más utilizadas (Fernández Cuenca, F., et al). Es una técnica sencilla, rápida, reproducible y económica. Además, existen diferentes sistemas de rep-PCR comerciales, como el sistema DiversiLab (DL) (BioMérieux, Marcy l'Etoile, Francia, el cual ya no está disponible en nuestro país), que es un sistema de PCR semiautomático basado en secuencias repetitivas diseñado para la genotipificación rápida y de alto rendimiento (Deplano, A., et al). OBJETIVOS Objetivos 27 Los objetivos que se han planteado para este trabajo son: 1- Evaluar la actividad in vitro de la plazomicina sola o en combinación con antibióticos de otras familias. 2- Identificar y caracterizar molecularmente la presencia de enzimas modificadoras de aminoglucósidos y metilasas frecuentes (armA) y relacionar las enzimas que se detecten con el fenotipo de resistencia a aminoglucósidos, incluida la plazomicina. 3- Evaluar la capacidad de detección de la resistencia a la colistina en Acinetobacter spp. de dos técnicas comerciales. 4- Valorar la capacidad sinérgica de los carbapenémicos cuando se combinan entre sí frente a aislados de Acinetobacter baumannii productores de carbapenemasas. 5- Determinar si el relebactam mejora la actividad del imipenem contra aislados de Acinetobacter baumannii resistentes a este antibiótico. 6- Comparar distintos métodos de tipado de microorganismos y el análisis de relaciones clonales entre aislados. 7- Establecer factores que condicionen el análisis epidemiológico de Acinetobacter baumannii por espectrometría de masas MALDI-TOF. 8- Estudiar la aplicabilidad de la espectrometría de masas MALDI-TOF para el estudio de sinergias con combinaciones de carbapenémicos MATERIALES Y MÉTODOS Materiales y Métodos 31 Aislados clínicos Se utilizó una colección de cepas de Acinetobacter spp. parcialmente caracterizadas (Anexo I), a la que se añadieron nuevos aislados con características relevantes para algunos de los ensayos realizados (aislados con sensibilidad reducida a colistina y/o con resistencia a carbapenémicos y portadores de la enzima OXA-23). Para los estudios de sensibilidad a antibióticos se emplearon como controles 3 cepas de la colección ATCC: i) Escherichia coli 25922, ii) Enterococcus faecalis 29212 y iii) Pseudomonas aeruginosa 27853. También se incluyeron dos cepas de K. pneumoniae portadoras de la enzima carbapenemasa KPC en los ensayos de combinación de imipenem con relebactam. Todas las cepas utilizadas, tanto las nuevas como las pertenecientes a la colección, volvieron a identificarse mediante espectrometría de masas MALDI-TOF. Para ello, se utilizó un pase fresco del microorganismo en una placa agar sangre (Biomerieux). Se trabajó a partir de colonia aislada empleándose una porción de la misma equivalente a 104 - 105 unidades formadoras de colonias (UFC). Esta cantidad, se depositó directamente sobre una placa metálica (Bruker Daltonik GmbH) para, posteriormente, añadir 1µL de una solución saturada de ácido α-ciano-4-hidroxicinámico en acetonitrilo 50% y solución de ácido trifluoroacético al 2,5%. Esta solución, denominada matriz, facilita la ionización de las proteínas utilizadas para la identificación. La combinación muestra-matriz se dejó secaral aire y se introdujo en el espectrómetro de masas para proceder al análisis de la muestra (Maldonado, N., et al). Los espectros obtenidos se recogieron usando un Microflex LT controlado por el software FlexControl (Bruker Daltonik) en modo lineal positivo y con un rango de masa de 2-20 kDa (Figura 7). Materiales y Métodos 32 Los datos se adquirieron automáticamente mediante el software de control de adquisición AutoXecute y se importaron al software Biotyper (Bruker Daltonik GmbH); la identificación se realizó en base a la coincidencia con los espectros de las especies de la base de datos de referencia de Biotyper. La identificación se consideró válida a nivel de especie cuando el score obtenido fue ≥2 (Tabla 4). Figura 7. Espectro AB (superior) y K. pneumoniae (inferior) obtenido por MALDI-TOF. Materiales y Métodos 33 Estudios de sensibilidad Se utilizaron diferentes técnicas para llevar a cabo los estudios de sensibilidad a antimicrobianos. Los antibióticos empleados (Tabla 5) fueron aquellos que presentaban interés para el desarrollo de los ensayos posteriores. Tabla 5. Lista de antibióticos incluidos en el estudio y disolventes usados de acuerdo al CLSI. Antibióticos Disolvente Aminoglucósidos Kanamicina Neomicina Netilmicina Gentamicina Tobramicina Amikacina Plazomicina Agua Agua Agua Agua Agua Agua Agua Carbapenémicos / Carbapenémicos-inhibidor Imipenem Meropenem Relebactam Buffer fosfato pH 7.2, 0.01mol/L Agua Agua Otros Tigeciclina Fosfomicina Colistina Agua Agua Agua Materiales y Métodos 34 Método de dilución en agar Es una técnica que permite medir la actividad in vitro de un antimicrobiano a varios aislados a la vez. Se utilizó para determinar la concentración mínima inhibitoria a los diferentes aminoglucósidos: plazomicina, amikacina, gentamicina y tobramicina, siguiendo los métodos y criterios establecidos por el Instituto de Normas Clínicas y de Laboratorio (CLSI). Para su ejecución se llevaron a cabo los siguientes pasos: 1. Preparación de las soluciones madre de los diferentes antibióticos La actividad de un antimicrobiano puede variar entre los diferentes productores y entre los distintos lotes de un mismo productor; por ello, es importante conocer la potencia y en base a ella calcular la cantidad necesaria para las diferentes diluciones. El cálculo de la cantidad de antibiótico necesario para las diluciones se realizó mediante la aplicación de la siguiente fórmula: Peso (mg) = Volumen (mL) x Concentración (μg/mL)/Potencia (μg/mg) Para la preparación de las soluciones madre se utilizaron los solventes recomendados por el CLSI (Tabla 5). 2. Preparación de las placas Se prepararon placas de concentraciones crecientes de los diferentes antibióticos, utilizando como medio de cultivo Mueller Hinton Agar (MHA) en una proporción 1:9 (1 parte de dilución de antimicrobiano por 9 de medio de cultivo atemperado). Las concentraciones que se ensayaron fueron desde 0,12µg/mL hasta 1024µg/mL. El esquema de diluciones se realizó de acuerdo con los protocolos del CLSI. Materiales y Métodos 35 3. Preparación del inóculo Se preparó una dilución 1:10 a partir de una suspensión de cada cepa en suero salino con una turbidez de 0,5 McFarland (McF). Las diluciones así preparadas se depositaron en los correspondientes pocillos del replicador. 4. Inoculación de las placas Para inocularlas se usó un replicador automático de Steers (Figura 8). Este dispositivo permite aplicar, de manera rápida y simultánea, hasta 36 microorganismos diferentes sobre la superficie del agar. En todos los ensayos se incluyeron placas sin antibiótico al principio y al final de cada serie con el fin de controlar el crecimiento y la posibilidad de contaminación en el proceso. Se utilizaron como control interno 3 cepas ATCC (E. coli, E, faecalis, P. aeruginosa). Figura 8. Replicador automático de Steers y placa inoculada. 5. Incubación Una vez inoculadas las placas, se incubaron durante 18-24 horas a 35 ± 2ºC en atmósfera aerobia. Materiales y Métodos 36 6. Lectura e interpretación Se consideró la CMI como la menor concentración de antimicrobiano que inhibió el crecimiento visible de cada cepa. Para clasificar nuestros aislados como sensibles o resistentes se utilizaron los criterios del CLSI que se detallan en la tabla 6. Tabla 6. Tabla de puntos de corte clínicos CLSI. CMI (µg/mL) Contenido del disco (µg) Diámetro del halo (mm) S≤ I R> S≥ I R< Carbapenémicos/Carbapenémicos-inhibidores Imipenem 2 4 4 10 22 19-21 18 Imipenem- relebactam 1 2 4 10-25 25 - 21-24 Meropenem 2 4 8 10 18 15-17 14 Aminoglucósidos Amikacina 16 32 64 30 17 15-16 14 Gentamicina 4 8 16 10 15 13-14 12 Tobramicina 4 8 16 10 15 13-14 12 Kanamicina 16 32 64 30 18 14-17 13 Neomicina** NA NA NA 30 16 - - Netilmicina*** 8 16 32 30 16 - - Plazomicina 2 4 8 - NA NA NA Otros antimicrobianos Tigeciclina* 2 - 8 - NA NA NA Tetraciclina 4 8 16 30 11 - 15 Minociclina 4 8 16 30 12 - 16 Fosfomicina NA NA NA - NA NA NA Colistina 2 - 4 - NA NA NA NA: No aplica. *FDA **No hay puntos de corte establecidos. Se utilizaron los publicados previamente por Bessa, GR., et al. ***Comité de l´antibiogramme de la société Française de Microbiologie. Método de difusión en disco Se utilizó el método de difusión en disco para determinar la sensibilidad de los aislados a tres aminoglucósidos (kanamicina, neomicina y netilmicina) de los http://www.eucast.org/fileadmin/src/media/PDFs/EUCAST_files/Rationale_documents/Imipenem_EUCAST_Rationale_Document_1.3_090601.pdf http://mic.eucast.org/SearchController/search.jsp?action=performSearch&BeginIndex=0&Micdif=mic&NumberIndex=50&Antib=52&Specium=-1 https://mic.eucast.org/Eucast2/SearchController/search.jsp?action=performSearch&BeginIndex=0&Micdif=mic&NumberIndex=50&Antib=865&Specium=-1 https://mic.eucast.org/search/ http://mic.eucast.org/SearchController/search.jsp?action=performSearch&BeginIndex=0&Micdif=mic&NumberIndex=50&Antib=177&Specium=-1 http://www.eucast.org/fileadmin/src/media/PDFs/EUCAST_files/Rationale_documents/Amikacin_rationale_1.2_0906.pdf http://mic.eucast.org/SearchController/search.jsp?action=performSearch&BeginIndex=0&Micdif=mic&NumberIndex=50&Antib=243&Specium=-1 http://www.eucast.org/fileadmin/src/media/PDFs/EUCAST_files/Rationale_documents/Gentamicin_rationale_1.2_0906.pdf http://mic.eucast.org/SearchController/search.jsp?action=performSearch&BeginIndex=0&Micdif=mic&NumberIndex=50&Antib=49&Specium=-1 http://www.eucast.org/fileadmin/src/media/PDFs/EUCAST_files/Rationale_documents/Amikacin_rationale_1.2_0906.pdf http://www.eucast.org/fileadmin/src/media/PDFs/EUCAST_files/Rationale_documents/Gentamicin_rationale_1.2_0906.pdf http://www.eucast.org/fileadmin/src/media/PDFs/EUCAST_files/Rationale_documents/Tobramycin_rationale_1.2_0906.pdf http://mic.eucast.org/SearchController/search.jsp?action=performSearch&BeginIndex=0&Micdif=mic&NumberIndex=50&Antib=50&Specium=-1 Materiales y Métodos 37 que no se disponía de sustancia valorada ni de paneles comerciales en los que estuviesen incluidos. Se llevó a cabo siguiendo el protocolo descrito por el CLSI: i) Se preparó una suspensión bacteriana 0,5 McF de cada cepa en suero salino y se sembraron formando un césped las placas de MHA. ii) En cada placa se colocaron los discos de antibiótico y se incubaron las placas a 35 ± 2ºC durante 18-24 horas. Esta técnica permite clasificarlos en sensibles o resistentes según el diámetro del halo sin crecimiento que se forma alrededor del disco (Tabla 6). Método de microdilución en caldo - Placas microtiter preparadas en el laboratorio La determinación de la CMI a imipenem, meropenem, amikacina, plazomicina y colistinase realizó utilizando el método de dilución en caldo descrito por el CLSI. Para ello se prepararon 11 concentraciones (diferentes según el antibiótico) crecientes de cada uno de los antibióticos objeto de ensayo y se dispensaron en placas microtiter de fondo en U. A continuación, se inocularon las suspensiones bacterianas (0,5 McF) preparadas en caldo Mueller-Hinton (MHB). En cada determinación se incluyó además un control de crecimiento de cada aislado. La lectura de la CMI se realizó tras 18-24 horas de incubación de las placas a 35 ± 2ºC. El valor de la CMI se consideró el correspondiente a la concentración de antibiótico del primer pocillo en el que el crecimiento bacteriano era claramente menor que el del pocillo control. - Sistemas semiautomáticos comerciales Se recurrió a sistemas semiautomáticos, Vitek-2 (BioMerieux, Marcy L´Etoile, Francia) y Wider (Francisco Soria Melguizo, Madrid, España), para el estudio de la sensibilidad de las cepas no caracterizadas recogidas entre los años 2016 y 2018. Con ambos sistemas se partió de una suspensión bacteriana 0,5 McF. En el sistema Vitek-2 esta suspensión se inoculó en una tarjeta suministrada Materiales y Métodos 38 por la casa comercial (tarjeta GNS, BioMerieux) y se incubó dentro del equipo un mínimo de 16 horas antes de su lectura. En el caso del sistema Wider (panel 5W, Francisco Soria Melguizo), se inocularon todos los pocillos del panel con un dispositivo semiautomático y se incubaron en estufa a 35±2ºC durante 16-24 horas. Pasado el tiempo de incubación se realizó la lectura automática en el equipo correspondiente. Ambos sistemas pueden utilizarse también para la identificación de microorganismos mediante galerías de pruebas bioquímicas. Método de Epsilon Test (E-Test) Para la determinación de las CMIs a imipenem, meropenem y colistina de los aislados utilizados de la colección y de los recogidos posteriormente para los estudios de sensibilidad a colistina se usaron tiras de gradiente E-test (AB Biodisk, Solna, Suecia). Se preparó una suspensión bacteriana con cada cepa en suero salino ajustando a 0,5 McF y se sembró formando un césped uniforme en placas de MHA. Se colocó una tira de celulosa que incorpora un gradiente del antibiótico equivalente a 15 diluciones seriadas y se incubó a 35 ± 2ºC durante 18-24 horas. Como podemos ver en la figura 9, la CMI corresponde al punto de intersección del halo de inhibición del crecimiento con la tira. Figura 9. Representación de una tira de gradiente E-test en la que la CMI (punto de intersección entra la zona de inhibición y la tira) es igual a 0,5µg/ml. Materiales y Métodos 39 Detección de resistencia a la colistina: test colorimétrico y placas selectivas La sensibilidad/resistencia a colistina, además de por los métodos descritos, se realizó mediante el uso de dos dispositivos diferentes que ofrecían resultados de sensibilidad en menos tiempo que los métodos convencionales. Test colorimétrico: RAPID POLYMYXIN ACINETOBACTER El Rapid Test Polymyxin Acinetobacter (RT Acinetobacter) se usa para detectar la sensibilidad y la resistencia a colistina y polimixina B a partir de un cultivo bacteriano de Acinetobacter baumannii. El test incluye los siguientes materiales y reactivos: -RP NaCl: Vial de 3mL de medio líquido que contiene 0,85 g/L de NaCl para la preparación del inóculo. -Medio RP Acinetobacter: Vial de 1,5 mL de medio de cultivo para Acinetobacter baumannii, a base de un caldo nutritivo, un azúcar (fuente de carbono y energía) y un indicador de pH (rojo fenol). -Bandeja RP Acinetobacter: Bandeja que contiene un pocillo C-, de control negativo, dos pocillos Test que contienen colistina a concentraciones de 2 y 4 μg/mL y un pocillo C+, de control de crecimiento bacteriano. -RP TC (Control de turbidez): Vial de 3 mL de solución de sulfato de bario para control de turbidez. -Sistema de cierre: Tapa protectora de bandeja de plástico translúcido para la bandeja inoculada. En la figura 10A se esquematiza el procedimiento a seguir para la realización del test. Materiales y Métodos 40 Los pasos que incluye son: 1- A partir de un pase puro y fresco del microorganismo en MHA se prepara una dilución 3-3,5 McF en un vial RP NaCl. 2- Transferir 500μL del medio RP NaCl inoculado en el medio RP Acinetobacter y mezclar bien. 3- Distribuir el medio RP Acinetobacter inoculado de la siguiente manera: 100μL en los pocillos nº 2 y 3 (contienen colistina a concentración 2 y 4 μg/mL). 100μL en el pocillo nº 4, que es el de control de crecimiento (sin colistina). El pocillo nº 1 se utilizará como control negativo para lo cual se dispensarán en el 75μL de medio RP Acinetobacter sin inocular y 25 μL de medio RP NaCl sin inocular. 4- Cubrir todos los pocillos de la bandeja con el sistema de cerrado proporcionado por el fabricante. 5- Incubar a 35 ± 2ºC durante 3 o 4 horas. 6- Lectura: Lectura del control negativo (pocillo nº 1). Tiene que tener un color rojo idéntico al que tenía inicialmente. Cualquier cambio de color será indicativo de contaminación y, por tanto, invalidará el resultado. Control positivo (pocillo nº 4). El medio tiene que volverse de color naranja, anarajando/amarillo o amarillo. Si no se produce un cambio apreciable del color a las 3 horas (primera lectura) habrá que aumentar el tiempo de incubación otra hora. En el caso de que no se produzca cambio de color pasado este tiempo, debe sospecharse que no se ha inoculado de manera adecuada y, por tanto, el resultado no será válido. Materiales y Métodos 41 Lectura e interpretación de los pocillos nº 2 y 3 (pocillos problema). Se leen valorando el cambio de color por comparación con el control positivo. o Si el/los pocillos problema son de color naranja, anarajando/amarillo o amarillo y de color idéntico al control positivo, la cepa se considera resistente a colistina con CMI 2 o 4 μg/mL, según el pocillo en el que se haya producido el cambio de color. En este caso no haría falta incubar más tiempo el dispositivo. o Si los pocillos presentan un color rojo, o un color diferente al del control positivo, como podemos observar en la figura 10B, la cepa se considera sensible a colistina. En este caso, se debe reincubar la galería una hora más y volver a interpretarla. Figura 10. Test colorimétrico de detección de resistencia a colistina en AB. A) esquema del procedimiento para el desarrollo del test; B) ejemplo de resultado de un aislado AB sensible a colistina. A B Materiales y Métodos 42 Placas selectivas: SUPERPOLYMYXIN El SUPERPOLYMYXIN es un agar selectivo de bacilos gram negativos resistentes a colistina. La selección de bacilos gram negativos se debe a la presencia de colorantes (azul de metileno y eosina) y antibióticos (daptomicina) que inhiben el crecimiento de gram positivos. Además, esta complementado con lactosa y colorantes que permite la diferenciación de bacterias lactosa positivas de negativas. Para distinguir los microorganismos resistentes a colistina, el agar esta suplementado con una concentración de colistina de 2µg/mL. La inoculación del agar se puede realizar a partir de una muestra clínica directa o a partir de un cultivo bacteriano. En este caso, se realizó a partir de un cultivo monomicrobiano de AB en MHA, se preparó una suspensión bacteriana en una solución de 0,9 % de NaCl estéril, con una densidad óptica equivalente a 0,5 McF. A partir de esta primera suspensión, se preparó una dilución 1/10 y se distribuyeron 10 μL de la misma sobre el agar SUPERPOLYMYXIN. Se incubó a 35 ± 2ºC durante 24-48 horas y se procedió a la lectura. Para ello se siguieron las indicaciones del fabricante que se detallan en la tabla 7. Materiales y Métodos 43 Tabla 7. Aspecto macroscópico de las coloniasde diferentes especies bacterianas en agar SUPERPOLYMYXIN. Microorganismo Aspecto de las colonias en agar SUPERPOLYMYXIN Escherichia coli Colonias de 2-3 mm de diámetro, de color morado oscuro con un centro negro y brillo metálico verdoso Klebsiella spp Grandes colonias de color morado oscuro Enterobacter aerogenes Colonias azuladas, con el centro de color marrón oscuro, planas y que confluyen, de 4-6 mm de diámetro, que presentan un brillo metálico solo ocasionalmente Citrobacter spp. Colonias de color morado con un ligero reflejo metálico Proteus mirabilis Colonias de color rosa/morado claro, planas y translućidas Salmonella spp, Shigella spp Colonias de color ámbar, transparentes Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia Colonias incoloras o de color lavanda Los aislamientos de cepas con crecimiento inhibido se clasifican como sensibles con una CMI a la colistina ≤ 2 μg/mL. Los aislamientos con crecimiento no inhibido se clasifican como resistentes con una CMI > 2 μg/mL. Materiales y Métodos 44 Estudios de sinergia Plazomicina - Método de difusión en disco Se realizó una prueba de sinergia de doble disco para evaluar las posibles interacciones entre dos fármacos frente a los aislados seleccionados (n=10). Se utilizaron discos de amikacina (30μg), plazomicina (30μg), meropenem (10μg) e imipenem (10μg). Los discos de plazomicina se prepararon utilizando papel Whatman sobre el que se depositó solución antibiótica hasta alcanzar la cantidad deseada. Las distancias entre los discos debían ajustarse adecuadamente con cada cepa para poder detectar con precisión las interacciones antibióticas. Se prepararon suspensiones bacterianas 0,5 McF de los diferentes aislados. Se utilizaron para el ensayo placas de MHA y se sembraron los aislados utilizando la técnica de césped. Los discos se colocaron por separado con una distancia menor a la suma de los radios de zona libre de crecimiento para cada disco probado por separado. Después de 18-24 h de incubación a 35 ± 2ºC, se leyeron los resultados. El sinergismo se observa como una zona de inhibición que une los halos de los dos antimicrobianos, mientras que en el antagonismo esta zona de unión aparece con crecimiento visible, incluso en las zonas de inhibición de los dos antimicrobianos (Eliopoulos, GM., et al). - Técnica del tablero de ajedrez o checkerboard Es un método de microdilución en caldo que permite evaluar la actividad in vitro de antibióticos en combinación. Cada uno de los antibióticos se utiliza en un rango de diluciones dobles y seriadas que van desde 2x el valor de CMI para cada uno de los antimicrobianos de la combinación hasta llegar a diluciones (4- 5) por debajo de la CMI (SEIMC Procedimiento 70). Cada pocillo de la Materiales y Métodos 45 microplaca utilizada para realizar estas pruebas contendría una única combinación de los dos antibióticos. Se utilizó este ensayo para valorar la actividad de la plazomicina en combinación con imipenem, meropenem, colistina, fosfomicina y tigeciclina en diez cepas de A. baumannii, como describió previamente Petersen, PJ., et al. Las cepas se seleccionaron en función de su perfil de sensibilidad y de su pertenencia a los diferentes grupos clonales obtenidos por PFGE. Se repitieron todos los experimentos utilizando amikacina (aminoglucósido más potente frente a A. baumannii) como antibiótico comparador. Se prepararon diluciones seriadas en MHB de los compuestos a evaluar según el siguiente esquema: Plazomicina (antimicrobiano A): 7 diluciones (0,125- 1024µg/mL). Amikacina (antimicrobiano B): 7 diluciones (0,125-1024µg/mL). Antimicrobianos “C” (imipenem, meropenem, colistina, fosfomicina y tigeciclina): 11 diluciones con rangos acordes a la CMI de cada uno de los microorganismos analizados. Este rango fue siempre como mínimo 4-5 diluciones por debajo de la CMI y 4-5 por encima de esta. Se añadieron 50 μL de antimicrobiano A o B en cada pocillo y 50 μL de uno de los antimicrobianos del grupo C en concentraciones crecientes, como podemos ver representado en la figura 11. Se ha de tener en cuenta que, al combinar dos diluciones de antibióticos, se tiene que aplicar el factor de dilución a la hora de calcular la concentración final de cada uno de ellos. La concentración del antimicrobiano A o B aumenta de abajo hacia arriba (G-A) y la del B, de derecha a izquierda (11-1). En la columna 12 se añadieron 100 μL de A o B solo, y en la fila H, 100 μL de C solo. Esta distribución permite obtener la CMI de cada uno de los antibióticos por separado (columna 12 y fila Materiales y Métodos 46 H) y establecer las posibles sinergias que puedan darse en la combinación ensayada. Figura 11. Esquema de inoculación de las placas microtiter. Inoculación e incubación Partiendo de un pase fresco de cada cepa, se preparó una suspensión bacteriana en suero salino con una turbidez de 0,5 McF. A partir de ella se realizó una dilución 1:100 y se inocularon las placas con 10 μL de la dilución en cada pocillo. Para la realización de este paso se utilizó una pipeta multicanal. Con el fin de evitar contaminaciones y alteraciones del volumen por evaporación, las placas se protegieron con papel film y se incubaron a 35 ± 2ºC durante 18-24 horas en atmósfera aerobia. Antimicrobiano C A n ti m ic ro b ia n o A o B Materiales y Métodos 47 Lectura e interpretación Las interacciones son calculadas algebraicamente e interpretadas dependiendo de la actividad antibacteriana de la combinación en relación con la actividad de los agentes de forma individual. Para ello se utiliza la concentración inhibitoria fraccionada total (FICT), que es la suma de las concentraciones inhibitorias fraccionadas de los dos antimicrobianos a comparar: FIC Ab A = CMI Ab A combinación/ CMI Ab A sólo FICT = FIC Ab A + FIC Ab C Según el valor obtenido, clasificamos el efecto de nuestras combinaciones en (SEIMC Procedimiento 70): Efecto sinérgico si FIC ≤ 0,5 Efecto indiferente si FIC > 0,5 y ≤ 4 Efecto antagónico si FIC > 4 La representación gráfica de los valores de CMI de cada antibiótico en presencia del otro también nos sirve para valorar el tipo de interacción (Figura 12). Materiales y Métodos 48 Figura 12. Representación gráfica de las combinaciones de antibiótico con los posibles resultados. (Modificado de: CMPH Clinical Microbiology Procedures Handbook. 4th Edition 2016). Materiales y Métodos 49 - Curvas de letalidad Es una técnica que permite ensayar el efecto de concentraciones de antibiótico concretas a lo largo del tiempo. Se utilizó para valorar la actividad in vitro de meropenem, colistina, tigeciclina y fosfomicina en combinación con plazomicina o amikacina. El análisis se realizó de acuerdo con los métodos descritos previamente por Petersen, PJ., et al. Las concentraciones utilizadas fueron ¼ y ½ de la CMI de amikacina y plazomicina y las concentraciones plasmáticas en estado de equilibrio (Steady State Concentration, STT) del resto de los antibióticos: imipenem (6,8μg/mL), meropenem (6,8μg/mL), colistina (4μg/mL), tigeciclina (0,1μg/mL) y fosfomicina (83μg/mL) (Tängdén, T., et al). Preparación del inóculo Se realizó un cultivo en MHB con 2-3 colonias de cultivo fresco. Posteriormente se preparó una dilución 1/10 en MHB y se incubó 1-2 horas hasta alcanzar una densidad óptica a 580 nm, cercana a 0,3 pero sin sobrepasar ese valor, lo que corresponde aproximadamente a un inóculo de 1 x 107. Una vez alcanzado ese inóculo, se prepararon diluciones 1/10 de tubos controles (sin antibiótico) y en los tubos con los antibióticos a estudiar (Figura 13). Materiales y Métodos 50
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