Bakterie należące do rzędu Enterobacterales stanowią dużą, blisko spokrewnioną ze sobą grupę Gram-ujemnych pałeczek. Należą do niej między innymi: Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae i Salmonella spp. Wiele bakterii należących do tego rzędu stanowi florę bakteryjną jelit zdrowego człowieka. Część gatunków to bezwzględne patogeny. Z uwagi na bliskie pokrewieństwo, mikroorganizmy te wykazują szereg podobieństw. Jednym z nich jest zdolność do produkcji beta-laktamaz, enzymów destabilizujących wiązanie β-laktamowe w cząsteczce antybiotyków β-laktamowych. Do antybiotyków tych zalicza się: penicyliny, cefalosporyny, karbapenemy i monobaktamy.
Historia antybiotyków
Odkrycie bakteriobójczych właściwości penicyliny przez Alexandra Fleminga w 1928 roku oznaczało początek nowej ery w medycynie. Ten pierwszy antybiotyk został wprowadzony do aptek w 1946 roku. Jeszcze przed jego wprowadzeniem na rynek pojawiły się doniesienia na temat szczepów Escherichia coli zdolnych do wytwarzania penicylinazy inaktywującej ten antybiotyk. Zjawisko rozprzestrzeniania się mechanizmów oporności na penicylinę udokumentowano bardzo wcześnie także u Staphylococcus aureus, a następnie u kolejnych gatunków bakterii. Początkowo antybiotykoodporne szczepy wykrywano jedynie u pacjentów w szpitalach. Wkrótce jednak bakterie oporne na antybiotyki pojawiały się także poza szpitalami. Lata 1940-1960 nazywa się złotą erą antybiotyków. W tym okresie wprowadzono do użytku kolejne antybiotyki, a ich szeroki wybór pozwalał na obejście mechanizmów oporności i skuteczną terapię. Wdrożenie nowych generacji penicylin jak i innych antybiotyków do użytku szło w parze z rozwojem oporności wśród komórek bakteryjnych. Od czasu wykrycia penicyliny znaleziono ponad 150 antybiotyków, a dla większości z nich pojawiły się mechanizmy oporności
Przyczyny powstawania zjawiska antybiotykoodporności bakterii
Oporność bakterii na antybiotyki pozwala przetrwać bakteriom, drożdżom i pleśniom w środowisku ich występowania. Substancje te są przez nie produkowane jako mechanizmy obronne. Pozwalają na konkurencje o miejsce i zasoby pokarmowe z innymi drobnoustrojami w środowisku. Mechanizmy warunkujące oporność bakterii na antybiotyki powstają przede wszystkim w wyniku spontanicznych mutacji oraz nabywaniu informacji genetycznej w wyniku horyzontalnego transferu genów (HGT). Geny odpowiedzialne za oporność są uprzywilejowane w procesie doboru naturalnego.
Szerokie wykorzystanie antybiotyków zarówno w medycynie jak i rolnictwie oraz hodowli zwierząt powoduje selekcję szczepów opornych. Dotyczy to między innymi stosowania leków wydawanych na receptę w celu zwalczania chorób niewymagających użycia tej grupy leków. Przykładem jest podawanie antybiotyków w przypadku przeziębienia lub grypy, czyli infekcji wirusowych. W ostatnich latach zwraca się uwagę na szczególne znaczenie nadużywania antybiotyków w rolnictwie i hodowli zwierząt. Szacuje się, że około 80% antybiotyków w USA jest sprzedawanych w celu kontrolowania zakażeń, promowania wzrostu oraz zwiększenia przyrostu masy ciała zwierząt hodowlanych. Substancje te nazwa się antybiotykowymi stymulatorami wzrostu (ASW). Substancje te należą jednak do tych samych grup związków chemicznych, co antybiotyki stosowane w medycynie. Dlatego tak szerokie stosowanie ASW znacznie przyczyniło się do rozwoju antybiotykoodporności bakterii, również tych patogennych dla ludzi. Na rozprzestrzenianie się opornych szczepów ogromny wpływ ma skażenie środowiska antybiotykowymi stymulatorami wzrostu, które dostają się do ekosystemu wraz z wydalinami hodowlanych zwierząt.
β-laktamazy o rozszerzonym spektrum substratowym (ESBL)
Jednym z najbardziej znaczących mechanizmów oporności na antybiotyki u Enterobacterales jest wytwarzanie enzymów zdolnych do hydrolizy: penicylin, cefalosporyn i monobaktamów. Enzymy te nazywane są β-aktamazami o rozszerzonym spektrum substratowym (ESBLs). Mechanizm wykryty został w 1983 roku w Klebsiella pneumoniae. Początkowo bakterie z ESBL były znane wyłącznie jako czynniki etiologiczne zakażeń szpitalnych. Obecnie są wykrywane również jako podłoże infekcji pozaszpitalnych, znane są również przypadki nosicielstwa tych bakterii.
New Delhi metalo-β-laktamazy (NDM-1)
Mechanizm zdiagnozowany po raz pierwszy w 2008 roku w Klebsiella pneumoniae i Escherichia coli. Jego nazwa pochodzi od miasta, w którym przebywał pacjent, od którego wyizolowano pierwsze NDM-1 pozytywne bakterie. Opisywany mechanizm polega na produkcji enzymu z grupy metalo-β-laktamaz. Nadaje on oporność bakteriom na wiele antybiotyków beta-laktamowych, w tym karbapenemy. Antybiotyki należące do karbapenemów uznawane są za leki ostatniej szansy. Stosowane głównie do leczenia chorób powodowanych przez bakterie oporne na inne antybiotyki. Substancje tej grupy mają szczególne znaczenie również ze względu na szerokie spektrum działania. Karbapenemy wykazują działanie w stosunku do tlenowych i beztlenowych patogennych bakterii, zarówno Gram-dodatnich, jak i Gram-ujemnych.
Niezdiagnozowana oporność patogenów na szereg antybiotyków często jest przyczyną długo i nieskutecznie leczonych zakażeń. Często są one bardzo niebezpiecznie i mogą prowadzić do powikłań, a nawet śmierci osoby zakażonej.