Resistencia a los
aminoglucósidos
Marcelo TolmaskyCalifornia State University, Fullerton
EE.UU.
Aminoglucósidos
N.T. Chandrika y S. Garneau-Tsodikova, MedChemComm, 2016, 7, 50-68.
M. S. Ramirez y M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
J. L. Houghton, K. D. Green, W. Chen y S. Garneau-Tsodikova, Chembiochem, 2010, 11, 880-902
• De origen natural o semisintético
• Familia compleja de compuestos caracterizados por tener
un anillo aminociclitol (estreptamina, 2-deoxiestreptamina o
estreptidina) unido a aminoazúcares por enlaces
glucosídicos
• Las excepciones son la espectinomicina, un aminociclitol
que no se une a aminoazúcares, y los compuestos que
incluyan el aminociclitol fortimicina
estreptamina 2-deoxiestreptamina estreptidina
Aminoglucósidos• De origen natural o semisintético
• Familia compleja de compuestos caracterizados por tener
un anillo aminociclitol (estreptamina, 2-deoxiestreptamina o
estreptidina) unido a aminoazúcares por enlaces
glucosídicos
• Las excepciones son la espectinomicina, un aminociclitol
que no se une a aminoazúcares, y los compuestos que
incluyan el aminociclitol fortimicina
estreptamina 2-deoxiestreptamina estreptidina
N.T. Chandrika y S. Garneau-Tsodikova, MedChemComm, 2016, 7, 50-68.
M. S. Ramirez y M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
J. L. Houghton, K. D. Green, W. Chen y S. Garneau-Tsodikova, Chembiochem, 2010, 11, 880-902
Aminoglucósidos
amikacina
Disustituidos 4,6 2-deoxiestreptamina
Disustituidos 4,5 2-
deoxiestreptamina
paromomicina
kanamicina
Aminoglucósidos
amikacina
Disustituidos 4,6 2-deoxiestreptamina
Disustituidos 4,5 2-
deoxiestreptamina
paromomicina
kanamicina
Aminoglucósidos
amikacina
Disustituidos 4,6 2-deoxiestreptamina
Disustituidos 4,5 2-
deoxiestreptamina
paromomicina
kanamicina
Aminoglucósidos
N.T. Chandrika y S. Garneau-Tsodikova, MedChemComm, 2016, 7, 50-68.
M. S. Ramirez y M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
J. L. Houghton, K. D. Green, W. Chen y S. Garneau-Tsodikova, Chembiochem, 2010, 11, 880-902
• Principalmente usados en el tratamiento de infecciones causadas por
bacilos Gram negativos aerobios
• También utilizados contra Gram positivos, generalmente en
combinación con otros antibióticos, como los beta-lactámicos o la
vancomicina
• La absorción requiere de una cadena de transporte de electrones
funcional, por eso, los anaerobios tienden a no ser susceptibles a
dichos antibióticos
• La vía de administración más común en infecciones sistémicas es la
parenteral, la inyección intramuscular, o la intravenosa, en casos de
infecciones graves
Aminoglucósidos
N.T. Chandrika y S. Garneau-Tsodikova, MedChemComm, 2016, 7, 50-68.
M. S. Ramirez y M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
J. L. Houghton, K. D. Green, W. Chen y S. Garneau-Tsodikova, Chembiochem, 2010, 11, 880-902
• Las reacciones adversas más comunes son la
nefrotoxicidad y la ototoxicidad. La nefrotoxicidad es
generalmente reversible y la presentación clínica más
común es la insuficiencia renal aguda no oligúrica
• Las reacciones de ototoxicidad incluyen la pérdida auditiva
neurosensorial permanente bilateral severa de alta
frecuencia y la hipofunción vestibular temporal
Aminoglucósidos
N.T. Chandrika y S. Garneau-Tsodikova, MedChemComm, 2016, 7, 50-68.
M. S. Ramirez y M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
J. L. Houghton, K. D. Green, W. Chen y S. Garneau-Tsodikova, Chembiochem, 2010, 11, 880-902
• Interfieren con la fidelidad de la traducción
• No todas las clases de aminoglucósidos se unen a sitios
idénticos del ARNr 16S. Sin embargo, el efecto común de
su unión es un cambio de conformación del sitio ribosomal
A, que elimina las capacidades de corrección del ribosoma
y, como consecuencia, propicia una mala traducción
• Con unas pocas excepciones (espectinomicina y
kasugamicina), los aminoglucósidos son bactericidas
Resistencia a los aminoglucósidos
• Hay varios mecanismos de resistencia que pueden existir
simultáneamente en la misma célula
– Modificación de la diana por la mutación del ARNr 16S o de
proteínas ribosomales
– Metilación del ARNr 16S
– Disminución de la permeabilidad mediante la modificación de la
permeabilidad de la membrana externa o la disminución de
transporte en la membrana interna
– Expulsión de la célula por bombas de eflujo activas
– Inactivación enzimática de la molécula antibiótica
– Otros (swarming, enlaces fuertes de enzimas no funcionales)
Resistencia a los aminoglucósidos
E. coli
rpsL = mutación en proteína ribosomal S12 que transmite la resistencia a la estreptomicina; también llamada
strA, rpsL135(strR), strA135
AB1157
thr-1, araC14, leuB6(Am), Δ(gpt-proA)62, lacY1, tsx-33, qsr'-0, glnV44(AS), galK2(Oc), LAM-, Rac-0, hisG4(Oc),
rfbC1, mgl-51, rpoS396(Am), rpsL31(strR), kdgK51, xylA5, mtl-1, argE3(Oc), thi-1
CSH50
F- λ- ara Δ(lac-pro) rpsL thi fimE::IS1
DH10B (Invitrogen)
F– endA1 deoR+ recA1 galE15 galK16 nupG rpsL Δ(lac)X74 φ80lacZΔM15 araD139 Δ(ara,leu)7697 mcrA
Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC) StrR λ–
E. cloni(r) 10G (Lucigen)
F- mcrA Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC) endA1 recA1 Φ80dlacZΔM15 ΔlacX74 araD139 Δ(ara,leu)7697 galU galK rpsL
nupG λ- tonA
EPI300 (Epicentre)
F– λ– mcrA Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC) Φ80dlacZΔM15 Δ(lac)X74 recA1 endA1 araD139 Δ(ara, leu)7697 galU galK
rpsL (StrR) nupG' trfA dhfr
Modificación de la diana por la mutación del ARNr 16S o de
proteínas ribosomales
Resistencia a los aminoglucósidos
Mycobacterium tuberculosis
Cinco cepas de M. tuberculosis individualmente resistentes a la
estreptomicina tienen mutaciones en puntos idénticos en el codón 43 del
gen rpsL (Arg43Lys). Las mutaciones en este mismo sitio confieren
resistencia a la estreptomicina en la Escherichia coli.
La misma mutación fue hallada en otras bacterias.
Modificación de la diana por la mutación del ARNr 16S o
de proteínas ribosomales
J. Nair, D. A. Rouse, G. H. Bai y S. L. Morris, Mol. Microbiol., 1993, 10, 521-527
Resistencia a los aminoglucósidos
Pasteurella multocida
Las cepas de P. multocida con un alto nivel de resistencia a la
espectinomicina tienen una transversión de C1192G en el ARNr 16S en
todos los seis, o en cinco de los seis operones de ARNr y/o dos tipos
diferentes de supresiones de 3-bp en el gen rpsE que codifica para la
proteína ribosomal S5
Modificación de la diana por la mutación del ARNr 16S o
de proteínas ribosomales
C. Kehrenberg and S. Schwarz, Antimicrob. Agents Chemother., 2007, 51, 2244-2246.
Resistencia a los aminoglucósidos
El ribosoma bacteriano consiste de múltiples proteínas y componentes de
ARN y consta de las subunidades 30S y 50S. La 30S contiene el ARNr 16Sy
la 50S contiene los ARNr 23S y 5S. Los eventos de modificación
postranscriptivos de moléculas de ARN incluyen la metilación de nucleósidos.
En el caso del ARNr de la Escherichia coli, hay 10 residuos metilados en el
ARNr 16S y 14 en el ARNr 23S. Se cree que las principales funciones de la
metilación de ARNr incluyen la modulación de la maduración de ARNr, la
estabilización de las estructuras de ARNr y la alteración de las tasas de
transcripción.
En la Escherichia coli, el ARNr 16S es modificado por 10 metiltransferasas
endógenas y una pseudouridina sintetasa.
Además, se ha visto que algunos eventos de metilación postranscriptivos,
mediados por metiltransferasas adquiridas, confieren resistencia a los
antibióticos que tienen como blanco el ARNr.
Metilación del ARNr 16S
Y. Doi y Y. Arakawa, Clin. Infect. Dis., 2007, 45, 88-94.
Resistencia a los aminoglucósidos
La metilación del ARNr 16S es un mecanismo de resistencia contra aminoglucósidos que se
encuentra entre patógenos Gram negativos que pertenecen a la familia de las especies
Enterobacteriaceae, así como también a las Pseudomonas aeruginosa y Acinetobacter.
Las metiltransferasas ARNr 16S comparten una modesta similitud con aquellas producidas por los
actinomicetos productores de aminoglucósidos.
Confieren un alto nivel de resistencia a todos los aminoglucósidos administrados parenteralmente
que están en uso clínico en la actualidad.
La codificación de genes de las metiltransferasas del ARNr 16S se encuentran, por lo general, en
los transposones dentro de los plásmidos transferibles, lo cual los hace sumamente móviles.
En 2002, se reportó la primera metiltransferasa no actinomiceta codificadora de genes ARNr 16S,
más adelante designada "ArmA", como parte de una secuencia de plásmidos de Citrobacter
freundii en Polonia (número de registro AF550415). El mismo gen fue más tarde encontrado en una
cepa de Klebsiella pneumoniae en Francia.
En 2003, se reportó que una cepa clínica de Pseudomonas aeruginosa resitente a
aminoglucósidos, en Japón, producía una metiltransferasa de ARNr 16S, designada RmtA, que
confería un alto grado de resistencia en todas las desoxiestreptaminas, disustituidos 4,6, como la
gentamicina, la tobramicina y la amikacina, a bacterias cuando se expresa desde un clon
recombinante.
Luego, se encontraron numerosas metitransferasas de ARNr 16S en cepas Gram negativas.
Metilación del ARNr 16S
Y. Doi y Y. Arakawa, Clin. Infect. Dis., 2007, 45, 88-94.
A. A. Beauclerk y E. Cundliffe, J. Mol. Biol., 1987, 193, 661-671.
Resistencia a los aminoglucósidos
Se reportaron diez metiltransferasas de ARNr 16S adquiridas de patógenos
Gram negativos.
La mayoría metilan, postranscripcionalmente, residuos G1405 de ARNr 16S,
lo cual genera un alto nivel de resistencia a la gentamicina, tobramicina,
amikacina y plazomicina.
Los dos tipos de metiltransferasas de resistancia tienen una distribución
contrastante: la ArmA, y, en menor grado, las enzimas Rmt, están
expandidas por todo el mundo, mientras que, hasta la fecha, solo se reportó
una única cepa de NpmA que producía Escherichia coli.
Metilación del ARNr 16S
Y. Doi, J. Wachino y Y. Arakawa, Infect. Dis. Clin. North Am., 2016, 30, 523-537.
V. S. Lioy, S. Goussard, V. Guerineau, E. J. Yoon, P. Courvalin, M. Galimand y C. Grillot-Courvalin, RNA,
2014, 20, 382-391.
Resistencia a los aminoglucósidos
D. L. MacLeod, L. E. Nelson, R. M. Shawar, B. B. Lin, L. G. Lockwood, J. E. Dirk, G. H. Miller, J. L.
Burns and R. L. Garber, J. Infect. Dis., 2000, 181, 1180-1184.
No está muy bien definida.
“Cuando la susceptibilidad a los 12 aminoglucósidos
se disminuía, algo que ninguna enzima conocida
puede hacer, el mecanismo de resistencia fue definido
operativamente como “impermeabilidad”.
Disminución de la permeabilidad mediante la modificación de la
permeabilidad de la membrana externa o la disminución de
transporte en la membrana interna
Resistencia a los aminoglucósidos
H. Nikaido, Annu. Rev. Biochem., 2009, 78, 119-146.
S. Magnet, P. Courvalin y T. Lambert, Antimicrob. Agents Chemother., 2001, 45, 3375-3380.
.
Los sistemas de eflujo se encuentran, comúnmente, en microorganismos
y confieren resistencia a antibióticos y otros compuestos tóxicos cuando
bombean el químico no deseado fuera de la célula.
Los transportadores multidroga pueden subdividirse en distintas familias.
La resistencia-nodulación-división celular (RND) es una de esas familias,
y se descubrió que las bombas de eflujo que pertenecen a esta familia
son las causantes de la resistencia a los aminoglucósidos Burkholderia
pseudomallei, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli y Acinetobacter
baumannii.
La familia de eflujo RND media la externalización de los compuestos
tóxicos de la célula en un intercambio conjunto con protones.
Junto con la impermeabilidad de membrana, se la conoce como
“resistencia intrínseca”.
Expulsión de la célula por bombas de eflujo activas
Resistencia a los aminoglucósidos
M. S. Ramirez and M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
Mayormente prevalente en el marco clínico.
Las enzimas que modifican los aminoglucósidos catalizan la
modificación en grupos –OH o –NH2 de núcleo de 2-
desoxiestreptamina o de grupos de azúcares y pueden ser
acetiltransferasas (AAC), nucleotidiltransferasas (ANT) o
fosfotransferasas (APH).
La combinación de la generación de nuevas variantes de enzimas en
desarrollo, que pueden utilizar una cantidad cada vez mayor de
aminoglucósidos como sustratos, con la habilidad de los genes
codificadores de transferirse, a nivel molecular, como parte de
integrones, casetes génicos, transposones o elementos integradores
conjugativos y, a nivel celular, a través de la conjugación, como parte
de plásmidos movibles o conjugativos, y de la transformación natural o
transducción, genera en este mecanismo de resistencia la habilidad de
afectar prácticamente a todas las células bacterianas.
Inactivación enzimática de la molécula antibiótica
Resistencia a los aminoglucósidos
M. S. Ramirez y M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
Inactivación enzimática de la molécula antibiótica
Resistencia a los aminoglucósidos
M. S. Ramírez y M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
Inactivación enzimática de la molécula antibiótica
Existen centenares de enzimas.
Algunas son bifuncionales.
En un caso, el espectro cruzó la clase de antibiótico y se volvió
capaz de acetilar quinolona (AAC(6’)-Ib-cr).
Localización de genes en cromosomas y elementos genéticos
móviles.
Inactivación enzimática de la molécula antibiótica
Resistencia a los aminoglucósidos
-el futuro-
J. L. Houghton, K. D. Green, W. Chen y S. Garneau-Tsodikova, Chembiochem, 2010, 11, 880-902.
M. S. Ramírez y M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
K. J. Labby y S. Garneau-Tsodikova, Future Med. Chem., 2013, 5, 1285-1309.
N. T. Chandrika y S. Garneau-Tsodikova, MedChemComm, 2016, 7, 50-68.
• Desarrollo de nuevos aminoglucósidos
– Incorporación de nuevos grupos a grupos hidroxilos o
aminos en diferentes posiciones dentro de estructuras
existentes.
– Dímeros
– Conjugados a pequeñas moléculas o lípidos
– La ACHN-490 o plazomicina es un ejemplo de un nuevo
aminoglucósido recientemente desarrollado.
Resistencia a los aminoglucósidos
-el futuro-
• Recuperar aminoglucósidos perdidos debido a la
resistencia
– Inhibición de expresión de enzimas modificadoras de
aminoglucósidos
tecnologías antisentido para interferir con la expresión génica
– Inhibición de la actividad enzimática
pequeñas moléculas identificadas por análisis
computacionales o bibliotecas combinatorias
– Protección de los sustratos de aminoglucósidos
complejos catión-ionóforos
J. L. Houghton, K. D. Green, W. Chen y S. Garneau-Tsodikova, Chembiochem, 2010, 11, 880-902.
M. S. Ramírez y M. E. Tolmasky, Drug Resist Updat, 2010, 13, 151-171.
A. J. Soler Bistue, F. A. Martin, N. Vozza, H. Ha, J. C. Joaquin, A. Zorreguieta y M. E. Tolmasky, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2009, 106, 13230-13235.
K. Chiem, S. Jani, B. A. Fuentes, D. L. Lin, M. E. Rasche y M. E. Tolmasky, MedChemComm, 2016, 7, 184-189.
K. Chiem, B. A. Fuentes, D. L. Lin, T. Tran, A. Jackson, M. S. Ramírez y M. E. Tolmasky, Antimicrob. Agents Chemother., 2015, 59, 5851-5853.
D. L. Lin, T. Tran, C. Adams, J. Y. Alam, S. R. Herron y M. E. Tolmasky, Bioorg. Med. Chem. Lett., 2013, 23, 5694-5698.
D. L. Lin, T. Tran, J. Y. Alam, S. R. Herron, M. S. Ramírez y M. E. Tolmasky, Antimicrob. Agents Chemother., 2014, 58, 4238-4241.
Y. Li, K. D. Green, B. R. Johnson y S. Garneau-Tsodikova, Antimicrob. Agents Chemother., 2015, 59, 4148-4156.