Methoden Resistenzen - Medizinische Mikrobiologie

Antibiotika, Antibiotikaresistenz
und Resistenztestung
Kurstag 2 Praktikum Infektiologie-Mikrobiologie
Dr. med. Jürgen Bohnert
Institut für Medizinische Mikrobiologie
Universitätsklinikum Jena
Was ist ein Antibiotikum?
antibakterielles Chemotherapeutikum zur
Behandlung bakterieller Infektionen
Quelle: Pschyrembel 2011
Was bedeutet Antibiotikaresistenz?
•Antibiotika
verlieren ihre Wirksamkeit gegenüber
Bakterien durch verschiedene Resistenzmechanismen
•Problem wird verschärft durch übermässigen
Gebrauch von Antibiotika in der Human- und Veterinärmedizin
Quelle: www.bund.net
Wirkverlust von Antibiotika ist tödlich!
- Beispiel kalkulierte Initialtherapie der Sepsis
Adequate therapy: mortality 5.6 %
Inadequate therapy: mortality 40.7 %
Quelle: Tumbarello et al. 2010
Rein statistisch nimmt jeder gesetzlich versicherte
Deutsche etwa 5 Tage im Jahr Antibiotika ein
(ca. 90 % ambulant)
Antibiotikaverbrauch
in Deutschland 2011:
Humanmedizin 800 t
Veterinärmedizin 1700 t
Quelle: GERMAP 2012
Regionale Unterschiede beim
Antibiotikaverbrauch
Antibiotikadichte (DDD pro 1.000 GKV-Versicherte und Tag)
Quelle: GERMAP 2012
Von der guten alten Zeit …..
aus Rolinson, 1971
Quelle: Life Magazine, 14.8.1944
“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
… zur harten Realität von Heute
Quelle: M. Kresken,
PEG-Resistenzstudie
“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
Hitliste der 15 am meisten verordneten
Antibiotika in deutschen Kliniken
MRSA
• 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
• Ergo: es bleiben nicht
mehr viele Substanzen
auf dieser Liste übrig !!
Quelle: MABUSE Netzwerk, Daten von 2004
Zahl neu zugelassener Antibiotika
Die Antibiotika-Pipeline ist ziemlich leer !
Aminoglykoside
ß-Laktame
Lipopeptide
Makrolide/Lincos.
Streptogramine
Oxazolidinone
Chinolone
Tetrazykline
Andere
Quelle: Extending the Cure, 2008
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 Wirkortes
2. Reduktion der Konzentration des Antibiotikums am
Wirkort
3. Aktivierung alternativer Stoffwechselwege
Wie wirken ß-Lactam-Antibiotika ?
Grampositive
(z.B. Staphylokokken,
Streptokokken)
Gramnegative
(z.B. E. coli,
P. aeruginosa)
Äussere Membran
PBP
PBP
PBP
Plasmamembran
Murein
PBP
Plasmamembran
Blockade der Mureinquervernetzung durch Bindung
an Penicillin-Bindeproteine (PBP)
Resistenzmechanismen gegen
ß-Lactam-Antibiotika
•
Veränderung des Wirkortes:
- alternative PBPs -> MRSA (PBP2A)
- alternative Vorstufen -> VRE (VanA / VanB)
Resistenzmechanismen gegen
ß-Lactam-Antibiotika
•
•
Veränderung des Wirkortes:
- alternative PBPs -> MRSA (PBP2A)
- alternative Vorstufen -> VRE (VanA / VanB)
Abbau des Antibiotikums durch ßLactamasen bei Gramnegativen
- Ampicillinresistenz (TEM, SHV)
- 3.Generationscephalosporinresistenz
ESBL (TEM, SHV, CTX-M), AmpC
- Carbapenemresistenz (NDM-1, VIM,
OXA-48…)
Resistenzmechanismen gegen
ß-Lactam-Antibiotika
•
•
•
Veränderung des Wirkortes:
- alternative PBPs -> MRSA (PBP2A)
- alternative Vorstufen -> VRE (VanA / VanB)
Abbau des Antibiotikums durch ßLactamasen 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
Entwicklung der Methicillin-(Oxacillin)Resistenz bei Staph. aureus in Deutschland
Merke: MRSA sind gegen so gut wie alle ß-Lactam-Antibiotika incl.
Carbapeneme resistent (Ausnahme 5G-Cephalosporine)!
Bestimmung der ß-Lactam-Resistenz mit Cefoxitin.
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.
Quelle: M. Kresken, Jahrestagung der PEG 2012
E. coli 3.-Gen. CephalosporinResistenzentwicklung in Europa
In Schweden mehr Basispenicilline, weniger Cephalosporine !
5,2%
10,8%
2001
Quelle: European Antimicrobial Resistance Surveillance Network (EARS-Net)
2013
K. pneumoniae
Carbapenemresistenz in Europa
2005
Quelle: European Antimicrobial Resistance Surveillance Network (EARS-Net)
2013
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
PK/PD: Zeit- versus Konzentrationsabhängige Wirkung
Cmax:MHK
Konzentration
•
•
ß-Lactam-Antibiotika:
zeitabhängige Wirkung
Aminoglykosid-Antibiotika:
konzentrationsabhängige
Wirkung
MHK
T>MHK*
0
Zeit (Stunden)
Praktische Anwendung der Grenzwerte
- Beispiel Enterobacteriaceae
Agardiffusionstest (Messen
der Hemmhofgröße)
Etest (direktes Ablesen
der MHK)
Inkubation auf Müller-Hinton-Agar (ggf. mit Pferdeblut / NAD)
Weitere Möglichkeiten zur
Messung einer MHK
Bestimmung mittels
Reihenverdünnungstest (in MHB)
Bestimmung mittels Automaten (z.B. VITEK 2)
MRSA- und VRE-Screening
mittels chromogener Agarplatten
MRSA
VRE
MRGN-Screening: chromogener Agar
K. pneumoniae ESBL E. coli ESBL
„ESBL“:
Cephalosporinresistent
rot:
E. coli
„KPC“:
Carbapenemresistent
K. pneumoniae 4MRGN
türkis:
Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Citrobacter
ESBL: Resistenz gegen 3GC, Hemmung
durch Clavulansäure
Neue MRGN-Klassifikation lt. RKI
Quelle: Epidemiologisches Bulletin 45/2012
Spezifischer Nachweis eines Resistenzgenes mit PCR - Beispiel MRSA
Single-Locus Real Time PCR:
Zielsequenz in SCCmec-Kassette (mecA) und
anschließender orfX-Region
Nachweis von ESBL-Plasmid-Resistenzgenen
mittels PCR ist leider etwas aufwändiger !
Oft Resistenz gegenüber bis zu 5 (!) verschiedenen Antibiotikaklassen (ßLactame: TEM-1, OXA-1, CTX-M-15, Tetracycline: TetA,
Fluorchinolone+Aminoglykoside: aac-(6′)-lb-cr, Chloramphenicol)
Quelle: Smet et al., 2010
Schnelle und einfach zu handhabende
Alternativen zur klassischen PCR
Isothermale Amplifikation
Automatisierte Microarray-Hybridisierung