Caracterización de los mecanismos que determinan el desarrollo de resistencia a ceftolozano/tazobactam y ceftazidima/avibactam y evaluación de la actividad de imipenem/relebactam en Pseudomonas aeruginosa
- Autores: Pablo Arturo Fraile Ribot
- Directores de la Tesis: Antonio Oliver Palomo (dir. tes.), Sebastián Albertí Serrano (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2025
- Idioma: español
- Número de páginas: 283
- Tribunal Calificador de la Tesis: Germán Bou Arévalo (presid.), Carlos Juan Nicolau (secret.), Patricia Ruiz Garbajosa (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Microbiología Ambiental y Biomédica por la Universidad de las Illes Balears
- Calificación: Sobresaliente Cum Laude
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
- Resumen
- español
INTRODUCCIÓN Pseudomonas aeruginosa es un patógeno conocido por su capacidad para desarrollar resistencia a antibióticos, respresentando un desafío significativo en el tratamiento de infecciones, particularmente en entornos hospitalarios. Esta capacidad se debe a su versatilidad genética, que incluye tanto la selección de mutaciones en genes cromosómicos como la adquisición horizontal de genes codificantes de mecanismos de resistencia. Este fenómeno ha llevado a un aumento alarmante de aislados clasificados como multirresistentes (MDR) y extremadamente resistentes (XDR). La introducción en la práctica clínica de nuevas combinaciones de antibióticos, como ceftolozano/tazobactam (TOL/TAZ) y ceftazidima/avibactam (CAZ/AVI), ha demostrado su eficacia contra cepas de P. aeruginosa altamente resistentes. Estas combinaciones han mostrado estabilidad frente a los mecanismos de resistencia predominantes, convirtiéndose en opciones terapéuticas prometedoras para el tratamiento de infecciones graves. Sin embargo, el presente trabajo describe los primeros casos de desarrollo resistencia documentados a ceftolozano/tazobactam y ceftazidima/avibactam durante su uso clínico, lo que subraya la necesidad de investigar los mecanismos genéticos y moleculares subyacentes. CONTENIDO DE LA INVESTIGACIÓN Se realizó un análisis del genoma completo de varias parejas de aislados que desarrollaron resistencia durante el tratamiento, revelando como mecanismo más prevalente, la alteración estructural en la beta-lactamasa AmpC, especialmente en la región del bucle omega. Estos cambios confieren resistencia cruzada a TOL/TAZ y CAZ/AVI, así como una notable disminución de las concentraciones mínimas inhibitorias (CMI) para otros antibióticos, como imipenem y piperacilina/tazobactam. Esto indica un cambio en la dinámica de resistencia y puede suponer un impacto en los protocolos de tratamiento actuales. El análisis genómico mostró también la presencia de mutaciones en beta-lactamasas adquiridas, como mecanismo alternativo de desarrollo de resistencia a TOL/TAZ y CAZ/AVI. El cambio de OXA de espectro reducido a variantes de espectro extendido, fue detectado en 3 pacientes. Estos incluyeron un cambio de OXA-2 en OXA-539 y dos cambios de OXA-10 en OXA-14, durante el tratamiento, resaltando la adaptabilidad de P. aeruginosa en entornos clínicos. Además, se documentó una reducción de la actividad carbapenemasa de GES-5, a favor de un fenotipo BLEE (más parecido al de la betalactamasa GES-1) mediante mutación a GES-15 afectando significativamente la CMI de meropenem y aumentando la resistencia a CAZ y TOL/TAZ. Un caso notable descrito en este trabajo fue la resistencia a TOL/TAZ y CAZ/AVI en una cepa XDR que mostró resistencia a todos los beta-lactámicos probados, incluyendo estas combinaciones, y se asoció con la producción de una beta-lactamasa AmpC adquirida horizontalmente (FOX-4). Esto subraya la complejidad y preocupación sobre los mecanismos de resistencia en P. aeruginosa, enfatizando la necesidad de un monitoreo continuo de los aislamientos MDR para entender la epidemiología y persistencia de estas beta-lactamasas en entornos hospitalarios. En este contexto, la combinación de imipenem con relebactam se perfila como una opción terapéutica innovadora para el tratamiento de infecciones por P. aeruginosa MDR. Se evaluó la eficacia de imipenem/relebactam frente a los principales mecanismos mutacionales de resistencia a beta-lactámicos en P. aeruginosa, incluidas combinaciones de pérdida de porinas, sobreexpresión de AmpC y aumento de mecanismos de expulsión; mostrando alta estabilidad y eficacia, incluso contra cepas clínicas que habían desarrollado resistencia a TOL/TAZ y CAZ/AVI. Los valores de CMI en casi 1500 cepas de hospitales españoles demostraron que la combinación de imipenem/relebactam mantiene una eficacia significativa, con CMIs significativamente inferiores a las halladas en imipenem solo, destacando por poseer la mayor tasa de sensibilidad entre todos los aislados, incluyendo aquellos clasificados como XDR. CONCLUSIONES Se resalta la importancia de investigar las bases moleculares de la resistencia en P. aeruginosa para optimizar el uso de antibióticos y prolongar su eficacia, contribuyendo a la reducción de la morbimortalidad asociada a infecciones nosocomiales y mejorando las estrategias terapéuticas.
- català
INTRODUCCIÓ Pseudomonas aeruginosa és un patogen conegut per la seva capacitat de desenvolupar resistència als antibiòtics, representant un desafiament significatiu en el tractament d'infeccions, particularment en entorns hospitalaris. Aquesta capacitat es deu a la seva versatilitat genètica, que inclou tant la selecció de mutacions en gens cromosòmics com l'adquisició horitzontal de gens codificants de mecanismes de resistència. Aquest fenomen ha conduït a un augment alarmant d'aïllats classificats com a multiresistents (MDR) i extremadament resistents (XDR). La introducció en la pràctica clínica de noves combinacions d'antibiòtics, com ceftolozano/tazobactam (TOL/TAZ) i ceftazidima/avibactam (CAZ/AVI), ha demostrat la seva eficàcia contra soques de P. aeruginosa altament resistents. Aquestes combinacions han mostrat estabilitat davant dels mecanismes de resistència predominants, convertint-se en opcions terapèutiques prometedores per al tractament d'infeccions greus. No obstant això, el present treball descriu els primers casos de desenvolupament de resistència documentats a ceftolozano/tazobactam i ceftazidima/avibactam durant el seu ús clínic, subratllant la necessitat d'investigar els mecanismes genètics i moleculars subjacents. CONTINGUT DE LA RECERCA Es va realitzar anàlisi del genoma complet de diverses parelles d'aïllats que van desenvolupar resistència durant el tractament, revelant com a mecanisme més prevalent l'alteració estructural en la beta-lactamasa AmpC, especialment en la regió del bucle omega. Aquests canvis confereixen resistència creuada a TOL/TAZ i CAZ/AVI, així com una notable disminució de les concentracions mínimes inhibitors (CMI) per a altres antibiòtics, com imipenem i piperacilina/tazobactam. Això indica un canvi en la dinàmica de resistència i pot tenir un impacte en els protocols de tractament actuals. L'anàlisi genòmic també va mostrar la presència de mutacions en beta-lactamases adquirides com a mecanisme alternatiu de desenvolupament de resistència a TOL/TAZ i CAZ/AVI. El canvi d'OXA d'espectre reduït a variants d'espectre estès es va detectar en 3 pacients. Aquests van incloure un canvi d'OXA-2 a OXA-539 i dues modificacions d'OXA-10 a OXA-14 durant el tractament, destacant l'adaptabilitat de P. aeruginosa en entorns clínics. A més, es va documentar una reducció de l'activitat carbapenemasa de GES-5, a favor d'un fenotip BLEE (més semblant al de la beta-lactamasa GES-1) mitjançant una mutació a GES-15, afectant significativament la CMI de meropenem i augmentant la resistència a CAZ i TOL/TAZ. Un cas notable descrit en aquest treball va ser la resistència a TOL/TAZ i CAZ/AVI en una soca XDR que va mostrar resistència a tots els beta-lactàmics provats, incloent aquestes combinacions, i es va associar amb la producció d'una beta-lactamasa AmpC adquirida horitzontalment (FOX-4). Això subratlla la complexitat i preocupació pels mecanismes de resistència en P. aeruginosa, posant en relleu la necessitat d'un seguiment continu dels aïllats MDR per comprendre l'epidemiologia i persistència d'aquestes beta-lactamases en entorns hospitalaris. En aquest context, la combinació d'imipenem amb relebactam es perfila com una opció terapèutica innovadora per al tractament d'infeccions per P. aeruginosa MDR. Es va avaluar l'eficàcia d'imipenem/relebactam davant dels principals mecanismes mutacionals de resistència a beta-lactàmics en P. aeruginosa, incloent combinacions de pèrdua de porines, sobreexpressió de AmpC i augment de mecanismes d'expulsió; mostrant alta estabilitat i eficàcia, fins i tot contra soques clíniques que havien desenvolupat resistència a TOL/TAZ i CAZ/AVI. Els valors de CMI en gairebé 1500 soques de hospitals espanyols van demostrar que la combinació d'imipenem/relebactam manté una eficàcia significativa, amb CMIs significativament inferiors als trobats en imipenem sol, destacant per tenir la major taxa de sensibilitat entre tots els aïllats, incloent aquells classificats com a XDR. CONCLUSIÓ Es ressalta la importància d'investigar les bases moleculars de la resistència en P. aeruginosa per optimitzar l'ús d'antibiòtics i perllongar la seva eficàcia, contribuint a la reducció de la morbimortalitat associada a infeccions nosocomials i millorant les estratègies terapèutiques contra aquest patogen multiresistent.
- English
INTRODUCTION Pseudomonas aeruginosa is a pathogen known for its ability to develop resistance to antibiotics, posing a significant challenge in the treatment of infections, particularly in hospital settings. This ability is due to its genetic versatility, which includes both the selection of mutations in chromosomal genes and the horizontal acquisition of genes encoding resistance mechanisms. This phenomenon has led to an alarming increase in isolates classified as multidrug-resistant (MDR) and extensively drug-resistant (XDR). The introduction of new antibiotic combinations into clinical practice, such as ceftolozane/tazobactam (TOL/TAZ) and ceftazidime/avibactam (CAZ/AVI), has demonstrated efficacy against highly resistant P. aeruginosa strains. These combinations have proven to be stable against the predominant resistance mechanisms, making them promising therapeutic options for the treatment of severe infections. However, this study describes the first documented cases of resistance development to ceftolozane/tazobactam and ceftazidime/avibactam during clinical use, highlighting the need to investigate the underlying genetic and molecular mechanisms. RESEARCH CONTENT whole-genome analysis was conducted on several pairs of isolates that developed resistance during treatment, which revealed the most prevalent mechanism to be structural alterations in the beta-lactamase AmpC, particularly in the omega loop region. These changes confer cross-resistance to TOL/TAZ and CAZ/AVI, as well as a notable reduction in minimum inhibitory concentrations (MICs) for other antibiotics, such as imipenem and piperacillin/tazobactam. This indicates a shift in resistance dynamics and may impact current treatment protocols. Genomic analysis also revealed the presence of mutations in acquired beta-lactamases as an alternative mechanism for resistance development to TOL/TAZ and CAZ/AVI. The transition from narrow-spectrum OXA variants to extended-spectrum variants was detected in three patients. These included a change from OXA-2 to OXA-539 and two changes from OXA-10 to OXA-14 during treatment, highlighting the adaptability of P. aeruginosa in clinical settings. Additionally, a reduction in the carbapenemase activity of GES-5 was documented in favor of an ESBL-like phenotype (more similar to GES-1 beta-lactamase) through mutation to GES-15, significantly affecting the MIC of meropenem and increasing resistance to CAZ and TOL/TAZ. A particularly notable case described in this study was the resistance to TOL/TAZ and CAZ/AVI in an XDR strain that exhibited resistance to all tested beta-lactams, including these combinations. This resistance was associated with the production of a horizontally acquired AmpC beta-lactamase (FOX-4). This finding underscores the complexity and concern surrounding P. aeruginosa resistance mechanisms, emphasizing the need for continuous monitoring of MDR isolates to understand the epidemiology and persistence of these beta-lactamases in hospital environments. In this context, the combination of imipenem with relebactam emerges as an innovative therapeutic option for treating P. aeruginosa MDR infections. The efficacy of imipenem/relebactam was tested against the main mutational resistance mechanisms to beta-lactams in P. aeruginosa, including combinations of porin loss, AmpC overexpression, and increased efflux mechanisms, showing high stability and efficacy even against clinical strains that had developed resistance to TOL/TAZ and CAZ/AVI. MIC values from nearly 1,500 strains from Spanish hospitals demonstrated that the imipenem/relebactam combination maintains significant efficacy, with MICs significantly lower than those observed with imipenem alone, showing the highest susceptibility rate among all isolates, including those classified as XDR. CONCLUSIONS This study highlights the importance of investigating the molecular basis of resistance in P. aeruginosa to optimize antibiotic use and prolong their efficacy, contributing to the reduction of morbidity and mortality associated with nosocomial infections and improving therapeutic strategies against this multidrug-resistant pathogen.
- español
