Heterorresistencia a fosfomicina en Escherichia coli: bases moleculares y efecto en su potencial terapéutico

Abstract

En las últimas décadas, el aumento progresivo de la resistencia a los antimicrobianos se ha convertido en un problema mundial de salud pública. Consecuencia de ello y de la escasez de nuevas moléculas efectivas para el tratamiento de bacterias multirresistentes, surge como estrategia el rescate de antiguos antimicrobianos aún activos como la fosfomicina. La resistencia cromosómica a fosfomicina se trata de un fenómeno que ocurre de forma escalonada, complejo de estudiar e interpretar, que se complica sobre todo por la presencia de factores como la heterorresistencia, la cual se corresponde con un fenotipo cuya definición es heterogénea y controvertida. En general, se considera como la presencia de subpoblaciones que muestran diferentes niveles de sensibilidad a un antimicrobiano. Nicoloff y colaboradores demostraron la asociación entre la heterorresistencia a diversos antimicrobianos (sin tener en cuenta la fosfomicina) con la presencia de amplificaciones espontáneas en tándem de genes de resistencia conocidos. En relación con esto, otro mecanismo que permite un incremento en la tasa de mutación tiene como origen defectos en los sistemas de reparación del ADN en bacterias, mostrando estas bacterias hipermutadoras una prevalencia entre aislados clínicos que oscila entre un 1% y un 60%, dependiendo de los estudios. Por otro lado, ensayos in vitro no farmacocinéticos/farmacodinámicos han demostrado que los aislados heterorresistentes a fosfomicina pueden sobrevivir a altas concentraciones de fosfomicina, dependiendo de la CMI de las subpoblaciones, la tasa de mutación y el inóculo bacteriano; sin embargo, se desconoce el impacto clínico de estos aislados. Numerosos estudios in vitro e in vivo han demostrado la eficacia de la combinación de fosfomicina/amikacina frente a bacterias multirresistentes; sin embargo, no se ha explorado la eficacia de esta combinación frente a aislados heterorresistentes a fosfomicina. Los objetivos de este trabajo fueron conocer el efecto de la combinación de mutaciones por deleción en los genes del sistema de reparación del ADN y en los relacionados con los mecanismos de resistencia a fosfomicina para explicar los posibles mecanismos subyacentes de los diferentes fenotipos de heterorresistencia a fosfomicina en Escherichia coli, así como estudiar la eficacia de dosis humanizadas de fosfomicina y amikacina intravenosas en monoterapia y en combinación frente a aislados de E. coli heterorresistentes a fosfomicina en un modelo de infección con fibra hueca (HFIM). Para ello se utilizaron 11 aislados clínicos de E. coli junto con mutantes isogénicos de deleción simple y doble en genes del sistema de reparación del ADN de E. coli y genes relacionados con resistencia a fosfomicina. La CMI a fosfomicina se estableció mediante tira de gradiente y microdilución en caldo. Se determinó la frecuencia de mutantes para rifampicina (100 mg/L) y fosfomicina (50 y 200 mg/L). Utilizando dos inóculos diferentes de partida, se evaluó la actividad in vitro a fosfomicina durante 24 horas mediante curvas de crecimiento (0,5-512 mg/L) y curvas de letalidad (64 y 307 mg/L). Posteriormente, se seleccionaron 6 de los 11 aislados clínicos previos con fenotipo hipermutador y heterorresistente a fosfomicina y se determinó la frecuencia de aparición de mutantes para rifampicina (100mg/L), fosfomicina (50 y 200mg/L) y amikacina (32 mg/L). Los valores de CMI para fosfomicina y amikacina se evaluaron mediante dilución en agar, tira de gradiente y microdilución en caldo. El estudio de sinergia para fosfomicina y amikacina se realizó mediante ensayos de tablero de ajedrez y curvas de letalidad, utilizando distintas concentraciones. Finalmente, la eficacia de fosfomicina (8g/Q8h) y amikacina (15mg/kg/Q24h) en monoterapia y en combinación se evaluó mediante el modelo de infección in vitro de HFIM. De los resultados de este trabajo se obtuvieron las siguientes conclusiones: 1. El origen del fenotipo de heterorresistencia a fosfomicina pueden explicarse parcialmente por una elevada frecuencia de aparición de mutantes en combinación con la presencia de mecanismos de resistencia de bajo nivel a este antimicrobiano. 2. El grado de la frecuencia de aparición de mutantes se correlaciona con la variabilidad en la proporción y CMI de las subpoblaciones heterorresistentes a fosfomicina en aislados de E. coli, teniendo un mayor impacto en aquellos aislados con alteraciones en genes relacionados con resistencia a fosfomicina. 3. El estudio de sensibilidad a fosfomicina mediante tiras de gradiente es un método eficaz para observar la variabilidad y el gradiente de heterorresistencia a este antimicrobiano, siendo el ensayo mediante microdilución más representativo de la sensibilidad de la población bacteriana general. 4. Los resultados de los ensayos realizados en los modelos de infección in vitro en HFIM con aislados de E. coli heterorresistente a fosfomicina demuestran que puede existir un riesgo de fracaso terapéutico con el uso de amikacina (15 mg/kg/24h) o fosfomicina (8g/8h) en monoterapia. 5. El estudio in vitro en HFIM demuestra que la terapia combinada de fosfomicina (8g/8h) y amikacina 15 mg/kg/24h, es eficaz frente a aislados de E. coli heterorresistente a fosfomicina, tanto frente a cepas normomutadoras como hipermutadoras, disminuyendo rápidamente la carga bacteriana y previniendo la aparición de subpoblaciones resistentes.