Laajakirjoiset β-laktamaasit (ESBL, extended-spectrum β-lactamases) ovat β-laktamaaseja, jotka pystyvät hydrolysoimaan kolmannen polven kefalosporiineja (esim. kefotaksiimi) ja monobaktaameja (atstreonaami). Ne pystyvät yleensä hajottamaan myös penisilliinejä sekä ensimmäisen ja toisen polven kefalosporiineja. Laajakirjoisia β-laktamaaseja esiintyy kaikissa β-laktamaasi-luokissa. Laajakirjoisia β-laktamaaseja koodaavia geenejä esiintyy erityisesti gramnegatiivisissa Enterobacteriaceae -heimon sauvabakteereissa ( Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae ja Salmonella spp). Niitä on myös muissa gramnegatiivissa sauvabakteereissa. ESBL-geenejä on sekä bakteerien kromosomeissa että plasmideissa. Horisontaalisia, laji- ja sukurajat ylittäviä β-laktamaasi- ja ESBL-geenien siirtymisiä on tapahtunut usein. Tärkeimmät geeniperheet ovat nimeltään TEM, SHV ja CTX-M. Eri entsyymit numeroidaan perheittäin, esim. TEM-3.
Käytännössä ESBL:lla tarkoitetaan usein vain plasmideissa leviäviä A-luokan laajakirjoisia β-laktamaaseja, jotka pystyvät hajottamaan kolmannen polven kefalosporiineja, mutta ovat herkkiä ns. β-laktamaasi-inhibiittoreille kuten klavulaanihapolle. Luokkaan A kuuluvia β-laktamaaseja ovat mm. TEM-, SHV- ja CTX-M – ryhmien β-laktamaasit.
TEM-1 on vanhin TEM -ryhmän β-laktamaaseista. Siitä on kehittynyt pistemutaatioiden kautta suuri joukko erilaisia laajakirjoisia TEM -β-laktamaaseja. Myös β-laktamaasi-inhibiitoreille resistenttejä variantteja on löydetty useita. Tällä hetkellä tunnetaan kaikkiaan 183 erilaista TEM-varianttia (http://www.lahey.org/Studies/).
SHV -ryhmään kuuluu tällä hetkellä 137 erilaista β-laktamaasia. Niistä suurin osa on laajakirjoisia (http://www.lahey.org/Studies/).
Kolmannen A-luokkaan kuuluvan β-laktamaasi-ryhmän muodostavat CTX-M -β-laktamaasit. Niitä on löydetty yli 100 erilaista varianttia. Kaikkia CTX-M -ryhmän β-laktamaaseja pidetään laajakirjoisina, eli ne kaikki pystyvät hydrolysoimaan kolmannen polven kefalosporiineja (http://www.lahey.org/Studies/).
Enterobacteriaceae-heimon kannan voi epäillä tuottavan ESBL:a, mikä sen herkkyys 3. polven kefalosporiineille tai monobaktaameille on alentunut (EUCAST:n standardin mukaan tulkittuna). ESBL:n tuotto varmistetaan, joko ns. yhdistelmäkiekkotestillä tai käyttämällä tähän tarkoitukseen kehitettyjä Etestejä. Varmistustestit perustuvat klavulaanihapon kykyyn estää ESBL-entsyymin toiminta. EUCAST-standardi ei tunne ESBL-varmistustestiä. Hyvä ja toimiva menetelmä on amerikkalaisen CLSI:n suosittelema yhdistelmäkiekkotesti, jonka periaatteet ja tulkinnat on esitetty taulukoissa 1 ja 2. CLSI:n standardissa ESBL:a tuottava kanta varmistetaan kahdella antibiootilla, kefotaksiimi ja keftazidiimi. Kiekkoihin perustuvassa varmistuksessa on käytettävä CLSI:n suosittelemia kiekkoja, joiden antibioottipitoisuus on 30 µg, sillä tällä hetkellä ei ole tietoa miten pienemmän antibioottimäärän omaavat kiekot toimivat testissä. HPA:n (Health Protection Agency) kansallisessa standardissa, joka on periaatteeltaan sama kuin CLSI:n standardi, suositellaan myös kefpodoksiimi-yhdistelmäkiekon käyttöä (6). Kefpodoksiimin kohdalla käytetään 10 µg:n kiekkoa (5).
Yhdistelmäkiekkoja ja Etestejä käytettäessä on varmistettava kunkin valmistajan ohjeista, että kyseisen kiekon tai Etestin tulos ja tulkinta vastaavat taulukoita 1 ja 2.
Yhdistelmäkiekkotesti ja vastaavasti Etestit soveltuvat E. coli, K. pneumoniae, K. oxytoca- ja Proteus mirabilis -kannoille, joilla ei siis ole kromosomaalista indusoituvaa ampC-geeniä. Testiä voi käyttää myös Salmonella-kannoille ( Salmonella enterican serotyypit), joilla tämän hetkisen tiedon perusteella ei ole kromosomaalista ampC-geeniä. Testien toimivuudesta Salmonella-kantojen kohdalla on kuitenkin vähemmän kokemusta. Niiden Enterobacteriaceae-heimon lajien kohdalla, joilla on kromosomaalinen indusoituva ampC-geeni, on muistettava, että klavulaanihappo saattaa indusoida ampC-geenin ilmentymisen, mistä voi seurata väärä negatiivinen yhdistelmäkiekkotulos. Talukossa 1 esitetyt testit eivät siis ole luotettavia Enterobacter-, Providencia-, Serratia -lajien, Citrobacter freundii- ja Morganella morganii-kantojen kohdalla. Mikäli ESBL:a tuottavia kantoja halutaan todeta, on parempi käyttää AmpC-β-laktamaasia paremmin kestäviin antibiootteihin perustuvia testejä. Kaupallisesti on saatavilla kefepiimi/klavulaanihappo- tai kefpirome/klavulaanihappo-yhdistelmäkiekkoja ja vastaavia Etestejä. Tulkinnat on tehtävä kiekkojen ja testien valmistajan ohjeiden mukaisesti.
Klebsiella-lajien kromosomaaliset β-laktamaasit (SHV-1, K1 ja LEN) voivat jossain tilanteessa antaa väärän positiivisen tuloksen. Tämä on osoitettu hyvin erityisesti K. oxytocan kohdalla (1). Noin 10-20% K. oxytoca-kannoista ilmentää kromosomaalista K1-β-laktamaasia niin paljon, että ne antavat positiivisen tuloksen kefotaksiimi/klavulaanihappo-testillä. Nämä kannat ovat kuitenkin lähes aina herkkiä keftatsidiimille.
Taulukoissa 1 ja 2 esitetyt ESBL:n varmistustestit eivät hyvin sovellu Acinetobacter baumannii- ja Pseudomonas aeruginosa –kannoille. ESBL-geenien esiintyminen näissä lajeissa on lisäksi harvinaista. Molekulaariset menetelmät ovat paras tapa ESBL:n tuoton osoittamiseen näissä lajeissa.
ESBL-geenit voidaan osoittaa PCR:n avulla. TEM- ja SHV- geenien kohdalla on geenin lisäksi varmistettava oikeiden pistemutaatioiden löytyminen sekvensoimalla. Kromosomaalisten β-laktamaasigeenien läsnäolo saattaa vaikeuttaa plasmidivälitteisten β-laktamaasigeenien molekulaarista toteamista. ESBL-geenien kohdalla tämä koskee
K. pneumoniae –kantoja, joilla on kromosomaalinen SHV-geeni.
AmpC-β-laktamaaseja on useita. Osalla bakteereista on kromosomissa ampC-geeni. Se on yleensä indusoituva, eli normaalisti sen ilmentyminen on vähäistä, eikä se aiheuta juurikaan β-laktaamiresistenssiä. Tietyt antibiootit (esim. klavulaanihappo) ja soluseinän komponentit voivat indusoida ampC-geenin ilmentymisen, jolloin sitä tuotetaan siis normaalia enemmän, mikä vaikuttaa β-laktaamiresistenssiin. Indusoituvan kromosomaalisen ampC-geenin ilmentyminen voi muuttua myös mutaatioiden kautta konstitutiiviseksi, jolloin kyseessä on ns. AmpC:n hyperetuottaja. Tällaisessa tilanteessa bakteerikanta muuttuu yleensä resistentiksi kefalosporiineja (mukaan lukien kefamysiinit), penisilliinejä ja monobaktaameja kohtaan. Kanta saattaa kuitenkin olla herkkä AmpC-β-laktamaasia suhteellisen hyvin kestäville antibiooteille kefepiimi ja kefpirome.
AmpC-β-laktamaaseja koodaavia geenejä löydetään myös erilaisista plasmideista. Tällöin puhutaan plasmidivälitteisestä AmpC:stä. Yleensä plasmidissa oleva ampC-geeni aiheuttaa samanlaisen resistenssiprofiilin kuin konstitutiivisesti ilmentyvä kromosomaalinen ampC-geeni. Plasmidit voivat siirtyä myös sellaisiin bakteerilajeihin, joilla ei ole kromosomaalista ampC-geeniä ja aiheuttavat siten vastaavanlaisen resistenssifenotyypin kuin konstitutiivisesti ilmentyvä kromosomaalinen ampC-geeni.
Enterobacter-, Providencia-, Serratia -lajien, Citrobacter freundii- ja Morganella morganii-kantojen kohdalla (kaikilla indusoituva ampC-geeni) kefalosporiiniresistenssi johtuu yleensä kromosomaalisessa geenissä tapahtuneista muutoksista eli siis AmpC:n hypertuotosta. Näiden lajien kohdalla tarkka lajitunnistus on tärkeää, sillä sen perusteella voidaan arvioida mahdollista resistenssin kehittymistä. Esimerkiksi Enterobacter-lajien kohdalla, AmpC-hypertuottajien valikoituminen kefalosporiinihoidon aikana on mahdollista. Mikäli 3. polven kefalosporiineja käytetään monoterapiana Enterobacter- infektion hoidossa, on noin 20% riski sille, että kanta muuttuu resistentiksi hoidon aikana (2). Plasmidivälitteisen AmpC:n toteaminen fenotyyppisillä menetelmillä ei ole mielekästä näiden kantojen kohdalla sillä sen erottaminen kromosomaalisen AmpC:n hypertuotosta on vaikeaa. Näillä lajeilla voi esiintyä myös ESBL-geenejä ja myös muut tekijät kuin β-laktamaasit, voivat aiheuttaa kefalosporiiniresistenssiä.
Plasmidivälitteisen AmpC:n toteaminen on mielekästä niiden lajien kohdalla, joilla ei ole indusoituvaa kromosomaalista ampC-geeniä. Tällaisia ovat Klebsiella-lajit, Proteus mirabilis- ja Salmonella-kannat. E. colin kromosomissa on ampC-geeni, jonka säätelyalue on muuttunut siten, että ampC-geenin ilmentyminen on hyvin vähäistä. Esimerkiksi klavulaanihappo ei indusoi sen ilmentymistä. Ilmentyminen voi kyllä lisääntyä geneettisten muutosten johdosta, joka johtaa ampC:n hypertuottoon. Tämän fenotyypin erottaminen plasmidivälitteisestä AmpC:stä on mahdotonta. Plasmidivälitteisen ampC-geenin omaavat K. pneumoniae -kannat ovat aiheuttaneet epidemioita eri puolilla maailmaa.
Klavulaanihappo ei inhiboi AmpC:n toimintaa eli siis yhdistelmäkiekkotesti (taulukko 3) ei anna positiivista tulosta kannalle, joka tuottaa vain ampC-geeniä. AmpC hajottaa kefamysiinejä (kefoksitiini) toisin kuin ESBL:t eli kannat ovat siis resistenttejä kefamysiineille (CLSI:n standardi). Toisaalta AmpC:n kyky hajottaa kefepiimiä ja kefpiromia on heikko, eli se yksinään ei aiheuta resistenssiä näitä antibiootteja kohtaan (3). Plasmidivälitteisen AmpC:n toteamisessa voi käyttää myös kaupallisia tätä tarkoitusta varten valmistettuja testejä, joiden tulkinnat on tehtävä valmistajan ohjeiden mukaisesti.
ESBL-geenit ja muut β-laktamaasit kuten myös bakteerien solukalvon muutokset saattavat häiritä palsmidivälitteisen AmpC:n toteamista. ampC-geenit (useita erilaisia) voidaan osoittaa PCR-menetelmällä. Bakteerien kromosomaaliset ampC-geenit vaikeuttavat PCR-menetelmän käyttöä. PCR-menetelmät ovat hyödyllisiä ampC-geenien osoittamisessa esim. Klebsiella –lajien ja Salmonellojen kohdalla. Taulukossa 4 on lueteltuna tärkeimmät ampC-geenit, joille on myös julkaistu PCR-menetelmät.
Enterobacteriaceae -kannan voi olettaa tuottavan plasmidivälitteistä AmpC-β-laktamaasia mikäli kannan kefalosporiiniherkkyys on alentunut ja se ei tuota ESBL:ää (negatiivinen ESBL-varmistustesti). Tällaisille kannoille kannattaa tehdä lisäherkkyyksiä tai käyttää kaupallisia AmpC:n toteamiseen tarkoitettuja testejä.HUOM! vaikka AmpC-β-laktamaasi ei hajota tehokkaasti kefepiimiä, voi kanta silti olla resistentti kefepiimille.
AmpC:tä tuottavat
Enterobacteriaceae-kannat
Plasmidivälitteinen
ampC on vastattava sairaalahygieenisesti merkittävänä löydöksenä. Herkkyydet vastataan kuitenkin EUCASTin standardin mukaisesti herkkyysmäärityksen tuloksen perusteella. Plasmidivälitteisen AmpC:n toteaminen on mielekästä niiden lajien kohdalla, joilla ei ole kromosomaalista
ampC-geeniä (
Klebsiella-lajit,
Proteus mirabilis ja
Salmonella enterican serotyypit). Muiden
Enterobacteriaceae-heimon lajien kohdalla plasmidivälitteisen
ampC:n toteaminen on hankalaa. Mikäli plasmidivälitteinen
ampC-geeni kuitenkin todetaan, on muidenkin
Enterobacteriaceae-heimon lajien kohdalla löydöstä pidettävä ESBL:n tapaan sairaalahygieenisesti merkittävänä.
Niiden lajien kohdalla, joilla on indusoituva ampC-geeni, on syytä vastaukseen laittaa huomautus siitä, että kanta voi kefalosporiinihoidon aikana muuttua resistentiksi kefalosporiineille.
Muut ESBL:a tuottavat lajit
Yleensä nämä ovat harvinaisia löydöksiä. Herkkyystulokset vastataan EUCAST-standardin mukaan. ESBL:n löytyminen on sairaalahygieenisesti merkittävä.