Bardzo wiele antybiotyków działa na elementy bakterii znajdujące się w jej wnętrzu. W przypadku kiedy leki nie mają dostępu do komórki, albo są z niej wypompowane, to nie mają jak działać. Dziś poruszymy temat dwóch mechanizmów oporności bakterii: zmniejszenia przepuszczalności błony i pomp efflux.

Zmniejszona przepuszczalność błony bakteryjnej

Istnieje wiele antybiotyków, które są cząsteczkami hydrofilowymi (np. Beta-laktamy, tetracykliny, niektóre fluorochinolony) i dostają się do komórki bakteryjnej przez poryny (kanały wodne). Bakterie takie jak Pseudomonas i Acinetbacter baumannii charakteryzują się wrodzoną niską podatnością na Beta-laktamy ze względu na zmniejszoną i/lub zróżnicowaną ekspresją poryn (1, 2).

Najlepiej scharakteryzowane dotąd poryny, które są powiązane z wstępowaniem antybiotykooporności, to: OmpF, OmpC i PhoE zidentyfikowane u Escherichia coli i OprD pochodząca od P. aeruginosa. Zmiana w porynach może zajść na 3 sposoby:

• zmiana typu eksprymowanych poryn,
• zmiana poziomu ich ekspresji,
• upośledzenie ich funkcji.

Sama zmiana w porynie stanowi słabe działanie oporności, dlatego często towarzyszy temu zjawisku jeszcze jeden mechanizm.

Zarówno w przypadku bakteryjnych izolatów klinicznych takich jak P. aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, jak i Acinetobacter baumannii zaobserwowano, że do mutacji w porynach dochodzi w trakcie leczenia antybiotykiem. Przykładem jest poryna Omp35, która jest zastępowana poryną Omp36. Omp36 posiada mniejszy kanał i szczepy posiadające go wykazują oporność na karbapenemy (1, 3).

Pompy efflux

Jest to złożona maszyneria bakterii zdolna do wyrzucania toksycznych związków poza komórkę. Pierwszą z nich opisano na początku lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Później znajdowano i charakteryzowano ich coraz więcej i dziś możemy je podzielić na pięć rodzin. Cechą pomp jest to, że mogą działać na szerokie spektrum substratu, albo być bardzo specyficzne.

Geny kodujące pompy efflux mogą znajdować się na chromosomie bakteryjnym, albo na mobilnych elementach genetycznych. Obecność tych genów na chromosomie może wyjaśniać dlaczego niektóre bakterie są szczególnie oporne na jakiś antybiotyk (1).

P. aeruginosa zawiera dużą ilość pomp efflux. Pompy Mex-AB-OprM i MexCD-OprJ odpowiadają za oporność na minimum 3 klasy antybiotyków – karbapenemów, fluorochinolonów i aminoglikozydów. Kliniczne izolaty bakterii takich jak Enterobacter aerogenes i K. pneumonieae także posiadają pompy efflux, np. AcrAB. Obecność tej pompy w połączeniu z obniżoną ekspresją poryn u E. aerogenes powoduje oporność na imipenem (1, 3, 4).

W przypadku bakterii Gram-dodatnich pompy takie jak MsrA i MsrC powodują oporność na makrolidy. Pierwsza z nich jest kodowana na plazmidzie, a druga na chromosomie.

Jak widzimy istnieje wiele możliwości, jakie bakteria może wykorzystać do obrony przed toksynami. Jeden opisany mechanizm tylko wskazuje, jak dużo może się zadziać. W następnych częściach mechanizmów oporności bakterii omówimy sobie kolejne mechanizmy (1, 4).

Literatura

1. Prajapati, J. D., Kleinekathöfer, U., & Winterhalter, M. (2021). How to enter a bacterium: bacterial porins and the permeation of antibiotics. Chemical reviews, 121(9), 5158-5192. DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c01213.
2. Munita, J. M., & Arias, C. A. (2016). Mechanisms of antibiotic resistance. Virulence mechanisms of bacterial pathogens, 481-511. DOI: 10.1128/microbiolspec.VMBF-0016-2015.
3. De Oliveira, D. M., Forde, B. M., Kidd, T. J., Harris, P. N., Schembri, M. A., Beatson, S. A., … & Walker, M. J. (2020). Antimicrobial resistance in ESKAPE pathogens. Clinical microbiology reviews, 33(3), e00181-19. DOI: https://doi.org/10.1128/CMR.00181-19.
4. Santajit, S., & Indrawattana, N. (2016). Mechanisms of antimicrobial resistance in ESKAPE pathogens. BioMed research international, 2016. DOI: 10.1155/2016/2475067.