Meticilin‑rezistentní stafylokoky: přehled terapie a antibiotická rezistence

Souhrn:
Bakteriální rezistence patří k nejzávažnějším fenoménům moderní medicíny. Staphylococcus aureus je jednou z bakterií, u kterých výskyt rezistence na antibiotika představuje závažnou komplikaci při účinné léčbě infekčních onemocnění. Meticilin‑rezistentní S. aureus (MRSA) je typickým původcem infekcí u pacientů s anamnézou pobytu v nemocničním prostředí. Vyvolává obdobné spektrum onemocnění jako meticilin‑senzitivní kmeny, nevyznačuje se vyšší virulencí. Pochopení patogeneze stafylokokových infekcí a mechanismů vzniku antibiotické rezistence je základní podmínkou pro vývoj nových účinných léků. Tento přehledový článek popisuje rozdělení MRSA dle genetických a epidemiologických charakteristik na komunitní, nemocniční a zvířecí kmeny. Informuje o jejich charakteristice, odlišnostech a rozšíření, což má praktický dopad při volbě optimální terapie a preventivních opatření. Čtenáři je podán ucelený přehled možností terapie infekcí způsobených MRSA a nastíněn genetický podklad i základní mechanismy stafylokokové antibiotické rezistence.

Key words: healthcare‑associated infections – Staphylococcus aureus – MRSA – HA‑MRSA – CA‑MRSA – LA‑MRSA – antibiotic resistance.

Summary:
Bacterial resistance counts to the most serious problems of modern medicine. Staphylococcus aureus is one of the bacteria in which the incidence of antibiotic resistance is a problem complicating the effective treatment of infectious diseases. Methicillin‑resistant S. aureus (MRSA) is a typical pathogen in patients with a history of medical hospitalization. It induces a similar spectrum of diseases like methicillin‑sensitive S. aureus strains, there is no higher virulence in MRSA strains. Understanding the pathogenesis of staphylococcal infections and mechanisms of antibiotic resistance is essential for the development of new effective drugs. This article provides comprehensive information on the division of MRSA strains according to genetic and epidemiological characteristics to community, hospital and animal strains, their characteristics, differences and distribution. This has a practical impact on the choice of optimal therapy and preventive measures. This review also summarizes MRSA treatment possibilities, the genetic background, and basic mechanisms of staphylococcal antibiotic resistance.

Úvod

Staphylococcus aureus (S. aureus) je ubikvitárně rozšířený mikroorganismus, kte­rý se přizpůsobil lidským a zvířecím hostitelům. Nosičství na nosní sliznici je perzistentně přítomno u 30 % zdravé populace, tranzientní kolonizace se popisuje až u 70 % lidí [1]. Dále osidluje převážně kůži, perineum a hltan, méně často kolonizuje gastrointestinální trakt, vaginu a axily [2]. Asi 1 % z nosičských kmenů v běžné populaci tvoří meticilin rezistentní S. aureus (MRSA) [3]. Kolonizující kmeny se mohou stát za vhodných podmínek původci infekce. Spektrum stafylokokových infekcí je široké, kromě bakteriemie a sepse vyvolává hnisavá onemocnění kůže a měkkých tkání (skin soft tissue infection, SSTI), osteomyelitidy, artritidy i infekční endokarditidy, může vyvolat infekce močových cest nebo pneumonii. Způsobuje purulentní komplikace ran a popálenin, a to zejména u imunitně oslabených, predisponovaných jedinců.

Molekulární epidemiologie MRSA

Recentními studiemi podporovaná teorie o vývoji celosvětově rozšířených klonů MRSA přepokládá jejich původ v několika úspěšných liniích meticilin senzitivního S. aureus (MSSA). Ty nezávisle na sobě získaly stafylokokovou chromozomální kazetu mec (SCCmec) s genem rezistence od tzv. koaguláza negativních stafylokoků a dále se šíří horizontálním přenosem genů [4]. Na základě genetických a epidemiologických charakteristik dělíme kmeny MRSA na nemocniční (HA MRSA), komunitní (CA MRSA) a zvířecí (LA MRSA).

Zvýšené riziko kolonizace nebo infekce kmenem HA MRSA mají starší pacienti s anamnézou pobytu v nemocničním prostředí či v zařízení dlouhodobé péče; obvykle obsahuje typ I, II a III SCCmec elementu. Kmeny vykazují současnou rezistenci na více skupin antibiotik. Vyvolávají obdobné spektrum onemocnění jako meticilin senzitivní kmeny (MSSA), nevyznačují se vyšší virulencí [5]. Způsobují převážně infekce krevního řečiště a katétrové sepse, mohou vyvolat SSTI nebo infekce respiračního a močového ústrojí. Molekulárně genetické studie prokázaly, že většina současných celosvětově rozšířených HA MRSA patří k jednomu z pěti hlavních klonálních komplexů (CC5, CC8, CC22, CC30 a CC45) [6].

O infekci vyvolanou izolátem CA MRSA se, dle obecné definice americké agentury Centers for Disease Control and Prevention, jedná, pokud byl tento kmen identifikován do 48 hodin od přijetí do zdravotnického zařízení a pacient nemá žádnou anamnestickou vazbu na nemocniční prostředí [7]. Komunitní kmeny kolují nejčastěji v kolektivech mladých zdravých lidí a bývají rezistentní pouze na β laktamová antibiotika. Nejobvykleji obsahují typ IV a V SCCmec elementu a typicky produkují exfoliativní toxiny nebo Pantonův–Valentinův leukocidin (PVL) [8]. Od roku 2000 je ve Spojených státech amerických popisována vysoká prevalence infekcí způsobených komunitním klonem ST8 (CC8, SCCmec typu IV, PFGE typ USA300), který vyvolává vzplanutí (tzv. outbreaky) až epidemie SSTI nebo je příčinou vážné nekrotizující pneumonie. Zatímco výskyt CA MRSA je v Evropě spíše raritní (0,8–3,5 %), četnost CA MRSA dosahuje v některých státech USA až 50 % [9–16]. V Evropě dominuje klon ST80 (CC80, SCCmec IV) [17].

V roce 2004 byl poprvé nizozemskými autory popsán zvířecí kmen LA MRSA. Nejvíce se vyskytuje u prasat, koní a telat, ale s menší četností byl prokázán i u drůbeže a domácích mazlíčků. Kmen ­LA MRSA se s největší pravděpodobností vyvinul z MRSA cirkulujícího mezi lidmi a liší se od něho genetickou výbavou. V Evropě patří nejčastěji k ST398 a obsahuje typy IVa, V a VII SCCmec [18]. Charakteristická je pro něj rezistence na tetracyklin, antibiotikum často využívané v živočišné výrobě. Tyto kmeny se přizpůsobily zvířecím hostitelům, ale mohou kolonizovat člověka a za vhodných podmínek vyvolat infekci, i když jejich virulence je nižší [19]. Přenos na člověka je podmíněn blízkým dlouhodobým kontaktem s osídlenými zvířaty [20,21]. Týká se především chovatelů, jejich rodinných příslušníků a veterinářů. V České republice se v roce 2008 uskutečnila prevalenční studie výskytu LA MRSA u prasat. Ten byl ve srovnání s ostatními evropskými státy nízký (1,8 %) [22].

Epidemiologie invazivních MRSA infekcí v Evropě

Podle dat shromažďovaných European Antimicrobial Resistance Surveillance Network kolísá výskyt invazivních infekcí MRSA v jednotlivých evropských státech od 1 do 50 %. Nejnižší frekvenci výskytu mají země severní Evropy, nejvyšší výskyt je zaznamenáván ve středomořských státech. Od začátku sledování v roce 2000 vzrostla prevalence MRSA v České republice trojnásobně (z 3,8 % v roce 2000 až na 12,8 % v roce 2005). Změna celkové prevalence MRSA může být zapříčiněna i rozšířením nového genotypu (t003, ­SCCmec II, ST5), který téměř zcela nahradil původní klon HA MRSA (t030, ­SCCmec III, ST239). Díky mnoha intervenčním opatřením na úrovni jednotlivých států se podíl invazivních infekcí MRSA v celoevropském průměru snižuje, z 18,8 % v roce 2012 na 16,8 % v roce 2015. V České republice je od roku 2005 podíl MRSA prakticky nezměněn a pohybuje se kolem 13 % (13,7 % v roce 2015) [23,24].

Antibiotická rezistence a možnosti terapie

Beta laktamová antibiotika

Flemingův náhodný objev baktericidního účinku produktu plísně Penicillium notatum z roku 1928 se stal jedním z milníků moderní medicíny. O vývoj penicilinu použitelného v humánní medicíně se zasloužili zejména H. Florey a E. Chain, kteří se věnovali problematice purifikace, dávkování a možnosti průmyslové výroby tohoto léku. S celosvětovým rozšířením používání penicilinu začalo postupně narůstat množství rezistentních kmenů; po roce 1960 vykazovalo rezistenci na penicilin až 80 % kmenů S. aureus [25]. Podkladem rezistence je tvorba β laktamázy, která hydrolyzuje β laktamový kruh antibiotika. Za produkci enzymu je zodpovědný gen bla, který je lokalizován na mobilním genetickém elementu (plazmidu), jenž se velmi snadno vertikálně i horizontálně šíří [26].

Zavedení meticilinu v roce 1959, prvního semisyntetického β laktamového an­ti­bio­ti­ka s odolností vůči penicilináze, mělo problémy s narůstající rezistencí na penicilin vyřešit. Ale již v roce 1961 byl ve Velké Británii poprvé hlášen záchyt kmene S. ­aureus rezistentního na toto antibiotikum [27]. Meticilin byl z léčebné praxe vyřazen pro svoji menší stabilitu a vyšší frekvenci nežádoucích účinků (intersticiální nefritida) v porovnání s dalšími antibiotiky z této skupiny. Byl nahrazen kloxacilinem či oxacilinem, avšak termín meticilin rezistentní se používá dodnes jako označení pro kmeny S. aureus odolné vůči syntetickým β laktamovým antibiotikům. Genetickým podkladem rezistence je přítomnost exogenního genu mecA, který se nalézá na elementu SCCmec. Tento gen je zodpovědný za tvorbu alterovaného proteinu PBP2a vázajícího penicilin, který má nižší afinitu pro vazbu meticilinu/oxacilinu a zabraňuje tak jeho účinku, tj. inaktivací transpeptidáz (neboli proteinů vázajících penicilin) inhibovat syntézu peptidoglykanu buněčné stěny. Gen je horizontálně přenosný mezi stafylokoky stejného druhu i mezidruhově [28]. V roce 2010 byl popsán gen mecC, varianta, která je asociována zejména s LA MRSA [29].

Glykopeptidová antibiotika

Mezi glykopeptidová antibiotika s baktericidním účinkem vůči MRSA řadíme vankomycin, teikoplanin a telavancin. Vankomycin byl do klinické praxe zaveden v roce 1956, ale nebyl pro svou nefrotoxicitu a ototoxicitu hojně využíván. Moderními purifikačními postupy a dávkovacími schématy se tyto nežádoucí účinky podařilo omezit. Vankomycin působí inhibičně na tvorbu buněčné stěny, je primárně účinný na grampozitivní bakterie a některé anaeroby, včetně Clostridium difficile. Optimálním způsobem podání je prodloužená intermitentní infuze. Při parenterálním podání má obtížně predikovatelný distribuční objem a clearance. Doporučené dávkovací schéma představuje úvodní podání nasycovací dávky 25–30 mg/kg tělesné hmotnosti a dále se pokračuje udržovacími dávkami 15–20 mg/kg. Půl hodiny před podáním čtvrté dávky se začne monitorovat sérová koncentrace k dosažení klinické účinnosti a k minimalizaci toxicity. Optimální se v tomto případě jeví sérová koncentrace 15–20 mg/l. Infuze se podává maximální rychlostí 10 mg/min, aby se předešlo vzniku tzv. red man syndromu, reakci, která je způsobena degranulací žírných buněk. Při příliš rychlém podávání se projeví jako erytém doprovázený hypotenzí s angioedémem.

Vzestup používání vankomycinu v posledních dvaceti letech jako antibiotika první volby v terapii invazivních onemocnění způsobených MRSA zapříčinil vznik rezistence [30]. V roce 1997 byl z Japonska poprvé hlášen výskyt S. aureus s intermediární rezistencí na vankomycin (VISA). Kmeny VISA nenesou ve svém genomu žádné importované genetické elementy, zvýšení minimální inhibiční koncentrace (MIC) je zde spojeno s mutacemi získanými během prolongované antibiotické terapie [31]. Nálezy podobných kmenů byly zaznamenány celosvětově a podrobnější analýzou populací VISA byla zjištěna heterogenita v citlivosti k β laktamovým antibiotikům. V kultuře kmene heterogenního VISA (hVISA) má většina bakterií nízké hodnoty MIC, které se blíží hodnotám u kmenů citlivých na vankomycin. Nicméně tato kultura také obsahuje subpopulaci bakterií se zvýšenými hodnotami MIC vankomycinu, proto terapie končí často selháním. Kmeny hVISA reprezentují většinu celosvětových izolátů a zdají se být prekurzory méně častých homogenních izolátů VISA. Mechanismus rezistence zahrnuje komplexní změny v metabolismu buněčné stěny, které vedou k jejímu ztluštění, což znemožňuje účinný průnik velké molekuly antibiotika do buňky [32,33]. Dalším možným mechanismem rezistence je zvýšení syntézy D alanyl D alaninu v buněčné stěně, který vyváže molekuly vankomycinu [34]. První kmen vankomycin rezistentního S. aureus (VRSA) byl identifikován v roce 2002 v USA z dialyzačního katétru u diabetičky opakovaně léčené pro infekci MRSA vankomycinem. Izolát VRSA byl v tomto případě nalezen společně s izolátem vankomycin rezistentního enterokoka. Při analýze genomu VRSA byl nalezen nejen gen mecA zodpovědný za rezistenci na β laktamy, ale také gen vanA, který u rodu Enterococcus podmiňuje rezistenci na vankomycin. Předpokládá se přenos genu rezistence mezi oběma kmeny, protože identičnost DNA obou genů byla prokázána sekvenací [35,36].

Účinnost teikoplaninu v porovnání s vankomycinem při terapii MRSA bakteriemie je často diskutována, data získaná metaanalýzou z roku 2010 podpořila názor na srovnatelnost obou léčiv. Teikoplanin má ale menší nefrotoxicitu při dodržení maximální dávky 800 mg/den [37,38]. Pro jeho vysokou vazbu na plazmatické bílkoviny se obvykle podají tři nasycovací dávky a zahájí se monitoring sérových koncentrací, které by se měly pohybovat v rozmezí 20–60 μg/ml. Obvyklá dávka pro dospělé je 400 mg/den. Možnost podávání jednou denně je velmi výhodná při ambulantním parenterálním podávání.

Posledním z této skupiny antibiotik je semisyntetický derivát telavancin, který je díky postrannímu lipofilnímu řetězci až desetkrát účinnější než vankomycin. In ­vitro vykazuje účinek na hVISA i VISA, nicméně jeho aktivita vůči kmenům VRSA se jeví slabá [39]. Je indikován k léčbě nozokomiální pneumonie vyvolané MRSA, kdy ostatní léčiva selhávají nebo nejsou vhodná. Jako všechna léčiva této skupiny je nefrotoxický, doporučené dávkování u dospělých je 10 mg/kg jednou denně.

Daptomycin

Daptomycin patří do skupiny cyklických lipopeptidů a účinkuje pouze na grampozitivní bakterie, včetně MRSA, a na stafylokoky se sníženou citlivostí k vankomycinu [40,41]. Vazbou na cytoplazmatickou membránu inaktivuje některé její metabolické funkce, aniž by pronikal dovnitř buňky [42,43]. Působí rychle, baktericidně, účinkuje na buňky v klidovém stadiu a dobře proniká do biofilmu. Vzácný vznik rezistence je spojen se spontánními mutacemi; citlivost kmenů se snižuje také při prolongované terapii [44,45]. Daptomycin je indikován u SSTI a v kombinační terapii se objevuje v doporučeném postupu pro léčbu stafylokokové infekční endokarditidy [46]. Naopak není vhodný pro terapii pneumonie, neboť je inaktivován surfaktantem. Při podávání je nutno sledovat aktivitu kreatinkinázy, může totiž způsobit svalovou slabost až rhabdomyolýzu. Daptomycin je dobře tolerován v dávce 4−6 mg/kg jednou denně.

Ceftarolin

Do 5. generace cefalosporinů se řadí baktericidní ceftarolin, který má in vitro účinek na MRSA, VISA, hVISA, VRSA i na gramnegativní bakterie. Aktivita proti MRSA je dána jeho afinitou k PBP2a, kde působí změny v konformaci aktivních molekul a blokuje enzymatickou aktivitu [47]. V ČR je schválen k terapii SSTI způsobených MRSA a komunitní pneumonie v dávce 600 mg podávané dvakrát denně.

Linezolid

Velmi dobrý průnik do měkkých tkání, plicního parenchymu a centrální nervové soustavy má bakteriostaticky působící linezolid ze skupiny oxazolidinových antibiotik. Jedná se o rezervní antibiotikum účinné na infekce vyvolané multirezistentními kmeny. Inhibuje proteosyntézu a ovlivňuje tak i produkci bakteriálních toxinů. Je antibiotikem první volby při nekrotizující pneumonii vyvolané kmeny produkujícími PVL [48,49]. Výskyt rezistence na linezolid byl popsán, ale zůstává velmi nízký [50]. Při léčbě trvající déle než dva týdny se může vyskytnout reverzibilní myelosuprese (u zhru­ba 5 % pacientů), maximální doba terapie je v ČR omezena na čtyři týdny [51]. Biologická dostupnost při perorálním a parenterálním podání je stejná, podává se v dávce 600 mg dvakrát denně.

Tedizolid

Pro terapii závažných SSTI je v ČR schválen tedizolid, antibiotikum příbuzné linezolidu. Díky strukturálním změnám v molekule má účinek i na kmeny rezistentní na linezolid [51]. Doporučené dávkování je 200 mg jednou denně. S jeho používáním zatím nejsou velké klinické zkušenosti.

Tigecyklin

Tigecyklin je širokospektré bakteriostatické antibiotikum z nové generace tetracyklinů, které inhibuje proteosyntézu. Svým spektrem účinku pokrývá grampozitivní koky, anaeroby a gramnegativní tyčinky, s výjimkou rodu Pseudomonas, Proteus a Providentia. Je dostupný jen pro parenterální podání a je indikován v léčbě nitrobřišních infekcí, komplikovaných SSTI a nozokomiálních pneumonií. Použití k léčbě invazivních infekcí MRSA je kontroverzní, protože při standardním dávkování dosahuje nízkých sérových koncentrací [52]. Kontraindikován je v těhotenství, při kojení a u dětí ve věku do 18 let. Léčba se zahajuje podáním nasycovací dávky 100 mg a pokračuje dávkováním 50 mg dvakrát denně.

Kotrimoxazol

K dlouhodobé terapii infekcí MRSA je vhodný především kotrimoxazol. Tento kombinovaný sulfonamidový přípravek inhibuje metabolismus kyseliny listové a syntézu DNA, proto je kontraindikován v těhotenství, při kojení a u dětí ve věku do 2 měsíců. Obvyklé dávkování je 960 mg dvakrát denně a je dostupný pro parenterální i perorální podání. Závažným nežádoucím účinkem sulfonamidových přípravků je toxická epidermální nekrolýza (Lyellův syndrom), která se projevuje febriliemi, na kůži exantémem, puchýři a krustami.

Mupirocin

Mupirocin, který u bakterií inhibuje syntézu RNA a proteinů, je obsažen v přípravcích určených k lokálnímu použití při lehkých kožních infekcích. Využívá se také k topické dekolonizaci nosičství MSSA nebo MRSA, jeho účinnost je v obou případech shodná [53]. Uvádí se, že je dosahováno 90% úspěšnosti dekolonizace v prvním týdnu po léčbě, 60% úspěšnosti pak v delším časovém odstupu. Jeho použití ztrácí na významu pro narůstající rezistenci, která je plazmidově vázaná.

Závěr

Staphylococcus aureus je široce rozšířená bakterie, především v důsledku rezistence vůči nepříznivým podmínkám prostředí, jako je vysychání nebo vysoká koncentrace chloridu sodného. Vyskytuje se v prostředí, v jídle, na kůži a sliznicích zvířat. Může dočasně i permanentně kolonizovat člověka, tito jedinci jsou pak ohroženi zvýšeným rizikem vzniku infekčních komplikací. Udává se, že nosičství na nosní sliznici představuje 3× vyšší riziko vzniku bakteriemie [54]. Navzdory dostupnosti účinných antimikrobiálních léků se mortalita bakteriemie způsobené S. aureus pohybuje kolem 20–30 % [55].

Antibiotikem volby v terapii MRSA bakteriemie a endokarditidy zůstává vankomycin. Jeho nasazení v efektivní dávce a za monitoringu koncentrací v prevenci toxicity musí být rychlé, obzvláště v případě sepse. S rozšířením jeho používání se objevily kmeny VISA a VRSA. Do dnešního dne byly u všech zkoumaných kmenů VISA popsány nepřenosné mechanismy rezistence, které v nepřítomnosti vankomycinu mizejí, protože jsou pro buňku velmi energeticky náročné. Proto jsou kmeny VISA považovány z epidemiologického hlediska za menší hrozbu než kmeny VRSA. V České republice nebyl dosud žádný z kmenů S. aureus necitlivých k vankomycinu zachycen. Použití nových alternativních léků, jako jsou daptomycin nebo ceftarolin, je vůči rezistentním kmenům efektivní, ale léčba je ekonomicky náročná.

Tento článek vznikl v rámci projektu Specifického vysokoškolského výzkumu 2017 – SVV 260 398.