Mecanismos de resistência bacteriana

Muitos pesquisadores estão envolvidos na busca de uma maior compreensão da resistência aos antimicrobianos, visando estratégias de combate. Este mecanismo de escape é gerado e transmitido por diferentes maneiras (Figura 14). Através da transferência horizontal de genes, por exemplo, integrons transportados em transposons permitem que bactérias compartilhem mecanismos de resistência (BRADLEY, 2014; FURI et al., 2016). Outro mecanismo conhecido de resistência é a ocorrência de mutações espontâneas em genes, os quais são transmitidos verticalmente à prole após o processo de replicação bacteriana (HOLMES et al., 2016).

Figura 14 - Principais mecanismos de resistência bacteriana

Fonte: Adaptado de Gullberg (2019).

Em outros casos ocorre resistência intrínseca, que se refere à presença de genes bacterianos que produzem fenótipos de resistência. Qualquer um dos elementos genéticos adicionais são capazes de promover a transmissão da resistência, e o tipo de elemento envolvido difere com o gênero. Isto posto, há diferentes mecanismos de escape para bactérias Gram- positivas e Gram-negativas (DAVIES; DAVIES, 2010; MUNITA; BAYER; ARIAS, 2015; RUPPÉ; WOERTHER; BARBIER, 2015).

A inibição enzimática constitui o meio mais comum de inativação, e é baseada em estratégias de modificação da estrutura química dos antimicrobianos. As formas mais comuns são: hidrólise, sobretudo em fármacos β-lactâmicos; transferência de grupos funcionais (acil, fosforil, tiol, nucleotídeo, ADP-ribosil e glicosil), que ocorre em aminoglicosídeos, cloranfenicol, rifamicina e lincosamida; e outras modificações químicas (redox, liase), que ocorrem em tetraciclina, rifamicina e estreptogramina (BHULLAR et al., 2012; OLIVEIRA et al., 2017; WRIGHT, 2005). As β-lactamases representam um desafio para o tratamento de infecções causadas por Gram-negativos. Estas incluem penicilinases, que conferem resistência a penicilinas; cefalosporinases AmpC (por exemplo, MOXs, MIR, família FOX, família CMI dentre outras mediadas por plasmídeos) e enzimas capazes de hidrolisar penicilinas, cefalosporinas e inibidores de β-lactamases (por exemplo, ácido clavulânico, sulbactam e tazobactam) (KOULENTI et al., 2019; OLIVEIRA; PAIVA; LIMA, 2019; PATERSON, 2006; WALSH et al., 2011).

As β -lactamases de espectro estendido (ESBL, do Inglês “Extended-spectrum beta-

lactamase”) (por exemplo, SHV-1, TEM-1, TEM-2, CTX-Ms e outras) também constituem um

grupo importante de enzimas inativadoras que conferem resistência a penicilinas e cefalosporinas. Além disso, muitos microrganismos produtores de TEM e SHV exibem resistência simultânea a tetraciclinas, sulfonamidas e aminoglicosídeos. A maioria das cepas produtoras CTX-M também são resistentes a fluoroquinolonas (DE SOUSA OLIVEIRA et al., 2016; LAHLAOUI; KHALIFA; MOUSSA, 2014). As carbapenemases (por exemplo, família IMP, família VIM, KPCs, OXAs e outras), são enzimas capazes de inativar todos os agentes β- lactâmicos, exceto aztreonam, sendo divididas em três classes: metalo-β-lactamases (classe B) e serina carbapenemases (classes A e D) (BONOMO, 2017).

Apenas as penicilinases configuram um mecanismo de inibição enzimática produzido por Gram-positivos. Outros mecanismos como modificações de proteínas de ligação a penicilina (PBPs) (PBP2a, mutação PBP20/superexpressão de PBP4 enterocócica ou PBP5) e de parede celular (aumento de espessura e alvo de peptidoglicano modificado) ganham destaque, pois conferem resistência contra antimicrobianos de última escolha, tais como cefalosporinas de quarta geração e vancomicina (ROSSOLINI et al., 2010). A mais alarmante é PBP2a (também chamada PBP20), uma proteína modificada que confere resistência a penicilinas e cefalosporinas. Esta proteína é o produto do gene mecA e genes homólogos mecB e mecC, todos de origem plasmídica. Estas PBPs modificadas alteram o sítio de ação, fazendo

com que os agentes β-lactâmicos percam ou diminuam a afinidade com a proteína alvo, promovendo resistência (BECKER et al., 2014; LI et al., 2017).

O principal constituinte da bicamada lipídica em bactérias Gram-negativas é o lipopolissacarídeo que, devido à sua hidrofobicidade, dificulta a passagem de compostos hidrofílicos. Assim, são necessárias porinas de membrana externa (Omps), que são proteínas que ajudam na passagem de solutos hidrofílicos. Alguns fatores podem afetar a capacidade do antimicrobiano de ultrapassar as porinas, como sua carga, sua conformação e seu tamanho, existindo algumas porinas típicas, como OmpF, OmpC e OmpE (CAMA; HENNEY; WINTERHALTER, 2019; LIVERMORE; WOODFORD, 2006).

Cada espécie bacteriana produz poros específicos e a perda ou comprometimento de uma ou mais Omps é um fator comum no estabelecimento de resistência. Por exemplo, a perda de OprD em Pseudomonas aeruginosa confere resistência a imipenem e meropenem; em outras espécies, a perda de OmpF pode levar a microrganismos MDR. Este fenômeno resulta em um aumento nas concentrações inibitórias mínimas para antimicrobianos hidrofílicos e reduz as escolhas antibacterianas na prática clínica (DE SOUSA OLIVEIRA et al., 2016; PANG et al., 2019). Estudos demonstram que a pressão seletiva exercida pelo uso prolongado de antibióticos é um fator importante no desenvolvimento de bactérias MDR. Os mecanismos mais comuns envolvidos nestes casos são a modificação das porinas, a diminuição da expressão das porinas e as mutações, que impedem que o antibiótico penetre na célula (RICE, 2018).

Um mecanismo de resistência altamente eficiente é a produção de uma bomba de efluxo, um sistema dependente de prótons que efetua remoção ativa do antibiótico do interior da célula. O efluxo de fármacos por bactérias Gram-positivas é comumente mediado por um único transportador, localizado na membrana citoplasmática das famílias de bombas MF, SMR ou ABC (SCHINDLER; KAATZ, 2016). Por outro lado, bactérias Gram-negativas são mais complexas devido à presença da membrana externa. Destas bombas, a proteína melhor caracterizada é a transportadora de tetraciclina (TetB) de Escherichia coli, que demonstrou funcionar como um sistema antiporte eletroneutral, catalisando a troca de um complexo tetraciclina-divalente-metal-cátion para um próton (KABRA et al., 2019; KANJI; HASAN; HASAN, 2019; PAGÈS; AMARAL, 2009).

Os antibióticos que visam a maquinaria de tradução das células bacterianas são potentes inibidores. No entanto, ao longo de décadas de uso clínico, bactérias tornaram-se resistentes a antibióticos que inibem a síntese proteica. Um mecanismo notável dessa resistência é a modificação do alvo molecular desses antibióticos. Comumente, isso pode surgir através de

mutações pontuais em genes selecionados, resultando em resistência relativamente rápida e fácil. Mudanças pequenas em uma sequência de aminoácidos alteram a estrutura da proteína de forma suficiente para impedir a ligação e a ação destes antibióticos (BULKLEY et al., 2010; KUMARIYA et al., 2019).

Os primeiros relatos de alterações estruturais ribossômicas foram descritos em mutantes de Escherichia coli resistentes a eritromicina, os quais apresentavam alterações das proteínas ribossômicas, notavelmente das proteínas L4 e L22 (HELSER; DAVIES; DAHLBERG, 1971). Lai, Dahlberg e Weisblum (1973) mostraram que a metilação específica do RNAr 23S em

Staphylococcus aureus confere resistência à família de antibióticos macrolídeos-lincosamida-

estreptogramina. A daptomicina, a mais recente classe terapêutica comercializável para o tratamento de infecções por enterococos resistentes a vancomicina (VRE), tem seu uso ameaçado pelo surgimento deste tipo de resistência (MUNITA et al., 2013; MUNITA; BAYER; ARIAS, 2015; REYES; BARDOSSY; ZERVOS, 2016).