AmpC

Titel: RNA-basierter molekularer Nachweis von AmpC-Beta-Laktamasen

Projektleiter: Dr. rer. nat. Oliwia Makarewicz

Beteiligte Partner innerhalb der Forschergruppe: Dr. Christian Brand, Dr.. Claudia Stein#

Förderzeitraum: 01.04.2015-31.03.2020

Gefördert durch BMBF, Förderkennzeichen 01KI1501

Kurzbeschreibung:

AmpC β-Laktamasen werden molekular nach Ambler et.al. den Serin-β-Laktamasen der Klasse C zugeordnet. Sie zählen zu Cephalosporinasen, die sich durch eine höhere Substrataffinität gegenüber Cephalosporinen auszeichnen und eine vergleichsweise geringere Aktivität gegen Penicilline haben. AmpC β-Laktamasen können sowohl plasmidal (unregulierte Genexpression) als auch chromosomalen lokalisiert (induzierbare Genexpression) auftreten [1, 2]. Sie sind klinisch zunehmend von Bedeutung, denn bei 19 % der sensitiv getesteten, AmpC-tragenden Gram-negativen Stämmen entsteht eine Cephalosporin-Resistenz unter Antibiotika-Behandlung [3, 4]. Patienten die eine solche Resistenz entwickeln, weisen eine doppelt so hohe Mortalität auf (26% versus 13%) [5]. Die Behandlungsmöglichkeiten bei Infektionen durch AmpC-Bildner sind auf Cephalosporine der vierten Generation und Carbapeneme beschränkt.

Durch eine Koexistenz mit ESBLs (fast 10 %) und/oder Carbapenemasen [6, 7] wird die Identifikation von AmpC durch herkömmliche Resistenzphänotypisierung erschwert und ihre Prävalenz wahrscheinlich unterschätzt. Obwohl AmpCs zu den Cephalosporinasen gehören, können sekundäre Mechanismen wie Porinverlust oder eine Überaktivität der Efflux-Pumpen die eigentliche Enzymeffektivität verstärken und zu einer Carbapenem-Resistenz führen [8-11]. Verfügbare molekulare Schnelltests sind nicht darauf ausgelegt und nur sehr unzuverlässig bei der Detektion von AmpCs [12, 13]. Eine fehlende einheitliche Definition und falsche Zuordnungen der Varianten in dieser b-Laktamase-Klasse sowie hohe Verwandtschaft zu anderen Enzymen erschweren die eigentliche Sequenzanalyse [14, 15], was eine umfassende Sequenz-Datenbank und eine phylogenetische Abgrenzung zwingend erforderlich macht.

Ziel dieses Projektes ist ein differenzieller Nachweis von AmpC β-Laktamasen. Dazu werden umfangreiche Analyse der phylogenetischen Verwandtschaft sowie der klinischen Relevanz und Epidemiologie durchgeführt. Anhand dieser Daten werden Sequenzbereiche evaluiert, die sich für Primer und Sonden eignen.

Referenzen:

1. Pitout, J.D. and K.B. Laupland, Extended-spectrum beta-lactamase-producing Enterobacteriaceae: an emerging public-health concern. Lancet Infect Dis, 2008. 8(3): p. 159-66.
2. Philippon, A., G. Arlet, and G.A. Jacoby, Plasmid-determined AmpC-type beta-lactamases. Antimicrob Agents Chemother, 2002. 46(1): p. 1-11.
3. Coudron, P.E., E.S. Moland, and K.S. Thomson, Occurrence and detection of AmpC beta-lactamases among Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, and Proteus mirabilis isolates at a veterans medical center. J Clin Microbiol, 2000. 38(5): p. 1791-6.
4. Kaye, K.S., et al., Risk factors for emergence of resistance to broad-spectrum cephalosporins among Enterobacter spp. Antimicrob Agents Chemother, 2001. 45(9): p. 2628-30.
5. Cosgrove, S.E., et al., Health and economic outcomes of the emergence of third-generation cephalosporin resistance in Enterobacter species. Arch Intern Med, 2002. 162(2): p. 185-90.
6. Grover, N., A.K. Sahni, and S. Bhattacharya, Therapeutic challenges of ESBLS and AmpC beta-lactamase producers in a tertiary care center. Med J Armed Forces India, 2013. 69(1): p. 4-10.
7. Poulou, A., et al., Evaluation of a Modified CLSI ESBL Confirmatory Test for The Phenotypic Detection of Extended-Spectrum beta-Lactamases among Enterobacteriaceae Producing Various beta-Lactamases. J Clin Microbiol, 2014.
8. Gutierrez, O., et al., Molecular epidemiology and mechanisms of carbapenem resistance in Pseudomonas aeruginosa isolates from Spanish hospitals. Antimicrob Agents Chemother, 2007. 51(12): p. 4329-35.
9. Kohler, T., et al., Carbapenem activities against Pseudomonas aeruginosa: respective contributions of OprD and efflux systems. Antimicrob Agents Chemother, 1999. 43(2): p. 424-7.
10. Livermore, D.M., Multiple mechanisms of antimicrobial resistance in Pseudomonas aeruginosa: our worst nightmare? Clinical infectious diseases : an official publication of the Infectious Diseases Society of America, 2002. 34(5): p. 634-40.
11. Quale, J., et al., Interplay of efflux system, ampC, and oprD expression in carbapenem resistance of Pseudomonas aeruginosa clinical isolates. Antimicrob Agents Chemother, 2006. 50(5): p. 1633-41.
12. Morosini, M.I., et al., Rapid Detection of beta-Lactamase Hydrolyzing Extended-Spectrum Cephalosporins in Enterobacteriaceae Using the New Chromogenic betaLACTA Test. J Clin Microbiol, 2014.
13. Renvoise, A., et al., Evaluation of the betaLacta test, a rapid test detecting resistance to third-generation cephalosporins in clinical strains of Enterobacteriaceae. J Clin Microbiol, 2013. 51(12): p. 4012-7.
14. Weng, S.F., Y.F. Chao, and J.W. Lin, Identification and characteristic analysis of the ampC gene encoding beta-lactamase from Vibrio fischeri. Biochem Biophys Res Commun, 2004. 314(3): p. 838-43.
15. Lin, J.W., et al., Characteristic analysis of the ampC gene encoding beta-lactamase from Photobacterium phosphoreum. Biochem Biophys Res Commun, 2005. 326(3): p. 539-47.