미생물 검사에서 숙지해야 할 세 가지 주요 저항 메커니즘

미생물 검사에서 숙지해야 할 세 가지 주요 저항 메커니즘

미생물 검사가 무엇인지 알고 계시나요? 미생물 검사에 대해 알려드리겠습니다. 환영합니다. 당신이 알아야 할 세 가지 주요 약물 저항 메커니즘을 읽으십시오.

1. 비활성화된 항생제를 생성하는 다양한 효소

1. 베타락타마제(β-락타마제)

베타락탐 항생제 모두 핵심 β-락탐 고리를 가지고 있으며 기본 작용 메커니즘은 박테리아 페니실린 결합 단백질에 결합하여 박테리아 세포벽 합성을 억제하는 것입니다. β-락타마제의 생산은 박테리아가 β-락탐 항균제에 내성을 갖게 되는 주요 원인입니다. 박테리아에 의해 생성된 β-락타마제는 β-락탐 고리와 결합하여 분자 내 세린 활성 부위의 도움으로 β-락탐 고리를 열어 약물 불활성화를 일으킬 수 있습니다. 1995년 Bush 등은 지금까지 300가지 이상의 종류가 보고되었습니다. 유형 1은 clavulanic acid에 의해 억제되지 않는 세팔로스포리나제이고, 유형 2는 다음에 의해 억제될 수 있습니다. 클라불란산. 억제된 β-락타마제; 유형 3은 모든 β-락타마제 억제제에 의해 억제되지 않는 메탈로β-락타마제입니다(Zn2+ 활성화 필요). 이는 에틸렌디아민테트라아세트산에 의해 억제될 수 있으며 P-클로로머쿠리벤자이트 유형 4는 클라불란산에 의해 억제되지 않는 페니실리나제입니다. 일반적인 임상 β-락타마제는 확장 스펙트럼 β-락타마제, 세팔로스포리나제(AmpC 효소) 및 금속효소를 포함합니다.

(1) 확장 스펙트럼 β-락타마제(ESBL)

ESBL은 페니실린, 세팔로스포린 및 단환식 항생제 유사 β-락타마제를 가수분해할 수 있는 효소 종류입니다. 2형 Bush 분류의 β-락타마제 및 그 활성은 특정 β-락타마제 억제제(clavulanic acid, sulbactam, tazobactam)에 의해 억제될 수 있습니다. ESBL은 주로 일반적인 β-락타마제 유전자(TEM-1, TEM-2 및 SHV-1 등)의 돌연변이에서 유래하며, 약물 내성은 대부분 플라스미드에 의해 매개됩니다. 1983년 독일에서 ESBL이 처음 발견된 이후 90개 이상의 TEM 유형 ESBI와 25개 이상의 SHV 유형 ESBL이 보고되었습니다. TEM 유형 및 SHV 유형 ESBL은 주로 Klebsiella pneumoniae 및 Escherichia coli에서 발견되지만 Proteus, Providencia 및 기타 Enterobacteriaceae에서도 발견됩니다.

최근 중국에서 3세대 세팔로스포린이 널리 사용되면서 ESBL 생성균의 검출률이 해마다 증가하고 있다. NCCL은 임상적으로 분리된 모든 Escherichia coli와 Klebsiella가 ESBL 생성 균주인지 확인하기 위해 모니터링해야 한다고 규정하고 있습니다. 그렇다면 3세대 세팔로스포린과 아즈트레오남에 대한 시험관 내 감수성 결과와 관계없이 3세대 세팔로스포린과 아즈트레오남에 대한 내성이 있어야 합니다. 보고됩니다. 또한, ESBLs 균주는 베타락탐계 항생제에 대한 내성률이 높을 뿐만 아니라, 아미노글리코사이드계 및 퀴놀론계 항생제에 대한 내성률이 약 60%에 달하므로, 임상적으로 ESBLs로 인한 감염이 발생할 경우 복합 항생제 투여를 권장합니다. β-락타마제 억제제 또는 이미페넴을 함유한 제제가 선호되지만, 세페핌과 같은 4세대 세팔로스포린에 대해서는 여전히 논란이 있다. 투여 간격의 40% 이상 동안 혈액 약물 농도가 세균 MIC를 초과하도록 하는 것이 효과적일 수 있습니다.

(2) 세팔로스포리나제(AmpC 효소)는 부시 분류의 1형(I형) β-락타마제입니다.

일반적으로 염색체에 의해 생성되는 AmpC β-락타마제와 플라스미드에 의해 생성되는 AmpC β-락타마제로 구분됩니다. 전자는 Enterobacter cloacae 및 Pseudomonas aeruginosa 등에 의해 생성되며 후자는 주로 Klebsiella에 의해 생성됩니다. pneumoniae와 대장균. AmpC 효소는 대부분의 페니실린, 1세대, 2세대, 3세대 세팔로스포린 및 단환형 항생제에 작용합니다. 4세대 세팔로스포린과 카바페넴은 이 효소의 영향을 받지 않습니다. 이 효소는 베타-락타마제 억제제에 의해 억제될 수 없습니다. AmpCβ-락타마제의 생성 가능성은 두 가지가 있습니다. ① 유도제가 존재할 때 일시적으로 높은 수준으로 생성되며, 유도제가 없으면 효소 생성이 감소합니다. 3세대 세팔로스포린, 클라불란산 및 카바페넴 항생제입니다. 유도성 AmpC 효소의 강력한 유도제, ② 염색체의 효소 발현을 조절하는 유전자에 돌연변이가 발생하여 AmpC 효소가 지속적이고 안정적으로 높은 수준으로 발현됩니다. AmpC 효소 저항성을 많이 생산하는 박테리아에 의한 감염은 사망률이 높습니다.

실제로 모든 그람 음성 박테리아는 염색체 매개 AmpC 세팔로스포리나제를 생성할 수 있으며, 이는 대부분의 경우 Enterobacter, Citrobacter, Serratia 박테리아 및 녹농균에서 높은 빈도로 발현될 수 있습니다. , 종종 고수율 돌연변이 균주입니다. 위에서 언급한 세균감염이 임상적으로 발생하여 처음 며칠간은 3세대 세팔로스포린 치료에 민감하다가 이후 내성이 생기면 AmpC 효소와 4세대 세팔로스포린의 생산량이 많아 세균감염을 의심할 수 있습니다. 카바페넴 항생제는 이 질병에 영향을 받지 않으며 임상적으로 사용될 수 있습니다. AmpC 효소 생산 균주에 의한 감염을 치료하기 위해 효소 억제제를 함유한 복합 제제를 사용해서는 안 됩니다.

(3) 메탈로효소(메탈로β-1락타마제)

대부분의 β-락타마제의 활성 부위는 세린 잔기이지만, 금속 이온성 효소인 활성 부위도 소수 있습니다. . 금속이온을 활성중심으로 하는 최초의 효소는 Bacillus cereus가 생산하는 cephalosporinase로, 이후 EDTA에 의해 억제될 수 있는 다양한 세균이 전 세계적으로 발견되고 있다. 1988년에 Bush는 처음으로 metalloβ-1actamase라는 효소에 metalloβ-1actamase라는 이름을 붙였습니다. 메탈로-β-락타마제는 β-락타마제 억제제에 저항성이 있으며 거의 ​​모든 β-락탐 항생제(이미페넴 포함)를 가수분해할 수 있습니다. 이 효소는 Aeromonas, Stenotrophomonas maltophilia 및 Burkholderia cepacia에서 발견되었으며, 그 중 Stenotrophomonas maltophilia의 imipenem 내성은 염색체 매개성인 반면, Bacteroides fragilis, Klebsiella pneumoniae 및 Pseudomonas aeruginosa의 플라스미드 매개 돌연변이 균주는 일본에서 보고되었습니다. Serratia marcescens가 생산한 메탈로β-락타마제 IMP-1은 어댑터형 intl3을 타고 이동할 수 있으며 Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae 및 Alcaligenes로 전염되었습니다. 메탈로효소는 카바페넴과 최근 개발된 4세대 세팔로스포린을 가수분해할 수 있습니다. 메탈로-β-락타마제는 널리 퍼질 가능성이 있으며 거의 ​​모든 β-락탐 항생제에 대해 가수분해 활성을 가지고 있으며 현재 알려진 가장 강력한 β-락타마제입니다.

2. 아미노글리코시드 수식 효소(또는 불활성화 효소/불활성화 효소)

아미노글리코시드 항생제에 대한 세균 내성의 기전은 변형 효소가 매개합니다. 효소적으로 변형된 아미노글리코시드 항생제는 내성이 가장 널리 퍼져 있습니다. 리보솜 표적과 상호작용할 수 없으므로 항균 활성을 잃습니다. 변형 효소에는 주로 아세틸트랜스퍼라제, 포스포트랜스퍼라제 및 뉴클레오사이드 트랜스퍼라제가 포함됩니다. 세 가지 유형의 아미노글리코시드 변형 효소는 서로 다른 작용 메커니즘을 가지고 있습니다. 아세틸트랜스퍼라제(AAC) 변형은 아세틸-CoA의 N-아세틸화에 의존하고, 포스포트랜스퍼라제(APH) 변형은 ATP의 O-인산화에 의존합니다. ATP의 아데닐화. 그람 음성 병원성 세균 중 가장 흔한 아미노글리코사이드 변형 효소는 AAC(6')로, 이는 아미노글리코사이드 항생제의 1-, 3-, 2'- 또는 6'-위치를 아세틸화하는 것으로 현재까지 16개의 코드가 발견되었습니다. .AAC(6') 유전자. Pseudomonas aeruginosa 및 Enterobacteriaceae는 AAC(3), AAC(6'), ANT(2'') 및 APH(3')를 생성하는 경향이 있으며 Staphylococcus 및 Enterococcus faecalis는 종종 ANT(4')(4'') 또는 이중 기능을 생성합니다. AAC(6')/APH(2"). 포도구균은 겐타마이신, 카나마이신 및 토브라마이신에 대한 저항성이 높으며 장구균은 겐타마이신, 카나마이신 및 토브라마이신에 대한 저항성이 높습니다. 마이신 저항성은 흔히(항상 그런 것은 아님) 이중기능성 효소에 의해 매개됩니다. 황색포도상구균(3')이 소유한 트랜스포존 Tn5405에 의해 암호화된 APH와 같은 다약제 내성 플라스미드에 위치한 트랜스포손(Tn924)에 의해 암호화된 반면(카나마이신, 네오마이신 및 아미카신에 대한 저항성을 부여함), 다른 것들은 염색체에 국한되어 있습니다. 지난 몇 년간 일반적인 조합은 겐타마이신 변형 효소 ANT(2'')와 AAC(3)]와 AAC(6')의 조합입니다. 겐타마이신, 토브라마이신에 대한 내성, 틸미신, 카나마이신 및 아미카신에 대한 광범위한 내성을 나타냅니다.

아미노글리코사이드 항생제는 비발효 박테리아, 장내세균 및 일부 그람 양성 구균에 대한 내성이 뛰어납니다. β-락탐 항생제와 병용하면 시너지 효과가 있어 감염 치료에 중요한 역할을 한다. 그러나 위의 저항성 기전으로 인해 세균 저항성 문제가 점점 심각해지고 있다. Amikacin 등은 여전히 ​​MRSA 및 ESBL 생성 균주에 대해 17%-40%의 민감도를 유지하고 있습니다.

2. 약물 작용 목표 변경

1. 페니실린 결합 단백질(PBP의 변화로 인한 β-락탐 항생제 내성)

페니실린 결합 단백질(PBP)은 펩티도글리칸 합성의 마지막 단계에 관여하는 경우가 많습니다. 트랜스펩티다제 영역의 활성 부위 세린은 효소의 자연 구조와 유사하며 β-락탐 항생제로 인해 돌이킬 수 없는 아실화를 겪을 수 있습니다. 임상적으로 중요한 두 가지 약물 내성 표현형을 따릅니다.

(1) 메티실린 내성 황색 포도구균(MRSA)

MRSA는 20세기에 가장 중요한 임상 약물 내성 질병입니다. MRSA 병원체는 1960년대 영국에서 처음 보고되었으며, MRSA 병원 감염은 세계 여러 지역에서 발생했으며, MRSA 저항성은 염색체에 의해 매개됩니다. 내성은 박테리아가 베타락탐 항생제와 상호작용하는 분자량 78,000의 특수한 페니실린 결합 단백질인 PBP2a(또는 PBP2')를 생성하기 때문에 발생하며, 이로 인해 박테리아는 베타락탐 항생제에 대한 내성을 갖게 됩니다. .

PBP2a는 mecA 유전자에 의해 암호화되며 MRSA 계통의 95% 이상이 mecA 유전자를 감지할 수 있는 반면, 민감한 계통은 그렇지 않습니다. 획득된 저항성은 플라스미드에 의해 매개됩니다. 박테리아는 저항성 유전자를 획득한 후 (PBP가 아닌) 많은 수의 β-락타마제를 생성하는데, 이는 효소 저항성 페니실린을 서서히 비활성화하고 대부분 경계선 저항성을 나타냅니다.

MRSA 테스트 과정에서 모든 MRSA에 대해 MIC 값이나 기타 베타락탐 항생제의 억제 영역 크기에 관계없이 실험실에서는 모든 MRSA가 모든 페니실린과 세팔로스포린에 내성임을 병원에 보고해야 합니다. 박테리오신, 카바페넴, 카보세팜 및 β-락탐-효소 억제제 화합물 제제는 항생제에 내성이 있어 임상 약물을 오도하지 않습니다. MRSA 감염의 치료는 가장 어려운 임상 문제 중 하나입니다. 핵심은 많은 항생제에 대해 다중 내성을 갖는다는 것입니다. 반코마이신은 현재 MRSA 치료에 특정 임상 효능이 있는 항생제입니다. 30년 이상 사용.

(2) 페니실린 내성 폐렴 연쇄구균(PRSP)

폐렴 연쇄구균은 오랫동안 페니실린에 매우 민감했습니다. MIC는 0.005-0.01mg/L 사이입니다. 페니실린 내성 폐렴연쇄상구균은 1967년 호주에서 MIC가 0.5mg/L로 처음 보고된 이후 세계 여러 국가와 지역에서 보고되었으며, 내성률은 급격히 증가했습니다. PRSP의 저항 메커니즘은 폐렴연쇄상구균의 페니실린 결합 단백질(PBP)에서 변화하여 페니실린에 대한 친화력을 감소시킵니다. 폐렴구균에는 6가지 유형의 PBP가 있습니다: 1a, 1b, 2x, 2a, 2b 및 3 중 PBP2b가 가장 중요합니다. 페니실린이 PBP2b에 결합하여 이를 억제하면 PBP2b가 돌연변이를 일으키면 박테리아 용해 및 사망을 유발합니다. , 페니실린은 효과가 있으면 PRSP로 이어질 수 있습니다. PRSP 고저항성 균주(MIC ≥ 2 μg/m1)에서는 최대 4개의 PBP(주로 1a, 1b, 2x 및 2b)가 동시에 변경될 수 있습니다[7].

폐렴구균은 지역사회획득 폐렴을 일으키는 중요한 병원체입니다. 현재 중국의 PRSP 발생률은 약 4%로 유럽 국가에 비해 현저히 낮으며, 아시아에서도 중간 수준이며 MIC는 대부분 1mg/L 미만입니다. 지역사회 획득 폐 감염의 병원성 박테리아인 PRSP는 아직 심각한 질병을 구성하지 않으며, 페니실린은 여전히 ​​선택 치료법으로 사용될 수 있습니다. 그러나 약물 내성에는 국경이 없습니다. 현재 중국의 PRSP 발생률은 여전히 ​​낮습니다. 그러나 이것이 우리가 이에 관심을 기울이지 말아야 한다는 의미는 아니며, PRSP 약물 내성에 대한 모니터링을 더욱 강화해야 한다는 의미입니다. PRSP 감염의 임상 치료에는 세포탁심/세프트리악손과 새로운 퀴놀론(예: 스파플록사신)이 권장됩니다. 심각한 PRSP 감염인 경우 vancomycin이나 rifampin을 추가해야 합니다.

2. DNA 토포이소머라제의 변화는 퀴놀론계 항생제에 대한 내성을 유발

퀴놀론의 작용 기전은 주로 DNA 토포이소머라제를 억제하여 DNA 합성을 억제하여 정균 및 살균 효과를 발휘합니다. 박테리아 DNA 토포이소머라제에는 I, II, III 및 IV가 포함됩니다. 퀴놀론의 주요 표적은 토포이소머라제 II 및 토포이소머라제 IV입니다. DNA 자이라제(gyrase)라고도 알려진 토포이소머라제 II는 DNA 초나선 형성에 관여하는 반면, 토포이소머라제 IV는 박테리아 염색질을 자손 박테리아로 분포시키는 데 관여합니다. 그람 음성 박테리아의 DNA 자이라제는 퀴놀론의 첫 번째 표적인 반면, 토포이소머라제 IV는 그람 양성 박테리아의 첫 번째 표적입니다.

DNA 자이라제를 구성하는 A 및 B 하위 단위와 토포이소머라제 IV를 구성하는 parC 및 parE 하위 단위를 코딩하는 유전자에 돌연변이가 발생하면 퀴놀론 저항성이 발생할 수 있습니다. 모든 돌연변이 유형 중에서 gyrA 돌연변이가 약 80%를 차지하고 gyrB, parC 및 parE 돌연변이가 그 뒤를 따릅니다. 이러한 모든 돌연변이 유형 중에서, II형 토포이소머라제에 두 개의 돌연변이 지점(예: gyrA 및 parC)이 있는 경우, 단 하나의 돌연변이 지점(예: gyrA 또는 gyrB)이 있는 경우보다 훨씬 더 플루오로퀴놀론에 대한 내성을 유발합니다. 전자는 후자의 3~4배다. 동시에 parC 유전자에만 돌연변이가 나타나는 것도 발견되지 않았다. 이는 DNA 자이라제가 플루오로퀴놀론의 중요한 표적이기 때문일 수 있습니다. gyrA 하위 단위의 변화는 효소 구조의 변화를 일으켜 입체 장벽을 일으키고 퀴놀론이 퀴놀론 작용 영역으로 들어가는 것을 방지하거나 퀴놀론을 방해하는 물리적, 화학적 변화를 일으킬 수 있기 때문일 수 있습니다. 효소와의 상호 작용. 이러한 결과는 gyrA의 돌연변이 출현이 퀴놀론에 대한 박테리아 내성을 유발하는 주요 메커니즘인 반면, parC 돌연변이는 녹농균이 퀴놀론에 대한 높은 내성을 갖게 한다는 것을 보여줍니다.

DNA 토포이소머라제의 변화는 퀴놀론 항균 약물에 대한 박테리아 내성의 주요 메커니즘입니다. 퀴놀론에 대한 다른 내성 메커니즘에는 나중에 논의될 박테리아 막 투과성 및 활성 유출 메커니즘의 변화가 포함됩니다.

3. 세포막 투과 장벽과 항생제 활성 유출 펌프

박테리아는 세포벽 장애물이나 세포막 투과성의 변화를 통해 효과적인 장벽을 형성하여 항생제가 세포 안으로 들어가는 것을 방지할 수 있습니다. 이는 박테리아가 진화와 번식 과정에서 형성하는 방어 메커니즘이기도 하다. 이러한 유형의 저항 메커니즘은 비특이적이며 주로 그람 음성균에서 발견됩니다.

그람음성균의 세포벽의 뮤코펩타이드층 바깥쪽에는 지질이중층으로 구성된 외막이 있기 때문이다. 그 외층은 탄소와 질소 분자가 촘촘하게 배열된 지질다당류로 소수성 항균 약물이 세포 안으로 들어가는 것을 막아준다. 박테리아. 또한, 박테리아의 외막에는 다양한 포린이 존재하며, 큰 것이 OmpF이고 작은 것이 OmpC입니다. 이들은 영양분 역할을 하는 특정 채널(OprD)과 비특이적 채널(OprF)을 형성할 수 있습니다. 수성 항균제에 대한 채널. 항균 약물 분자가 클수록 더 많은 음전하를 띠고 소수성이 강해 세균 외막을 통과하기 어렵습니다. 박테리아는 돌연변이를 일으키고 특정 특정 포린을 잃어 박테리아 저항성을 유발할 수 있습니다. 또한 외막 단백질 OprF가 부족하여 약물 통과가 어려워 약물 저항성을 유발합니다. 예를 들어, 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 특정 포린 OprD2가 결실되면 카바페넴 항생제에 대한 내성이 생깁니다.

비특이적인 박테리아 저항성을 유발하는 또 다른 메커니즘은 박테리아 활성 유출 펌프의 존재로 박테리아 몸으로 들어가는 약물을 막 밖으로 펌핑하여 항생제의 효과를 피할 수 있습니다. 능동 유출 시스템은 특히 세포 밖으로 세포로 들어가는 다양한 항균 약물을 적극적으로 펌핑하여 세포가 약물 저항성을 획득하도록 할 수 있습니다. 예를 들어, 대장균의 다중 약물 유출 펌프 AcorAB-TolC 시스템은 박테리아가 테트라사이클린, 클로람페니콜, 에리스로마이신, β-락탐, 리팜피신, 플루오로퀴놀론, 산화제 및 유기 용매, 염기성 염료 및 기타 구조적으로 관련이 없는 약물에 반응하도록 할 수 있습니다. 녹농균의 MexAB-OprM 시스템의 활성 유출 또한 녹농균의 고유한 다약제 내성을 유발하는 중요한 요인 중 하나입니다.

세균의 막저항성 기전은 주로 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 다제내성에서 발현된다. 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 막 저항성을 포함하여 거의 모든 박테리아 저항 메커니즘을 포괄하며, 이의 저항성은 현재 감염 치료에서 가장 어려운 문제 중 하나가 되었으며 특별한 관심과 연구가 필요합니다.

;