Antibiotico-Resistenza

“There is probably no chemotherapeutic

drug to which in suitable circumstances

the bacteria cannot react by in some way

acquiring fastness”

Alexander Fleming, 1946

La Resistenza agli antibiotici può essere considerata come la capacità dei microrganismi di alcune specie di sopravvivere o anche moltiplicarsi, in presenza di concentrazioni di antimicrobici di regola sufficienti per inibire o uccidere microrganismi della stessa specie

L’antibiotico resistenza è una proprietà geneticamente trasmissibile del microrganismo.

Le Malattie Infettive Ogni Anno uccidono 17 Milioni di Persone

Dalla loro scoperta gli antimicrobici hanno notevolmente ridotto i tassi di mortalità delle

malattie infettive.•Negli anni però si sono sviluppati e diffusi batteri farmaco resistenti.

•Molte di queste resistenze microbiche si osservano in batteri responsabili di malattia nell’uomo: infezioni alle vie respiratorie, meningiti, infezioni nosocomiali ecc.

•Alcuni esempi sono: Staphylococcus aureus meticillino- resistente (MRSA), Mycobacterium tuberculosis multi-drug-resistant (MDR), Streptococcus pneumoniae resistenti alla penicillina, Enterococchi vancomicina resistenti.

Meccanismi di Resistenza batterica

La resistenza dei batteri nei confronti degli antibiotici può essere suddivisa in due tipi

Resistenza naturale o innata: di tipo cromosomiale che si manifesta quando batteri precedentemente sensibili diventano resistenti in seguito all’esposizione ad un antibiotico

Resistenza acquisita: emerge in seguito a mutazioni cromosomiali o tramite l’acquisizione esterna di geni plasmidici o trasposonici che codificano per la resistenza

Resistenza Naturale o Intrinseca

E’ una condizione di generale insensibilità ad un farmaco che si

estende a tutti gli stipiti di una data specie

•Al microrganismo può mancare la struttura su cui agisce

l’antibiotico, come avviene con i micoplasmi che sono privi della

parete cellulare e quindi insensibili alla penicillina•La struttura della parete cellulare o la membrana citoplasmatica di un

microrganismo possono essere impermeabili a un antibiotico

Acquisizione di resistenza agli antibiotici

Non appena un antibiotico si dimostra efficace e viene introdotto in terapia i suoi giorni sono contati!!!Germi resistenti inizieranno a comparire nel giro di pochi anni e mesi.Per la penicillina, ceppi resistenti iniziarono ad essere segnalati dopo due anni dalla sua introduzione alla metà degli anni ‘40.

La Resistenza acquisita è il risultato di una selezione clonale sotto la pressione selettiva esercitata dal farmaco.L’intervallo di tempo che intercorre tra l’introduzione in terapia e lo sviluppo di resistenza è inversamente proporzionale alla frequenza d’uso ed al perdurare nell’ambiente dell’antibiotico

Resistenza cromosomica� Costituisce solo il 10-15 % di tutte le resistenze acquisite (bassa frequenza di insorgenza)� si realizza tramite un’alterazione mutazionale spontanea dell’informazione genetica cromosomica�L’antibiotico esercita un’azione selettiva (seleziona i mutanti resistenti, inibendo le cellule sensibili)�Gli stessi mutanti possono essere resistenti anche ad altri antibiotici con caratteristiche simili (cross resistenza)�Si trasmette verticalmente tramite la discendenza

Può essere:� One step: è sufficiente una sola mutazione per conferire un elevato grado di resistenza (es. rifamicina, chinoloni)

� Multi step: sono necessarie più mutazioni perché possa instaurarsi (es. β- lattamine, macrolidi,

cloramfenicolo)

Meccanismi di Resistenza cromosomica

La resistenza a determinati antibiotici può insorgere per modificazioni della sequenza del DNA in seguito a mutazioni puntiformi che causa uno spostamento del sistema di lettura e conseguentemente alterazioni nella trascrizione e traduzione del gene

Mutazioni frame-shift

Introduzione dell’antibiotico

Popolazione sensibile

Mutante resistente

Batteri sensibili morti

Popolazioneresistente

Mutazione cromosomica e selezione naturale

Mutazione= 1/10-7 divisioni

Meccanismi di Resistenza

Produzione di enzimi inattivantiβ-lattamasi

Beta-lattamiciAcetiltransferasi

Cloramfenicolo AminoglicosidiFosfotransferasi e Adeniltransferasi

Aminoglicosidi

Modificazione del sito di attaccoPBP

PenicillineRNA-polimerasi

Rifampicina

Attivazione via metabolica alternativa

Enzimi modificatiSulfamidici

Modificazione della permeabilità cellulare

Riduzione dei canali di entrataTetracicline

Pompe di efflussoEritromicina Tetracicline

Biofilm

Meccanismi di resistenza: Plasmidi• I plasmidi possono esser trasferiti da una cellula all’altra della stessa specie o tra specie correlate e possono quindi essere acquisiti da altri batteri come conseguenza della divisione cellulare

• I plasmidi possono contenere trasposoni aumentando così la probabilità di trasferire i geni dell’antibiotico resistenza

• I Plasmidi vengono trasferiti in vivo mediante coniugazione o trasduzione

Trasmissione genetica orizzontale

Scambio e acquisizione di geni per la resistenza tra ceppi e specie

L’importanza del fenomeno della resistenza agli antibiotici e la sua diffusione a livello mondiale, ha dato origine all’attivazione di numerosi sistemi di

sorveglianza.

A livello internazionale, tali sorveglianze sono spesso finanziate dall’industria farmaceutica; ne sono un esempio le sorveglianze: Alexander Project, SENTRY, ANSORP (Asian Network for Surveillance of Resistant Pathogens) ) PROTEKT, MYSTIC (Meropenem Yearly Susceptibility Test Information Collection).

In Italia sono stati sviluppati i progetti:

SEMPRE (Studio Epidemiologico per il Monitoraggio dello Pneumococco Resistente) PROTEKT Italy.

Nel 1999 l’Istituto Superiore di Sanità ha avviato uno studio utilizzando il protocollo del progetto Europeo EARSS (European Antimicrobial Resistance Surveillance System).

Nel giugno 2001 l’ISS ha lanciato un progetto di sorveglianza denominato AR-ISS che si basa su una rete di laboratori ospedalieri sentinella di microbiologia clinica su tutto il territorio nazionale.L’AR-ISS fa affluire i dati italiani all’ARSS.

http://www.rivm.nl/earss/

Isolati di ciascun microrganismo per anno e loro distribuzione percentuale

I patogeni sotto sorveglianza sono: Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Enterococcus faecalis/faecium, Klebsiella pneumoiae/oxytoca, Escherichia coli isolati da sangue e S. pneumoniae anche da liquor.

Staphylococcus aureus continua ad essere una delle più importanti cause di infezioni ospedaliere e comunitarie in tutto il mondo.

S. aureus è la principale causa di infezioni respiratorie(20,3%- 25,5%), batteriemie (18,6%-25,3%), e infezioni della cute e

dei tessuti molli (31,9%-46,8%). L’emergenza di resistenza ad alti livelli alla penicillina seguita dalla

diffusione di ceppi resistenti alle penicilline penicillinasi-resistenti, ai macrolidi, alle tetracicline, agli aminoglicosidi, e recentemente ai

glicopeptidi ha trasformato la terapia delle infezioni stafilococciche in una sfida globale.

Staphylococcus aureus: Problematiche di antibiotico-resistenza

Alla fine degli anni ’30 la penicillina G (benzilpenicillina) comincia a essere utilizzata. Chain pubblica su Lancet nel 1940 le prime sperimentazioni cliniche con questo farmaco.

Chain segnala su Lancet, nel 1941, il primo isolamento di batteripenicillino-resistenti

1959 ci fu la prima segnalazione di ceppi Staphylococcus aureus meticillino-resistenti (Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus, MRSA)

La resistenza alla meticillina è dovuta alla produzione di una penicilling binding protein, la PBP2a, codificata dal gene mecA, con bassa affinità per i betalattamici e resistenza anche: cefalosporine e carbapenemici.

Gli MRSA sono spesso resistenti anche a: aminoglicosidi, macrolidi, chinoloni, cotrimossazolo e la rifampicina.

Resistenza intermedia o completa è stata osservata ai glicopeptidi (vancomicina e teicoplanina)

Segnalazioni di S. aureus per Regione partecipanteRegione Laboratori partecipanti SegnalazioniBolzano (Provincia Autonoma) 1 146Calabria 2 109Campania 2 53Emilia Romagna 5 793Lazio 4 280Liguria 3 249Lombardia 7 698Marche 1 156Piemonte 9 826Puglia 2 105Sardegna 3 288Sicilia 2 139Toscana 1 94Trento (Provincia Autonoma) 2 206Umbria 1 51Veneto 3 203Totale 48 4396

Profilo antibiotico resistenza nei ceppi di S. aureus segnalati

Nel triennio considerato gli MRSA isolati sono stati 1668 con una distribuzione negli anni costante

54,7 % è Resistente ad almeno 4 classi di antibiotici oltre alla meticillina

32,4 % ad almeno 5 classi di antibiotici6,8 % ad almeno 6 classi2,3 % ad almeno 7 classi

Percentuale dei ceppi resistenti ad altre classi di antibiotici tra gli MRSA e gli MSSA

Streptococcus pneumoniae

È il principale patogeno batterico respiratorio per bambini nei primi anni di vita e negli anziani in comunità.Nel Nord America, Europa e Australia l’incidenza è di 15-20 casi per 100.000 soggetti in tutte le classi di età; 50 casi / 100.000 tra i soggetti di età superiore ai 65 anni.In Italia l’incidenza di malattie invasive da pneumococco è del 4,7-5,7/ 100.000 di cui 1,2 % nei bambini sotto i 5 anni.

L’aspetto più temibile di queste infezioni è rappresentato dall’incremento della prevalenza di ceppi resistenti agli antibiotici, soprattutto ai β-lattamici determinata dalla modificazione di una o più delle 4 proteine bersaglio (PBPs) che legano la penicillinaLa Resistenza ai macrolidi è determinata da 2

meccanismi codificati dal gene mef e dal gene erm; sono stati descritti nuovi meccanismi che comportano mutazoni a livello delle subunità 23S dell’RNA

Il 13,2 % dei ceppi è risultato resistente ad almeno 2 antibioticiIl 6,6 % ad almeno 3 antibioticiIl 2,0 % ad almeno 4

Percentuale di ceppi resistenti (MIC 2-4 µg/ml) e intermedi (MIC 0,12-1 µg/ml) alla penicillina in isolati di S. pneumoniae

Percentuale di ceppi resistenti agli antibiotici tra gli isolati di S. pneumonia sensibili alla penicillina (PSSP) e non sensibili (PNSSP)

PNSSP (Penicillin-Nonsusceptible Streptococcus Pneumonia)

S. pneumoniae resistenti alla eritromicina

Enterococcus faecalis/faecium� Gli Enterococchi sono cocchi Gram Positivi commensali dell’intestino umano�Esistono almeno 12 specie ma la maggior parte delle infezioni sono sostenute dalla specie Enterococcus faecalis per circa l’80 % ed Enterococcus faecium per il 5-10 %�Possono essere causa di batteriemie, endocarditi, meningiti e infezioni del tratto urinario.�Sono tra i più frequenti agenti eziologici di infezioni nosocomiali

Hanno elevato livello di resistenza alle diverse classi di farmaci ed alcune sono intrinsecamente resistenti ai β-lattamici ed aminoglicosidi L’utilizzo di glicolipidi Presenza di ceppi VRE (Vancomycin-Resistant Enterococci) determinata dai geni vanA e vanB ed isolati per la prima volta nel 1986

Enterococcus faecalis/faecium

Profilo di antibiotico-resistenza in E. faecalis

Profilo di antibiotico-resistenza in E. faecium

Il 53,4 % degli E. faecalis è resistente ad almeno 2 antibioticiIl 36,5 % a 3antibioticiIl 21,3 % a 4 antibiotici Il 7,5 % a 7 antibiotici

Profilo di antibiotico-resistenza in E. faecalis

L’ 80,6 % degli E. faecium è resistente ad almeno 2 antibioticiIl 68,3 % a 3antibioticiIl 50,1 a 4 antibiotici Il 26,6 % a 5 antibiotici

Profilo di antibiotico-resistenza in E. faecium

Caratteristiche dei pazienti con infezione da E. faecalis testati per la vancomicina-resistenza

Caratteristiche dei pazienti con infezione da E. faecium testati per la vancomicina-resistenza

VRE

I VRE sono frequentemente multi-resistenti: il 21,3 % di E.faecalis è resistente ad almeno 4 antibiotici, il 7,2 % ad almeno a 5 antibiotici; I VRE di E. faecium è resistente ad almeno 4 antibiotici, il 26,6 % ad almeno 5 antibiotici.

Klebsiella pneumoniae/oxytocaSono produtori di β-lattamasi a spettro esteso (ESBL) in grado di idrolizzare un largo numero di β -lattamaci, comprese le cefalosporine di più recente generazione e i monobattamici, ma non carbapenemici e cefamicine. Ad oggi sono descritte più di 300 varianti di ESBLEscherichia coliProducono beta-lattamasi del tipo SHV e TEMAltri due enzimi aggiunti recentemente sono: CTX-M e CMY-2 (locus cromosomale AmpC)Resistenza ai florochinoloni per mutazione dei geni che codificano per le subunità della girasi (girA e girE) e Dna topoisomerasi IV

Enterobatteri

Klebsiella pneumoniae/oxytoca

Escherichia coli

Risultati

In questo studio triennale (2003-2005) la specie più frequentemente segnalata è stata: S. aureus (n. 4396; 36%), E. coli (n. 2899; 24%).E. faecalis (n. 1493; 12%),K. pneumoniae (n. 1069; 9%),S. pneumoniae (n. 973; 8%),E. faecium (n. 587; 5%),K. oxytoca (n. 314, 2%).

RisultatiS. aureus Secondo i dati raccolti dall’AR-ISS e comparati con l’EARSS la frequenza di MRSA in Italia (38,7 %) è tra le più elevate in Europa insieme al UK (46,1 %), Israele (44,1 %) e Grecia (38,6 %). Non sono stati segnalati ceppi di S. aureus resistenti a vancomicina e/o teicoplanina Il 7 % di S. aureus hanno una MIC di 4 µg/ml alla vancomicina, valore intermedio secondo i breakpoint del CLSI S. pneumoniae la resistenza alla penicillina è stabile intorno 10% ed è significativamente più bassa rispetto ad altri Paesi europei o agli Stati Uniti (20 %) Elevata resistenza ai macrolidi con valori superiori al 30 % Frequenza di resistenza all’Eritromicina è più elevata in Italia rispetto alla maggior parte dei Paesi europei. Ceppi resistenti alla penicillina + eritromicina sono il 7,4 % come nella maggior parte dei Paesi europeiIn Italia è stato registrato un incremento delle resistenze ai fluorochinoloni (7,3 % ciprofloxacina; 5,6 % levofloxacina)EnterococchiLa frequenza di vancomicina resistenza è aumentata in tutto il mondo soprattutto negli ultimi anni.In Italia è risultata una frequenza di vancomicina- resistenza di circa il 2,5 % in E. faecalis e di circa il 20 % in E. faecium.

Enterobatteri Per i microrganismi Gram negativi si osserva a livello Europeo una distribuzione eterogenea delle resistenze sia per K. pneumoniae che per E. coli.K. pneumoniae: l’Italia presenta profili di resistenza del 10-25 % alle cefalosporine di III generazione e 5-10 % a fluorochinoloni e aminoglicosidi; a livello europeo si registrano per questi antibiotici valori più elevati (Grecia > 50 %)

Risultati

La Tubercolosi

•Un terzo della popolazione mondiale è stata infettata dal micobatterio tubercolare•Ogni anno si registrano circa 10 milioni di nuovi casi di tubercolosi, e circa 2 milioni di tali pazienti muoiono•Quasi 5.000 persone al giorno muoiono di tubercolosi

MycobacteriumMycobacterium tuberculosis tuberculosis

“Trials” clinici hanno statisticamente dimostrato che se più dell’1% della popolazione di M.tuberculosis, isolata da

materiale patologico, risulta essere in vitro resistente ad un determinato farmaco, questo non potrà essere utilizzato in terapia.

Per tale motivo il saggio in vitro della sensibilità agli antitubercolari tende ad evidenziare non la resistenza assoluta (100% dei germi), ma quella relativa all’1% di tutta la popolazione batterica presente

Resistenza in Resistenza in M. tuberculosis M. tuberculosis ai farmaci più ai farmaci più

comunemente usaticomunemente usati

Bassa(1 su 107 – 108)

Media(1 su 105 – 106)

Alta(1 su 103)

Rifampicina Isoniazide

Streptomicina

Etambutolo

Kanamicina

P.A.S

Tiacetazone

Etionamide

Capreomicina

Viomicina

Cicloserina

““Multi-Drug-Resistant”Multi-Drug-Resistant” � Resistenza a due o più farmaci antitubercolari

(isoniazide e rifampicina)

� Può essere primaria o secondaria

� Spesso è associata con infezione da HIV o con infezione cronica

Resistenza a RIF + INH, tra i farmaci di prima scelta, ed in aggiunta resistenza a qualche fluochinolone ed almeno a tre farmaci di 2° linea iniettabili

GLI XDR-TB nel mondo hanno una prevalenza del 6,6 % Sud Africa più di 300 casi

2005MDR 424 000XDR 27 000 (maggior numero di casi in aree con Hiv)

XDR-TB (Extensively Drug Resistant)

Tubercolosi in Italia

� L’attuale situazione della tubercolosi in Italia è caratterizzata da una bassa incidenza nella popolazione generale, dalla concentrazione della maggior parte dei casi in alcuni gruppi a rischio ed in alcune classi di età e dall’emergere di ceppi tubercolari multiresistenti.

In Italia tra il 1995 ed il 2006 l’incidenza della tubercolosi ha registrato un lieve decremento passando da 10 casi /100 000 abitanti a 7,47 casi /100 000 abitanti e pertanto viene classificata come Paese a bassa prevalenza (10 casi /100 000 abitanti)

Tubercolosi

Nel 2006 sono stati segnalati in Italia 4387 casi di tubercolosi, di cui 2026 (46,2 %) in cittadini stranieri. il 68,8 % dei casi notificati sono tubercolosi polmonare mentre l’incidenza a carico di altri organi è rimasta al di sotto dei 2 casi/100 000 abitanti.

Le recidive dal 1999 al 2005 sono state del 9 % circa

La classe di età che presenta l’incidenza più elevata è quella anziana; tra i giovani (15-24 anni) l’incidenza è in leggero ma costante aumento; nei bambii (0-14 anni) è stabile

L’ncidenza per sesso è più elevata nei maschi rispetto alle femmine

Ceppi di M. tuberculosis isolati nel Nord Sardegna nel periodo 1996-2007

Ceppi di M. tuberculosis isolati 335:265 (79,10 %) sensibili ;70 (20,89 %) resistenti ;

11 (3,28 %) MDR

Ceppi di MTB isolati nel 1996-2007

Anno Sesso Età pediatrica

Hiv Stranieri

Maschi Femmine

1996 20 4 2 0 0

1997 17 7 0 0 0

1998 11 9 5 0 0

1999 22 13 0 0 1

2000 19 6 1 0 0

2001 21 7 3 0 3

2002 14 10 3 0 3

2003 14 10 3 0 3

2004 12 12 0 0 2

2005 15 9 2 0 2

2006 22 16 7 0 2

2007 23 22 5 0 2

TOT 210 (62,68 %)

125(37,31 %)

31(9,25 %)

0 17(5,07 %)

MTB Polmonare 263 (79,1 %)

MTB Extrapolmonare 72 (20,90 %):

Genito urinario 18

Linfonodi 17

Articolazioni 5

Meningi 11

Peritoneale 4

Biopsie cute 7

Vari 10

Ceppi di M. tuberculosis isolati nel Nord Sardegna nel periodo 1996-2007

Ceppi di M. tuberculosis isolati nel Nord Sardegna nel periodo 1996-2007

Conseguenze dell’Antibiotico Resistenza

•Le infezioni provocate da batteri resistenti non rispondono al trattamento e ciò comporta una maggiore durata della malattia e un aumento della mortalità.

•Maggiore periodo di infettività quindi maggiore esposizione e maggiore rischio di contrarre infezioni da ceppi resistenti.

•Necessità di ricorrere a farmaci di seconda linea che possono essere più costosi e tossici rispetto a quelli di prima linea.

L’antibiotico resistenza è un fenomeno che può essere amplificato o accelerato dall’uomo:

•Automedicazione non necessaria con antimicrobici, assunzione di una dose inadeguata o insufficiente quantità del principio attivo nel farmaco assunto

•Scarsa compliance da parte del paziente durante il trattamento terapeutico

•Ospedalizzazione: la combinazione di pazienti suscettibili, uso prolungato di antibiotici e cross-infezioni hanno come risultato la comparsa di infezioni nosocomiali provocate da batteri divenuti resistenti ai farmaci

•Utilizzo di antibiotici in ambito veterinario come profilassi o per promuovere la crescita animale, ciò porta ad una aumentata resistenza in quei batteri che possono essere trasmessi dall’animale all’uomo (Es. Salmonella e Campylobacter).

Nuovi antimicrobici ?

L’ultima nuova classe di farmaci antimicrobici con nuovo target risale al 1971Negli anni 80’ gli investimenti industriali per nuovi antimicrobici sono stati pochiI costi per la scoperta, sperimentazione e sviluppo di nuovi antimicrobici vanno dai 100 ai 350 milioni di dollari I tempi per la commercializzazione 6-7 anniLa possibile e rapida insorgenza di resistenza associata alla breve durata di vita del nuovo farmaco ha rappresentato una un disincentivo a causa di un insufficiente ritorno economico

Si può contrastare la resistenza ?

Evitare l’uso di antimicrobici a largo spettro non necessari

Ridurre le permanenze ospedaliere

Intensificare gli schemi di pulizia

Ottimizzare l’approccio terapeutico

Grazie per l’attenzione