Rang e Dale: Farmacologia
Disseminação da resistência aos antibióticos
elevado, tais como na agricultura e em hospitais.
O impacto do intenso uso clínico de antibióticos tem sido o estímulo
para o acúmulo de múltiplos elementos de resistência em patógenos sob a
“pressão seletiva” do uso de fármacos. Isso certamente impõe sérias
restrições nas opções disponíveis para o tratamento médico de muitas
infecções bacterianas. Embora a resistência aos agentes quimioterápicos
também possa se desenvolver em protozoários e parasitos multicelulares (e
em populações de células malignas; ver Capítulo 57), confinaremos a nossa
discussão aqui principalmente aos mecanismos de resistência nas bactérias.
DISSEMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA AOS ANTIBIÓTICOS
A resistência aos antibióticos pode ser inata – preexistente em uma cepa
particular – ou adquirida de alguma forma a partir de outras células
bacterianas. Em qualquer caso, a seleção natural trabalha no sentido de
favorecer cepas resistentes quando o antibiótico é prevalente no ambiente.
O fundamental de toda a questão é a forma como os genes de resistência
bacteriana se movem entre o DNA cromossômico e elementos móveis tanto
dentro como entre bactérias.
Foram identificados vários mecanismos básicos:
1. Por transferência de genes de resistência entre elementos genéticos
dentro da bactéria, em transpósons.
2. Por transferência de genes entre bactérias, por intermédio de elementos
móveis (como plasmídios).
3. Por transferência de bactérias resistentes entre pessoas ou animais.
A compreensão de tais mecanismos é crucial para o uso clínico racional dos
medicamentos existentes (“manejo de antibióticos”), bem como para a concepção de novos fármacos antibacterianos. Examinaremos primeiro os
mecanismos pelos quais a informação genética pode ser trocada e, depois, a
maneira como os genes transferidos subjugam a ação dos antibióticos.
Movimento da informação genética
■ Plasmídios e elementos móveis
▼ Além do cromossomo em si, muitas espécies de bactérias contêm
elementos genéticos extracromossômicos chamados plasmídios que
existem livres no citoplasma. Estes também são elementos genéticos
que podem replicar-se de forma independente. Estruturalmente, eles são
alças fechadas de DNA que podem compreender um único gene ou até
mesmo 500, ou ainda mais. Podem existir apenas algumas cópias de
plasmídios na célula, mas muitas vezes estão presentes múltiplas cópias,
e também pode haver mais do que um tipo de plasmídio em cada célula
bacteriana. Os plasmídios que têm genes para resistência a antibióticos
(genes r) são referidos como plasmídios R. Muito da resistência
farmacológica encontrada na medicina clínica é determinado por
plasmídios.
Todo o processo pode ocorrer com uma velocidade assustadora. O
Staphylococcus aureus, por exemplo, é um histórico mestre na arte da
resistência a antibióticos. Tendo-se tornado completamente re-sistente à
penicilina por intermédio de mecanismos mediados por plasmídios, esse
organismo, dentro de apenas 1 a 2 anos, conseguiu adquirir resistência à
sua descendente resistente às betalactamases (ver adiante), a meticilina
(de Lencastre et al., 2007).
Figura 51.7 Um exemplo de transferência e replicação de um transpóson (que pode
transportar genes que codificam para resistência a antibióticos). A. Dois plasmídios, a e b, com o plasmídio b contendo um transpóson (mostrado em marrom). B. Uma enzima codificada pelo transpóson corta o DNA do plasmídio doador e do plasmídio-alvo para formar um cointegrado. Durante esse processo, o transpóson replica-se. C. Uma enzima codificada pelo transpóson resolve o cointegrado. D. Ambos os plasmídios contêm agora o DNA do transpóson.
■ Transpósons
▼Alguns segmentos de DNA são rapidamente transferidos (transpostos)
de um plasmídio para outro e também de plasmídio para cromossomo
ou vice-versa.6 Isso acontece porque a integração desses segmentos de
DNA, que são chamados transpósons, para o DNA receptor pode
ocorrer independentemente do mecanismo normal de recombinação
genética homóloga. Ao contrário dos plasmídios, os transpósons não são
capazes de se replicar de modo independente, embora alguns possam
replicar-se durante o processo de integração (Figura 51.7), resultando
em uma cópia em ambas as moléculas de DNA doador e receptador. Os
transpósons podem transportar um ou mais genes de resistência e
podem ser transportados de “carona” de um plasmídio para uma nova
espécie de bactéria. Mesmo se o plasmídio for incapaz de se replicar no
novo hospedeiro, o transpóson pode integrar-se no seu cromossomo ou
nos seus plasmídios nativos. Isso provavelmente explica a extensa
distribuição de certos genes de resistência em plasmídios R diferentes e
entre bactérias não relacionadas.
■ Cassetes de genes e íntegrons
▼ Os plasmídios e transpósons não totalizam a contagem de
mecanismos que a seleção natural forneceu para confundir as
esperanças do microbiologista/quimioterapeuta. A resistência – de fato,
a resistência multifarmacológica – também pode disseminar-se por meio
de outro elemento móvel, cassete de genes, que consiste em um gene de
resistência ligado a um pequeno local de reconhecimento. Vários
cassetes podem ser acondicionados juntos em um conjunto multicassete,
que pode, por sua vez, ser integrado em uma unidade móvel de DNA
maior chamada íntegron. O íntegron (que pode estar localizado em um
transpóson) contém um gene para uma enzima, a integrase
(recombinase), que insere o(s) cassete(s) em locais únicos no DNA do
hospedeiro. Este sistema – transpóson/íntegron/conjunto cassete
multirresistente – permite uma transferência particularmente rápida e
eficiente de resistência multifarmacológica entre elementos genéticos
tanto dentro das bactérias quanto entre elas.
Transferência de genes de resistência entre bactérias
▼ A transferência horizontal de genes entre bactérias de espécies iguais,
ou até mesmo diferentes, é considerada o mecanismo mais significativo
pelo qual a resistência a antibióticos se propaga. Existem vários
mecanismos importantes, incluindo conjugação, transdução e
transformação, sendo o primeiro o mais significativo.
■ Conjugação
▼ A conjugação envolve contato célula-célula durante o qual o DNA
cromossômico ou extracromossômico é transferido de uma bactéria para
outra, sendo o principal mecanismo de propagação de resistência. A
capacidade de conjugar é codificada nos plasmídios de conjugação:
estes são plasmídios que contêm genes de transferência que em
bactérias coliformes, por exemplo, codificam a produção pela bactéria
hospedeira de túbulos proteináceos de superfície chamados pili sexuais,
que conectam as duas células. O plasmídio de conjugação passa, então,
através de uma parede celular para a outra (geralmente da mesma
espécie).
Muitas bactérias gram-negativas e algumas gram-positivas podem
conjugar-se. Alguns plasmídios promíscuos podem atravessar a barreira
das espécies, adotando um hospedeiro tão prontamente quanto outro.
Muitos plasmídios R são conjugativos. Os plasmídios não conjugativos,
se coexistirem em uma célula “doadora” com plasmídios de conjugação,
podem ir de carona de uma bactéria para a outra com os plasmídios de
conjugação. A transferência de resistência por conjugação é
particularmente significativa em populações de bactérias que são
normalmente encontradas em elevadas densidades, como no intestino.
■ Transdução
▼ A transdução é um processo pelo qual o DNA do plasmídio é
encerrado em um vírus que afeta bactérias (chamado fago) e transferido
para outra bactéria da mesma espécie. É uma forma relativamente
ineficaz de transferência de material genético, mas é clinicamente
importante na transmissão de genes de resistência entre cepas de
estafilococos e estreptococos.
■ Transformação
▼ Poucas espécies de bactérias podem, em condições naturais, sofrer
transformação por meio da captação de DNA do ambiente e incorporá-
lo no genoma por recombinação homóloga normal. No entanto, é
provável que esse mecanismo não tenha importância clinicamente.
Existem vários outros mecanismos por meio dos quais os genes de
resistência podem surgir.
Mutações cromossômicas
A taxa de mutação espontânea nas populações bacterianas para qualquer
gene particular é muito baixa, e a probabilidade é de que aproximadamente
apenas uma célula em 10 milhões irá, em sua divisão, originar uma célula-
filha contendo uma mutação nesse gene. No entanto, como é provável que
existam muito mais células do que isso no curso de uma infecção, a chance
de surgir uma mutação causadora de alteração de sensibilidade para
resistência farmacológica pode ser muito elevada. Felizmente, a presença de
alguns mutantes não é normalmente suficiente para produzir resistência:
apesar da vantagem seletiva apresentada pelos mutantes resistentes, a
redução drástica da população pelo antibiótico geralmente ativa as defesas
naturais do hospedeiro (ver Capítulo 7) para resistir pelo menos às
infecções agudas, senão também às crônicas. No entanto, o desfecho pode
não ser tão feliz se a infecção primária for causada por uma cepa resistente
a fármacos.
Amplificação de genes
▼ A duplicação e a amplificação de genes são mecanismos importantes
para a resistência em alguns organismos (Sandegren e Andersson,
2009). De acordo com essa ideia, o tratamento com antibióticos pode