Genetisk grunnlag for resistens

Resistens mot antimikrobielle midler kan være naturlig eller ervervet (Tabell 1) (3). Flere bakterier er naturlig resistente overfor visse antibiotika. Som eksempler fra munnhulens mikroflora kan nevnes Actinomyces-arter, Streptococcus-arter og Actinobacillus actinomycetemcomitans. Disse bakteriene mangler et essensielt enzym (nitroreduktase) som er nødvendig for å omdanne metronidazol til aktivt preparat ved normale terapeutiske konsentrasjoner. I tillegg er flere av munnhulens gramnegative anaerobe bakterier naturlig resistente overfor erytromycin på grunn av cellemembranstrukturen som forhindrer dette antibiotikumet å trenge inn i bakteriene (4).

Ved spontane mutasjoner i bakterienes DNA kan det oppstå varierende grad av resistens. Sannsynligheten for slike mutasjoner er størst ved infeksjoner hvor det foreligger et stort antall bakterier. Dersom antibiotika er tilstede i dette miljøet, kan vi få en seleksjon av resistente mutanter som overlever og deler seg raskt (5). I prosessen kalt transformasjon tar bakteriene opp fritt DNA fra omgivelsene og dette innlemmes i bakterienes kromosom. DNA som koder for resistens kan også overføres mellom bakterier ved hjelp av en bakteriofag, og mekanismen kalles da for transduksjon. Konjugasjon er en prossess som krever direkte cellekontakt og innebærer overføring av plasmider mellom bakteriene. Plasmider er ringformede, selvreplikerende DNA-tråder som kan kode for resistens.

Resistensgener kan også være flyttbare og kalles da transposoner. Plasmider utgjør de viktigste flyttbare resistensgener. Transposoner som er bærere av ett eller flere resistensgener, kan i tillegg overføres til selve kromosomet ved konjugasjon. I tillegg til overnevnte mekanismer skiller visse bakterier (enterokokker, streptokokker og stafylokokker) ut såkalte feromoner. Disse gjør at bakteriene klumper seg sammen og utveksler plasmider som kan inneholde resistensgener (6).

Betalaktamantibiotika

Betalaktamantibiotika er fellesbetegnelsen på vår største og viktigste gruppe av antibiotika. Alle har i sin kjemiske struktur en betalaktamring. De ulike betalaktamer skilles på grunnlag av en annen ringstruktur (unntak monobaktamer) som er bundet til betalaktamringen. De viktigste hovedgruppene av betalaktamantibiotika er penicilliner, cefalosporiner, karbapenemer og monobaktamer. Hver av disse gruppene er representert i ulike antibakterielle midler.

Betalaktamantibiotika virker ved å binde seg til og hemme de såkalte penicillinbindende proteiner (PBP) i cellemembranen. Disse er involvert i dannelsen av peptidoglykan. Sistnevnte er en viktig del av celleveggen til både grampositive og gramnegative bakterier. En ufullstendig celleveggg vil føre til at bakteriene dør (Fig. 1) (7).

Resistensutvikling mot betalaktamantibiotika

Selv om de fleste bakterier inneholder PBP, blir ikke alle hemmet eller drept av betalaktamantibiotika. De tre hovedårsakene til dette er illustrert i Fig. 2 (8, 9).

Endring av PBP kan skje gjennom mutasjoner i de gener som koder for proteinene eller ved at bakteriene tar opp ekstra DNA som koder for nye PBP. Denne mekanismen ses hovedsaklig hos grampositive kokker. De siste årene har meticillinresistente gule stafylokokker blitt et problem i flere land. Resistensen skyldes et endret penicillinbindende protein hos disse stafylokokkene. Resistens som skyldes produksjon av PBP med nedsatt affinitet overfor antibiotika, er utbredt blant orale streptokokker som for eksempel Streptococcus oralis, S. sanguis og S. mitis.

Penetrasjonen av betalaktamantibiotika gjennom gramnegative bakteriers yttermembran skjer via hydrofile porer som dannes av proteiner og kalles poriner. Ulike antibiotika benytter det samme porinet når de trenger inn i gramnegative bakterier. Dersom tilgangen inn til PBP i cellemembranen hemmes via porinene, vil bakteriene kunne være resistente overfor flere antibiotika samtidig.

En rekke bakterier danner enzymer kalt betalaktamaser som opphever effekten av betalaktamantibiotika. Bakteriers dannelse av betalaktamaser utgjør den viktigste enkeltårsak til resistens overfor penicilliner, cefalosporiner og andre betalaktamforbindelser.

Betalaktamaser

Bare få år etter at penicillin ble tatt i bruk oppdaget man betalaktamaseproduserende stafylokokker. Etterhvert som nye bredspektrede penicilliner og cefalosporiner kom på markedet, dukket det opp en hel rekke nye enzymer produsert også av gramnegative bakterier. Enzymene virker ved at de hydrolyserer betalaktamringen og derved opphever den antibakterielle effekten av betalaktamantibiotika. Grampositive bakterier kan skille ut store mengder av disse enzymene ekstracellulært, mens de gramnegative bakteriene har sine betalaktamaser lokalisert innenfor yttermembranen (Fig. 3). Ved blandingsinfeksjoner, som ofte er tilfellet ved orale infeksjoner, kan enzymer utskilt fra grampositive bakterier beskytte også andre mikroorganismer på infeksjonsstedet (4).

I dag finnes et stort antall betalaktamaser med ulik substratprofil. Noen er aktive overfor både penicillin og cefalosporin, mens andre er mer spesifikke og kalles da penicillinaser eller cefalosporinaser. Etterhvert som man har tatt i bruk nye betalaktamantibiotika med utvidet spektrum, har nye enzymer blitt utviklet og tilpasset for å utfordre de nye midlene. Slike mutante enzymer kalles «extended-spectrum» betalaktamaser (ESBL) og identifiseres nå i stort antall i kliniske prøver (8).

Betalaktamaseinhibitorer

Visse jordbakterier produserer forbindelser med en kjemisk struktur lik den til penicillin. De har en betalaktamring, men utøver liten eller ingen antimikrobiell aktivitet. Noen av disse forbindelsene har betalaktamaseinhiberende effekt. Klavulansyre, produsert av Streptomyces clavuligerus, var den første betalaktamaseinhibitor som kom i klinisk bruk. Klavulansyre brukes i kombinasjon med et penicillin. Det vanligste kombinasjonspreparatet i bruk i dag er Augmentin®. Det finnes også semisyntetiske inhibitorer, for eksempel sulbaktam og tazobaktam.

Betalaktamasene har som regel høy affinitet for overnevnte inhibitorer. En irreversibel binding oppstår og enzymene inaktiveres (10).

Betalaktamaser i den orale mikroflora

I de siste 10 – 15 årene har antibiotikaresistens i munnhulen blitt stadig mer alminnelig. Flere studier har påvist betalaktamaseproduserende bakterier i munnhulen (Tabell 2) (11 – 21). De første rapportene kom i 1980 da betalaktamaseproduserende bakterier ble isolert fra orale infeksjoner hvor penicillinbehandling ikke førte frem. Nyere litteratur viser at dominerende betalaktamaseproduserende orale bakterier ofte tilhører slekten Prevotella (21). Disse bakteriene har redusert følsomhet overfor en rekke antibiotika, men hemmes av Augmentin® (12, 21).

Antibiotika bør selekteres etter forutgående resistensbestemmelse. Dersom behandlingen må institueres før slike resultater foreligger, blir valget av antibiotikum empirisk. I slike tilfeller må resistensundersøkelser utføres senere for å vurdere om antibiotikavalget var riktig eller om et annet antibiotikum bør tas i bruk (22).

Betalaktamaser kan påvises direkte i bakterieisolater før resultatet av resistensundersøkelser foreligger. En vanlig og svært følsom metode er basert på nitrocefin, som er et cefalosporin med en betalaktamring. Dersom nitrocefin utsettes for en betalaktamaseproduserende bakterie, vil betalaktamringen hydrolyseres og en fargeforandring finne sted (13). Denne testen har begrensninger fordi induserbare betalaktamaser ikke blir oppdaget. Slike enzymer produseres bare dersom bakterien blir eksponert overfor et antibiotikum, og resistensundersøkelser med slik eksponering er nødvendig for å påvise at enzymene er tilstede.

Perspektiver

Antibiotikabehandling av dentale infeksjoner fører ofte til økologiske forskyvninger i normalfloraen i munnhulen og andre steder i kroppen. Dette kan føre til overvekst av potensielt patogene mikrober og påfølgende superinfeksjon (2). Utstrakt antibiotikabruk fremmer også utvikling av bakteriell resistens på infeksjonsstedet og utenfor dette, blant annet i tarmens normalflora. Resistente bakterier kan så spres gjennom direkte kontakt mellom mennesker, gjennom luftbårne partikler og via mat eller vann. Det er viktig å være klar over at munnhulens normalflora kan tjene som et reservoar for resistensgener som kan spres til mer patogene mikrober. Betalaktamresistente orale streptokokker med endrede PBP har de siste årene fått økende betydning som årsak til overføring av penicillinresistens til S. pneumonia (23 – 26).

Resistensutvikling i den orale mikroflora, spesielt overfor penicilliner og tetracykliner, er på fremmarsj. Det er derfor viktig at tannleger fortsetter å være restriktive i bruken av antibiotika.