27-08-2009
En bakteries følsomhed for et antibiotikum angives ved dets mindste hæmmende koncentration (minimal inhibitory concentration, MIC). MIC-værdien er afgørende for, om et antibiotikum kan forventes at have effekt in vivo, idet der så kræves, at stoffet kan administreres på en sådan måde, at der på infektionsstedet opnås en koncentration over MIC-værdien. Svaret på resistensbestemmelsen udført af laboratoriet vil være angivet som: S (følsom), I (intermediær) eller R (resistent). Med disse betegnelser menes:
S: En eventuel infektion med bakterien kan behandles med sædvanlig, om muligt oral dosering.
I: Betyder enten, at resistensmekanismen er ukendt, eller at der er usikkerhed om anvendelsen af det pågældende antibiotikum i standarddosering, og at højere dosering er nødvendig.
R: Bakterien er resistent over for det pågældende lægemiddel, som ikke kan forventes at have effekt selv i høj dosering.
Grænserne for S, I eller R bestemmes ud fra kendskabet til hver bakteriearts normale følsomhed, dvs. i bakteriepopulationen uden resistensegenskab, samt hos bakteriepopulationer af samme art, hvor der forekommer resistens.
Resistensudvikling
Resistensudvikling forekommer hos stort set alle bakteriearter over for stort set alle kendte antibiotika. Der er en nøje sammenhæng mellem antibiotikaforbrug og resistensudvikling. Ved indtagelse af et antibiotikum spredes det med blodet til alle dele af kroppen, inkl. sekreter, sved, tårevæske, modermælk, tarmsekret osv. De følsomme bakterier på hud og slimhinder bliver hæmmet i deres vækst eller fjernet, og pladsen vil blive overtaget af bakteriearter eller andre mikroorganismer, fx svampearter, der er enten naturligt resistente eller har erhvervet resistens over for det pågældende stof. Dette kaldes selektion. Når indtagelsen af antibiotika ophører, og sekreterne normaliseres, kan bakteriefloraen returnere til den oprindelige flora, hvis der stadig forekommer - eller tilføres - følsomme bakterier. Det koster som regel noget for en bakterie at opretholde en resistensegenskab i form af et eller flere resistensgener med produktion af fx enzymer, der ikke har en naturlig funktion for bakterien. Da livet i tarm eller på slimhinder er en kamp for ernæring og overlevelse, vil denne resistens-"omkostning" hæmme en resistent bakterie i konkurrence med dens følsomme ligepart, og de følsomme bakterier vil overvokse de resistente. Dette ses fx ved normalisering af hud-, mundslimhinde- og tarmflora hos patienter et par uger efter en antibiotikabehandling. I et miljø som det danske, hvor antibiotikaforbruget er relativt lavt, vil der være rigelig repræsentation af følsomme bakterier. I mange Sydeuropæiske lande, der har et forbrug dobbelt så højt som i Danmark, vil den almindelige forekomst af følsomme bakterier være sparsom, og "normalfloraen" vil for det meste bestå af resistente bakterier. Hvis der konstant opretholdes et stort selektionspres med antibiotika og en pool af resistente bakterier, der kan overføre deres resistensegenskaber, vil følsomme bakterier ikke have mange chancer for at forblive følsomme. Resistensforekomsten hos E. coli og enterokokker i den normale danske befolknings tarmflora følges i DANMAP-overvågningen (se www.dfvf.dk).
Resistensudvikling hos de patogene, inficerende bakterier under behandling er relativt sjælden, da behandlingen netop stiler mod at fjerne bakterierne, før resistens kan forekomme. Ved infektioner med særlig stor risiko for resistensudvikling anvendes som regel kombinationsbehandling for netop at undgå dette, fx behandling af tuberkulose og Pseudomonas aeruginosa. Enkelte antibiotika har en særlig stor evne til at selektere resistens, ligesom visse bakteriearter nemmere bliver resistente. Resistens udvikles således nemt under behandling med rifampicin eller fusidin. Fluorquinoloner som ciprofloxacin selekterer nemt for resistens hos P. aeruginosa og cefalosporiner hos Enterobacteriacaeae, der producerer kromosomale β-lactamaser, fx Enterobacter cloacae, Citrobacter freundii, Proteus vulgaris og Serratia marcescens.
Hvis resistensgenerne forekommer på overførbare DNA-elementer som plasmider, transposoner e.l., forekommer der let overførsel af resistens, hvor der ligger mange bakteriearter sammen som på hud, slimhinder eller i tarmen. Det er vist, at resistente bakterier i fødevarer, fx E. coli eller Enterococcus faecium, nemt passerer ventriklen til tarmen og overfører deres resistens til bakterier i tarmen. Derfor er resistensforholdene hos bakterier fra produktionsdyr i landbruget - og hermed antibiotikaforbruget i landbruget - også vigtige for mennesker. Også dette kan følges i DANMAP-rapporterne (www.dfvf.dk). Mange plasmider indeholder resistensgener for flere forskellige antibiotika, hvorved bakterier med disse plasmider vil være multiresistente ~ samtidig resistens over for flere forskellige antibiotika. Ved såkaldt co-selektion vil disse bakterier kunne selekteres af alle de antibiotika, som de er resistente overfor. Det bør forhindres, at der sker en spredning af sådanne multiresistente bakterier, fx methicillinresistente S. aureus (MRSA) eller E. coli med ESBL (extended spectrum β-lactamaser), der spalter de fleste β-lactamantibiotika.
Resistensmekanismer
β-lactamantibiotika
Der er tre resistensmekanismer for β-lactamantibiotika:
1) Enzymatisk nedbrydning af β-lactamringen (β-lactamase). Der er nu påvist mindst 300 forskellige β-lactamaser, og nye dannes i takt med introduktionen af nye β-lactamantibiotika. Generne for disse enzymer kan sidde på kromosomet eller på plasmider, og en bakterie kan bære generne for flere enzymer samtidig. β-lactamaser findes hos de gramnegative bakterier i det periplasmatiske rum, hvor de forhindrer β-lactamantibiotika i at nå frem til de penicillinbindende proteiner ved cellemembranen. Hos grampositive bakterier som stafylokokker udskilles β-lactamaser til det omkringliggende miljø, hvor det kan ødelægge β-lactamantibiotika. Det er en af forklaringerne på, at penicillinbehandling af gruppe A-streptokoktonsillitis kan svigte: Den patogene bakterie er ikke resistent, men penicillinet ødelægges af andre bakterier i området. β-lactamaser kan være inducerbare, dvs. de dannes først, når bakterien møder β-lactamantibiotika, fx hos Enterobacter sp., Serratia sp., Proteus vulgaris og Morganella sp. Ikke sjældent sker der mutationer i styringen af repressorgenet, så der opstår en konstant højproducerende derepresseret stamme, som er meget resistent over for de fleste cefalosporiner. Det er en af forklaringerne på, at cefalosporinbehandling kan svigte ved denne type infektioner.
Tilstedeværelse af β-lactamaser er nu reglen mere end undtagelsen i Staphylococcus aureus (80-90%) og Moraxella catarrhalis (90-95%).
Hos danske E. coli-stammer forekommer β-lactamaser hos 35-45%, hos H. influenzae forekommer de hos ca. 10%, men de er meget sjældne hos streptokokker. I de senere år er der set en alarmerende stigning i de såkaldte extended spectrum β-lactamaser (ESBL), som ud over de almindelige penicilliner og cefalosporiner også ødelægger de bredspektrede cefalosporiner, cefotaxim, ceftriaxon og ceftazidim. De findes hyppigst i E. coli og Klebsiella pneumoniae og findes endemisk på sygehuse i Sydeuropa. I Danmark ses også stigende forekomst. I en prævalensundersøgelse i Danmark i efteråret 2007 blev der fundet en hyppighed på 4-6% af E. coli og Klebsiella pneumoniae med ESBL. Det er i særlig grad cefalosporiner som cefuroxim, cefotaxim, ceftazidim og ceftriaxon, der selekterer for ESBL. De er følsomme for carbapenemer, men det øgede forbrug af disse antibiotika selekterer for de såkaldte metallo-β-lactamaser. De fleste ESBL-stammer er også følsomme for mecillinam, men kliniske data på behandling mangler. Tigecyklin kan muligvis anvendes til behandling af infektioner med ESBL-stammer. Metallo-β-lactamaser er en nyere type enzymer, som spalter carbapenemer, og som hyppigst ses hos Pseudomonas aeruginosa. Metallo-β-lactamaser er endnu sjældne i Skandinavien. Derfor bør disse bredspektrede β-lactamantibiotika (carbapenemer) bruges med største tilbageholdenhed.
2) Ændring i de penicillinbindende proteiner (PBP). β-lactamantibiotika binder sig til forskellige enzymer i cellemembranen, de såkaldte penicillinbindende proteiner, der har forskellige funktioner omkring cellevægsdannelsen. Ud over at katalysere krydsbindingerne mellem peptidoglykanlagene i cellevæggen har disse PBP'er også betydning for bakteriens form og har virkning på autolysiner, der lyserer bakterien. Mutationer i generne for PBP'er kan ændre bindingsaffiniteten af β-lactamantibiotika, uden at enzymernes funktion ændres - og derved føre til resistens. Denne resistenstype er den vigtigste årsag til β-lactamresistens hos pneumokokker, enterokokker, meticillinresistente S. aureus (MRSA), i nogen grad hos H. influenzae mv. Nedsat følsomhed over for penicillin ses hos 2-4% af pneumokokker i Danmark, penicillinresistens hos 40-50% i Spanien og over 80% i Sydkorea.
3) Ændring i efflux- eller transportmekanismer i cellemembranen. Hos
P. aeruginosa forekommer ændring i transportmekanismer, der også berører β-lactamantibiotika.
Makrolider, lincosamider og streptograminer
Makrolidresistens kan opstå på tre måder:
1) Inducerbare og konstitutionelle methylaser.
På grund af fælles bindingssteder på 50S-ribosomer for ovennævnte antibiotika forekommer også fælles resistensmekanismer, inducerbare methylaser, der ændrer vigtige adenin-sidekæder i rRNA. De konstitutionelle methylaser giver højresistens mod både makrolid og clindamycin.
2) Mutationer i rRNA-gener, der giver ændringer i receptorerne for makrolidbinding til 50S-ribosomer. Sådanne mutationer kan opstå under behandling. Denne kromosomale mekanisme kan ikke overføres mellem bakterier.
3) Effluxpumper, der pumper makrolid ud af cellen, inden det når at virke på rRNA. mefA-genet kan sidde på overførbare gen-elementer og nemt overføres til andre bakterier.
Der er fuldkommen krydsresistens mellem de forskellige makrolider. De klinisk mikrobiologiske afdelinger undersøger og rapporterer normalt kun følsomhed og resistens for erythromycin. Makrolidresistens er forholdsvis sjælden (< 5%) i Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae og Staphylococcus aureus i Danmark. Blandt makrolidresistente S. pyogenes i Danmark forekommer alle ovennævnte resistensmekanismer (911). Erythromycinresistens forekommer ofte sammen med penicillinresistens hos S. pneumoniae. Der er adskillige eksempler fra udlandet (men også fra Danmark) på, at stigning i makrolidforbrug umiddelbart medfører stigning i resistens hos S. pyogenes, ligesom efterfølgende fald i forbrug fører til fald i resistensen.
Aminoglykosider
De to klinisk vigtigste resistensmekanismer for aminoglykosider er:
1) Tilstedeværelsen af aminoglykosidmodificerende enzymer. En række forskellige enzymer kan produceres af både grampositive og gramnegative bakterier. De modificerer et eller flere af aminoglykosiderne ved at tilføre sidekæder, der ændrer stoffernes antimikrobielle aktivitet. De fleste gener sidder på plasmider og overføres let. Gentamicin er det mest følsomme for de fleste enzymer og anvendes derfor som repræsentant for gruppen i dansk resistensbestemmelse.
2) Mutationer i rRNA-gener for ribosombindingsstedet er en hyppig årsag til resistens over for streptomycin, idet det kun kræver en enkelt mutation. Gentamicin og de nyere aminoglykosider binder til en række forskellige receptorer på både 30S- og 50S-ribosomer. Ændringer i bindingsstederne kræver derfor samtidige mutationer i en række gener. Med mutationshyppigheder på ca. 10-7 for hver mutation forekommer det derfor yderst sjældent.
Gentamicinresistens hos Enterobacteriaceae er stadig sjælden i Danmark (< 2 %); men den er i stigning, selv om forbruget på danske sygehuse har været konstant de sidste 30 år. Gentamicinresistens hos Enterococcus faecalis skyldes et dobbelt enzym, og den er derimod i stigning og forekommer hos ca. 30% danske stammer. Disse stammers MIC for gentamicin er > 2.000 mg/l, og derfor ses der ikke synergisme med penicillin, fx ved behandling af endocarditis foråsaget af sådanne stammer.
Tetracycliner
De mest udbredte resistensmekanismer for tetracyclinerne omfatter transportmekanismer i cellemembranen, dvs. mekanismer, der enten forhindrer stoffet i at komme ind i cellen eller pumper stoffet ud af bakteriecellen kort efter diffusion ind i cellen.
Tetracyclinresistens-gener har været kendt i mange år og er udbredt i mange bakteriearter på grund af omfattende brug af disse antibiotika til mennesker, i landbruget og i industriel fiskeproduktion. Generne sidder oftest på plasmider og overføres let mellem stammer og arter. Da der ofte forekommer andre resistensgener på samme plasmider, er der en høj grad af co-selektion ved anvendelse af tetracyclin (910).
Tetracyclinresistens forekommer hos omkring 20% af danske E. coli fra mennesker og hos flere E. coli fra produktionsdyr. Tetracyclinresistens er almindelig (30-40%) hos danske S. pyogenes samt udbredt i S. pneumoniae, specielt de penicillinresistente (913).
Fluorquinoloner
1) En enkelt mutation er tilstrækkelig til at ændre bindingen af et fluorquinolon. Herved reduceres aktiviteten, som fører til en stigning i MIC. Flere mutationer i gyrasegenet medfører yderligere stigning i MIC. Selv en lille stigning i MIC kan skjule et væsentligt fald i fluorquinoloners drabseffekt, så behandlingen svigter. Det er især rapporteret for Neisseria gonorrhoeae og forskellige Salmonella sp., inkl. S. typhi. Quinolonresistens hos E. coli er de seneste år steget til 10%. Gyrasegenmutation er kromosomal og kan ikke overføres til andre bakterier.
2) Den anden hyppige resistensmekanisme er ændring i effluxmekanismer med udpumpning af fluorquinolon, før det når frem til gyrasen. Disse effluxpumper kan optræde samtidigt med mutationer - evt. som første trin i resistensudvikling - og er set i næsten alle bakterier. Ligesom mutationerne er denne mekanisme kromosomal og ikke overførbar.
3) En tredje resistensmekanisme skyldes qnr-genet og er i modsætning til de to øvrige mekanismer overførbar via plasmider. Genet koder for et protein, qnrA, der beskytter gyrasen mod binding til fluorquinolonet. Det er nu rapporteret fra både Amerika, Asien og Europa og er set i først Klebsiella sp. og derefter i E. coli og Salmonella sp.
4) Senest er der fremkommet endnu en resistensmekanisme. Et af de aminoglykosidmodificerende enzymer kan inaktivere fluorquinoloner, som dermed mister aktiviteten, når de er kommet ind i bakteriecellen.
Glykopeptider
Vancomycin hæmmer de sidste trin af peptidoglycan-biosyntesen, og dermed forhindres cellevægsdannelsen.
I slutningen af 1980'erne rapporteredes for første gang vancomycin-højresistente Enterococcus faecium (VRE) fra England og Frankrig. Mens det oftest forekommer i enterokokker, er der fornylig i USA fundet Staphylococcus aureus-stammer med vanA-induceret vancomycinresistens. Vancomycinresistens var i Europa tæt forbundet med brugen af en vækstfremmer, avoparcin, der viste sig at selektere for vancomycinresistente enterokokker i produktionsdyr, hvorefter de overførtes til mennesker via kødvarer. Efter forbud mod vækstfremmere foreløbig i Europa er frekvensen af VRE faldet væsentligt, men de optræder stadig endemisk - og somme tider epidemisk - på sygehuse i både Europa og USA.
Lipopeptider
Daptomycinresistens er rapporteret som årsag til behandlingssvigt ved Staphylococcus aureus-bakteriæmi. Resistensmekanismen er ukendt.
Andre antibiotika
Resistens mod rifampicin kan optræde allerede i første døgn af behandlingen. Resistens på baggrund af et par forskellige punktmutationer i rpoB er blevet beskrevet for en række bakterier som Neisseria meningitidis, Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Escherichia coli m.fl. Andre mekanismer som mutationer i membran-effluxpumper er blevet beskrevet, fx for Neisseria gonorrhoeae.
Fusidinresistens har på trods af udbredt brug af fusidin som lokalbehandling til hud- og øjeninfektioner ligget lavt, men er de senere år steget til 10-15%.
Resistens mod linezolid er rapporteret - om end sjældent - hos enterokokker og stafylokokker. Andre mutationer har medført resistens - ikke blot mod linezolid, men også mod erythromycin og chloramphenicol.
Sulfonamidresistensmekanismer er velbeskrevet i Enterobacteriaceae, hvor de specielt hos E. coli har været fremtrædende i mange år. Der er resistens hos ca. 20% E. coli fra ukomplicerede urinvejsinfektioner i almen praksis i Danmark og op til 40% hos E. coli, fundet på sygehuse. Et af de resistensgener, der koder for sulfonamidresistens, sul1, koder ofte for resistens over for flere antibiotika, og det gælder specielt i Enterobacteriacae.
Resistens mod trimethoprim er udbredt, 10-20% af danske E. coli-stammer er resistente, og generne overføres via plasmider. Koblet resistens med sulfonamidresistens og ampicillinresistens er udbredt i Danmark og det øvrige Europa. Trimethoprim (TMP) hæmmer enzymet dihydrofolatreductase, som reducerer dihydrofolat til tetrahydrofolat. Ændring i reductasen hæmmer trimethoprims aktivitet og fører dermed til resistens. Der findes nu flere trimethoprim-resistensgener med varierende ædringer i dihydrofolatreductaserne.
903. Mandell GL, Bennett JE, Dolin R, eds. Principles and practice of infectious diseases.
Elsevier Churchill Livingstone. 2005; 6: 1913-20.
904. Craig WA. Basic pharmacodynamics of antibacterials with clinical applications to the use of beta-lactams, glycopeptides, and linezolid.
Infect Dis Clin North Am. 2003; 17(3): 479-501.
905. Craig WA. Pharmacokinetic/pharmacodynamic parameters: rationale for antibacterial dosing of mice and men.
Clin Infect Dis. 1998; 26(1): 1-10.
906. Xuan D, Lu JF, Nicolau DP at al. Population pharmacokinetics of tobramycin in hospitalized patients receiving once-daily dosing regimen.
Int J Antimicrob Agents. 2000; 15(3): 185-91.
907. Nicolau DP, Freeman CD, Belliveau PP et al. Experience with a once-daily aminoglycoside program administered to 2,184 adult patients.
Antimicrob Agents Chemother. 1995; 39(3): 650-5.
908. Frimodt-Møller N. How predictive is PK/PD for antibacterial agents?.
Int J Antimicrob Agents. 2002; 19(4): 333-9.
909. Madsen H, Brøsen K, Frimodt-Møller N et al. Antibiotika og overvægt.
Ugeskr Laeger. 2005; 167(21): 2266-70.
910. Møller JK, Bak AL, Stenderup A et al. Changing patterns of plasmid-mediated drug resistance during tetracycline therapy.
Antimicrob Agents Chemother. 1977; 11(3): 388-91.
911. Nielsen HU, Hammerum AM, Ekelund K et al. Tetracycline and macrolide co-resistance in Streptococcus pyogenes: co-selection as a reason for increase in macrolide-resistant S. pyogenes?.
Microb Drug Resist. 2004; 10(3): 231-8.
912. Kehrenberg C, Schwarz S. dfrA20. A novel trimethoprim resistance gene from Pasteurella multocida.
Antimicrob Agents Chemother. 2005; 49(1): 414-7.
913. Chopra I. New developments in tetracycline antibiotics: glycylcyclines and tetracycline efflux pump inhibitors.
Drug Resist Updat. 2002; 5(3-4): 119-25.
Niels Frimodt-Møller (forfatter)
Bente Gahrn-Hansen (forfatter)
Dansk Pædiatrisk Selskab, Poul-Erik Kofoed (referent)
Dansk Selskab for Almen Medicin, Jørgen Lous (referent)
Dansk Selskab for Klinisk Mikrobiologi, Jens K. Møller (referent)
Dansk Selskab for Infektionsmedicin, Svend Stenvang Pedersen (referent)
