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Antibiotika, Antibiotikaresistenz und Resistenztestung
Kurstag 2 Praktikum Infektiologie-Mikrobiologie
Dr. med. Jürgen Bohnert
Institut für Medizinische MikrobiologieUniversitätsklinikum Jena
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Was ist ein Antibiotikum?
antibakterielles Chemotherapeutikum zur Behandlung bakterieller Infektionen
Quelle: Pschyrembel 2011
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Was bedeutet Antibiotikaresistenz?
•Antibiotika verlieren ihre Wirksamkeit gegenüber Bakterien durch verschiedene Resistenzmechanismen•Problem wird verschärft durch übermässigen Gebrauch von Antibiotika in der Human- und Veterinär-medizin
Quelle: www.bund.net
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Wirkverlust von Antibiotika ist tödlich!- Beispiel kalkulierte Initialtherapie der Sepsis
Quelle: Tumbarello et al. 2010
Adequate therapy: mortality 5.6 %
Inadequate therapy: mortality 40.7 %
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Rein statistisch nimmt jeder gesetzlich versicherte Deutsche etwa 5 Tage im Jahr Antibiotika ein (ca. 90 % ambulant)
Antibiotikaverbrauch in Deutschland 2011:
Humanmedizin 800 tVeterinärmedizin 1700 t
Quelle: GERMAP 2012
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Regionale Unterschiede beim Antibiotikaverbrauch
Antibiotikadichte (DDD pro 1.000 GKV-Versicherte und Tag)
Quelle: GERMAP 2012
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Von der guten alten Zeit …..
Quelle: Life Magazine, 14.8.1944 aus Rolinson, 1971
“Es ist an der Zeit das Buch der Infektionskrankheiten zu schliessen, den Krieg gegen Seuchen für gewonnen zu erklären und nationale Resourcen chronischen Problemen wie Herzerkrankungen zu widmen.” William H. Stewart, Surgeon General of the United States, 1967
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Quelle: M. Kresken, PEG-Resistenzstudie
… zur harten Realität von Heute
“Es ist nicht schwierig, Bakterien im Labor resistent gegen Penicillin zu machen indem man ihnen Konzentrationen verabreicht, die sie nicht umbringen.”Alexander Fleming in seiner Rede anlässlich der Verleihung des Nobelpreises 1945
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Hitliste der 15 am meisten verordneten Antibiotika in deutschen Kliniken
Quelle: MABUSE Netzwerk, Daten von 2004
• MRSAs und ESBLs sind gegen mindestens 8 der 15 am meisten in der Klinik verordneten i.v. Antibiotika und oft auch noch gegen die 2 meist-verordneten Fluorchinolone resistent
MRSA
• Ergo: es bleiben nicht mehr viele Substanzen auf dieser Liste übrig !!
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Die Antibiotika-Pipeline ist ziemlich leer !
Quelle: Extending the Cure, 2008
Zahl
neu
zug
elas
sene
r Ant
ibio
tika
Aminoglykoside
ß-LaktameLipopeptideMakrolide/Lincos.StreptogramineOxazolidinoneChinoloneTetrazyklineAndere
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Antibiotikaklassen nach Wirkprinzip•Zellwandaktiv: ß-Lactame, Aminoglykoside, Glykopeptide, Polymyxine •Proteinsynthesehemmung: Aminoglykoside, Tetracycline, Makrolide, Oxazolidinone•DNA-Replikationshemmer: Fluorchinolone•Antimetabolismus: Sulfonamide
Merke: All diese Wirkmechanismen sind anfällig für Resistenzentwicklung über
1. Veränderung des Wirkortes2. Reduktion der Konzentration des Antibiotikums am Wirkort3. Aktivierung alternativer Stoffwechselwege
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Wie wirken ß-Lactam-Antibiotika ?
Gramnegative (z.B. E. coli,
P. aeruginosa)
Grampositive (z.B. Staphylokokken,
Streptokokken)
Plasmamembran Plasmamembran
Äussere Membran
Murein
PBP PBPPBP PBP
Blockade der Mureinquervernetzung durch Bindung an Penicillin-Bindeproteine (PBP)
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Resistenzmechanismen gegen ß-Lactam-Antibiotika• Veränderung des Wirkortes:
- alternative PBPs -> MRSA (PBP2A)- alternative Vorstufen -> VRE (VanA / VanB)
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Resistenzmechanismen gegen ß-Lactam-Antibiotika• Veränderung des Wirkortes:
- alternative PBPs -> MRSA (PBP2A)- alternative Vorstufen -> VRE (VanA / VanB)
• Abbau des Antibiotikums durch ß-Lactamasen bei Gramnegativen - Ampicillinresistenz (TEM, SHV) - 3.Generationscephalosporinresistenz ESBL (TEM, SHV, CTX-M), AmpC- Carbapenemresistenz (NDM-1, VIM, OXA-48…)
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Resistenzmechanismen gegen ß-Lactam-Antibiotika• Veränderung des Wirkortes:
- alternative PBPs -> MRSA (PBP2A)- alternative Vorstufen -> VRE (VanA / VanB)
• Abbau des Antibiotikums durch ß-Lactamasen bei Gramnegativen - Ampicillinresistenz (TEM, SHV) - 3.Generationscephalosporinresistenz ESBL (TEM, SHV, CTX-M), AmpC- Carbapenemresistenz (NDM-1, VIM, OXA-48…)
• Universelle Resistenzmechanismen wie Efflux, Porinverlust, Veränderung der äusseren Membran bei Gramnegativen
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Entwicklung der Methicillin-(Oxacillin)-Resistenz bei Staph. aureus in Deutschland
Quelle: M. Kresken, Jahrestagung der PEG 2012
Merke: MRSA sind gegen so gut wie alle ß-Lactam-Antibiotika incl. Carbapeneme resistent (Ausnahme 5G-Cephalosporine)!Bestimmung der ß-Lactam-Resistenz mit Cefoxitin.
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Quelle: M. Kresken, Jahrestagung der PEG 2012
Entwicklung der Resistenzlage bei E. coli (PEG Resistenzstudie)
Extended Spectrum Beta-Lactamasen: Resistenz gegenüber Cephalosporinen incl. 3. Generation (Cefotaxim, Ceftazidim), aber im Gegensatz zu MRSA noch Carbapenem-empfindlich. Hemmbar durch Clavulansäure.
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Quelle: European Antimicrobial Resistance Surveillance Network (EARS-Net)
E. coli 3.-Gen. Cephalosporin-Resistenzentwicklung in Europa
2001 2013
In Schweden mehr Basispenicilline, weniger Cephalosporine !
10,8%
5,2%
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Quelle: European Antimicrobial Resistance Surveillance Network (EARS-Net)
K. pneumoniae Carbapenemresistenz in Europa
2005 2013
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Wann ist ein Keim resistent?Resistenz …
… besteht, wenn die minimale Hemmkonzentration (MHK = niedrigste
Konzentration, die die Vermehrung von Mikroorganismen noch hemmt)
eines Antibiotikums höher liegt als die Serumkonzentration des Patienten,
die erreicht werden muss, um eine Wirkung zu erzielen.
In der EU hierbei Orientierung an den EUCAST – Grenzwerten
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PK/PD: Zeit- versus Konzentrations-abhängige Wirkung
0
MHK
Cmax:MHK
T>MHK*
Konzentration
Zeit (Stunden)
• ß-Lactam-Antibiotika: zeitabhängige Wirkung
• Aminoglykosid-Antibiotika: konzentrationsabhängige Wirkung
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Praktische Anwendung der Grenzwerte- Beispiel Enterobacteriaceae
Agardiffusionstest (Messen der Hemmhofgröße)
Etest (direktes Ablesender MHK)
Inkubation auf Müller-Hinton-Agar (ggf. mit Pferdeblut / NAD)
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Weitere Möglichkeiten zur Messung einer MHK
Bestimmung mittels Automaten (z.B. VITEK 2)Bestimmung mittels Reihenverdünnungstest (in MHB)
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MRSA- und VRE-Screening mittels chromogener Agarplatten
MRSA VRE
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MRGN-Screening: chromogener Agar K. pneumoniae ESBL
„ESBL“:Cephalosporin-resistent
„KPC“:Carbapenem-resistent
E. coli ESBL
K. pneumoniae 4MRGN
türkis:Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Citrobacter
rot:E. coli
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ESBL: Resistenz gegen 3GC, Hemmung durch Clavulansäure
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Neue MRGN-Klassifikation lt. RKI
Quelle: Epidemiologisches Bulletin 45/2012
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Spezifischer Nachweis eines Resistenz-genes mit PCR - Beispiel MRSA
Single-Locus Real Time PCR:Zielsequenz in SCCmec-Kassette (mecA) und anschließender orfX-Region
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Nachweis von ESBL-Plasmid-Resistenzgenen mittels PCR ist leider etwas aufwändiger !
Oft Resistenz gegenüber bis zu 5 (!) verschiedenen Antibiotikaklassen (ß-Lactame: TEM-1, OXA-1, CTX-M-15, Tetracycline: TetA, Fluorchinolone+Aminoglykoside: aac-(6′)-lb-cr, Chloramphenicol)
Quelle: Smet et al., 2010
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Schnelle und einfach zu handhabende Alternativen zur klassischen PCR
Isothermale Amplifikation Automatisierte Microarray-Hybridisierung