Frontiers in Microbiology
Introduktion
Den pågående spridningen av multiresistenta bakterier (MDR) är ett allvarligt hot mot den globala hälsan. Mikrobiologiska och epidemiologiska undersökningar som beställts av offentliga och privata institutioner ger en skrämmande bild av uppkomsten av β-laktamresistens både i samhället och på sjukhus. En viktig mekanism för antibiotikaresistens bland gramnegativa bakterier är produktion av β-laktamaser. β-laktamas är enzymer som inaktiverar β-laktamantibiotika genom att hydrolysa amidbindningen i β-laktamringen. β-laktamaserna är bakteriella resistensdeterminanter som har varit kända i mer än sjuttio år, men detaljerna kring deras utveckling, spridning och hydrolytiska kapacitet är fortfarande en stor vetenskaplig utmaning.
Två klassificeringssystem används för närvarande för att kategorisera β-laktamaserna. Amblers klassificeringssystem, som introducerades för mer än trettio år sedan, delar in β-laktamaserna i fyra klasser (A, B, C och D) baserat på deras aminosyresekvenser (Ambler, 1980). Bush-Medeiros-Jacoby-klassificeringssystemet grupperar β-laktamaserna enligt funktionella egenskaper; detta klassificeringssystem använder substrat- och inhibitorprofiler i ett försök att organisera enzymerna på ett sätt som kan korreleras med deras fenotyp i kliniska isolat (Bush och Jacoby, 2010). För enkelhetens skull hänvisar vi i denna översikt till Ambler-klassificeringssystemet.
Enzymer av klass A omfattar både plasmidmedierade och kromosomalt kodade β-laktamaser som uppvisar breda spektrum (t.ex. TEM-1 och SHV-1), utvidgade spektrum (t.ex. CTX-M-15) och karbapenemasaktivitet (t.ex. KPC-2). Enzymer av klass B är metallo-β-laktamas (MBL) som kan hydrolysa penicilliner, cefalosporiner och karbapenemer, t.ex. det nyligen beskrivna New Delhi metallo-β-laktamaset (NDM-1) som finns i Klebsiella pneumoniae och Escherichia coli (Kumarasamy et al., 2010). Enzymer av klass C är cefalosporinaser som är kromosomalt kodade, t.ex. det inducerbara AmpC från Pseudomonas aeruginosa och P99 β-laktamas från Enterobacter spp. eller plasmidmedierade, t.ex. CMY-2, som först hittades i Escherichia coli. Enzymer av klass D har en substratpreferens för oxacillin och kallas oxacillinas (t.ex. OXA-1). Nya undersökningar har visat att enzymer av klass D är en snabbt växande klass av β-laktamaser och har enzymer som kan hydrolysa cefalosporiner med utökat spektrum (t.ex. OXA-10) och karbapenemer (t.ex. OXA-23). Flera klass D-enzymer finns ofta i icke-fermenterande bakterier som P. aeruginosa och Acinetobacter baumannii och ibland i E. coli och K. pneumoniae.
För närvarande finns det tre kommersiellt tillgängliga β-laktamasinhibitorer: clavulansyra, sulbactam och tazobactam (figur 1). Dessa är mekanismbaserade hämmare som har en gemensam β-laktamstruktur. Som grupp är de bäst aktiva mot de flesta β-laktamaser av klass A, med undantag för KPC-2 karbapenemas och inhibitorresistenta TEMs (IRTs) och SHVs. Clavulanat, sulbactam och tazobactam har mindre effekt på enzymer av klass C och är i huvudsak inaktiva mot enzymer av klass B och de flesta enzymer av klass D (Bush och Jacoby, 2010).
FIGUR 1. Kemiska strukturer för de kliniskt tillgängliga β-laktamashämmarna.
Troligt nog håller läkemedelsföretag på att aggressivt utveckla och marknadsföra nya kombinationer av β-laktamantibiotika med β-laktamashämmare. Flera av dessa är nu nära klinisk tillgänglighet. En lovande ny design för β-laktamasinhibitorer har varit att fokusera på ställningar som snabbt kan acylera ett brett spektrum av β-laktamaser samtidigt som hydrolysen minimeras. Denna översikt kommer att fokusera på nya uppgifter om hämmningsmekanismerna hos dessa nya medel, deras antimikrobiella aktivitet och framstegen i deras kliniska prövningar. Specifikt är avibaktam och MK-7655 medlemmar av en ny klass av icke-β-laktam-β-laktamashämmare som kallas diazabicyclooktaner (DBO) med ett bredare aktivitetsspektrum än andra hämmare. Nya modifieringar av boronsyraföreningar (BA) har lett till mycket potenta E. coli AmpC-hämmare som är mycket efterlängtade. Slutligen har upptäckten av en ”universell” β-laktamashämmare varit ett viktigt mål för både den akademiska världen och läkemedelsindustrin, men har visat sig vara en stor utmaning. Nya data visar att detta ideal kanske inte är genomförbart och forskare som undersöker mekanismer för β-laktamashämning kommer sannolikt att behöva utveckla alternativa strategier.
Diazabicyklokoktaner
Avibactam
Avibactam (AVI) är en icke-β-laktamförening i klassen DBOs (figur 2). Som β-laktamashämmare inaktiverar AVI β-laktamer genom en reversibel snabb acylering och relativt långsam deacyleringsreaktion. Mot de flesta β-laktamaserna av klass A och klass C resulterar detta i en låg omsättningskvot (Ehmann et al., 2012). β-laktamashämningen av AVI är mestadels reversibel och AVI uppvisar en halveringstid på 16 minuter för TEM-1, vilket ligger nära en generationstid för E. coli (Ehmann et al., 2012). Trots AVI:s reversibilitet förutspås AVI således förbli bunden till TEM-1 under större delen av en hel generationscykel hos E. coli, vilket gör att enzymet förblir inaktivt. Till skillnad från clavulansyra och sulbactam inducerar AVI inte produktion av β-laktamas (Coleman, 2011). Förutom TEM-1 och SHV-1 omfattar kliniskt viktiga β-laktamaser som lätt hämmas av AVI serinkarbapenemaset KPC-2, ESBL CTX-M-15, β-laktamaser av klass C som AmpC och vissa enzymer av klass D (OXA-48).
FIGUR 2. Kemiska strukturer för diazabicyclooktaner.
En intressant utveckling är kombinationen av denna DBO-hämmare med ett antal β-laktamantibiotika som traditionellt har använts för att behandla gramnegativa bakterier. Trots att denna klass av antibiotika har en tendens att selektera ESBL, ses expanderade spektrumcefalosporiner som potentiella partners eftersom de har ett bredare aktivitetsspektrum. Som ett resultat av detta har kombinationen ceftazidim-AVI potent aktivitet mot K. pneumoniae som bär på ESBL som SHV-5, andra ESBL och AmpC-enzymer och även mot de flesta Klebsiella spp. som bär på KPC-enzymet (Livermore et al., 2011). Mot P. aeruginosa vänder AVI den AmpC-medierade ceftazidimresistensen och sänker MIC för helt avdämpade mutanter och isolat till ≤8 mg/L (Mushtaq et al., 2010). Tyvärr saknar ceftazidim-AVI aktivitet mot A. baumannii och de flesta arter av anaeroba bakterier (Citron et al., 2011; Zhanel et al, 2013).
Ett nytt underlag från kliniska prövningar som är registrerade visar att ceftazidim-AVI är lika effektivt som karbapenembearbetning vid komplicerade urinvägsinfektioner (UTI) och komplicerade intraabdominella infektioner (cIAI), inklusive sådana som orsakas av expanderade spektrum cefalosporinresistenta gramnegativa organismer (Zhanel et al., 2013). Dessutom fann man i en nyligen genomförd studie av ceftazidim-AVI plus metronidazol vid behandling av cIAI en gynnsam klinisk svarsfrekvens jämfört med meropenem (Lucasti et al., 2013).
Ceftarolin är en ny halvsyntetisk cefalosporin mot meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA) med bredspektrumaktivitet. Kombinationen ceftarolin-AVI är aktiv mot Enterobacteriaceae som producerar KPC, olika ESBL (CTX-M-typer) och AmpC (kromosomalt nedtryckta eller plasmidmedierade enzymer), samt mot de som producerar mer än en av dessa β-laktamasetyper (Castanheira et al., 2012b). Ceftarolins aktivitet mot Acinetobacter spp. och P. aeruginosa är dock begränsad. I en klinisk studie av diabetiska fotinfektioner (som ofta är polymikrobiella) minskade ceftarolin-AVI ceftarolins MIC för stammar av resistenta Enterobacter spp. och en stam av Morganella samt för anaeroberna Bacteroides fragilis och Prevotella spp. (Goldstein et al., 2013a). En klinisk fas 2-studie som jämför ceftarolin-AVI med doripenem hos vuxna med komplicerade urinvägsinfektioner pågår1
Monobactamer står emot hydrolys av MBL:er, varför en annan lovande partner för AVI är aztreonam. Om till exempel någon Enterbacteriaceae- och P. aeruginosa-stam bär på MBL och samtidigt producerar ESBL eller AmpC, skulle aztreonam rikta sig mot MBL, medan avibactam skulle hämma ESBL och AmpC (Livermore et al., 2011; Crandon et al., 2012). Som sådan kommer denna kombination att vara ett mycket välkommet tillägg till antibiotikaformulären eftersom säkerheten och effekten av aztreonam redan är etablerad i klinisk praxis.
MK-7655
MK-7655, en ny DBO som strukturellt liknar AVI med undantag för en extra piperidinring, uppvisar synergieffekter i kombination med imipenem mot KPC-producerande K. pneumoniae och P. aeruginosa som uttrycker AmpC (figur 2; Mangion et al, 2011; Hirsch et al., 2012). Studier visar att vid en koncentration på 4 mg/L sänker MK-7655 imipenems MIC för Enterobacteriaceae med KPC-karbapenemas från 16-64 mg/L till 0,12-1 mg/L (Livermore et al., 2013). Intressant nog ses synergi även för Enterobacteriaceae med karbapenemresistens medierad av porinförlust. Bland stammar av P. aeruginosa minskar 4 mg/L av MK-7655 MIC av imipenem för alla isolat, utom de med MBL.
Två separata kliniska fas 2-studier av två doser (125 mg eller 250 mg) av MK-7655 plus imipenem-cilastatin jämfört med enbart imipenem-cilastatin för behandling av komplicerade urinvägsinfektioner eller cIAI inleddes i början av 20121. Resultaten från dessa prövningar är ivrigt väntade.
BAs
Bakakasers hämmande effekter på β-laktamaser har varit kända i flera decennier. Bor bildar en reversibel bindning med β-laktamaserna. Nya studier har visat att olika BA:er är högaffinitetshämmare av AmpC-β-laktamaset från E. coli, klass A-β-laktamaserna TEM-1, CTX-M och SHV-1 samt klass C-β-laktamaset ADC-7 från Acinetobacter spp. och P. aeruginosa (Drawz et al., 2010a; Winkler et al., 2013). Många BAs befinner sig i tidiga utvecklingsstadier, men utvecklingen av dessa föreningar går snabbt framåt.
Trots det stora antalet BAs under utveckling är det hittills bara en som närmar sig kliniska prövningar. RPX7009, som först presenterades vid Interscience Conference on Antimicrobial Agents and Chemotherapy 2012, är en ny borbaserad hämmare som utvecklas i kombination med biapenem (RPX2003; figur 3; Castanheira et al., 2012a; Hecker et al., 2012; Sabet et al., 2012). RPX7009 saknar direkt antibakteriell aktivitet men ökar biapenems aktivitet mot karbapenemasproducerande Enterobacteriaceae av klass A (t.ex. KPC, SME eller IMI/NMC-A; Livermore och Mushtaq, 2013). Dessutom sänker RPX7009 MIC för biapenem mot Enterobacteriaceae med komplexa β-laktamasbakgrund (AmpC- eller ESBL-aktivitet) och porinförluster. Tyvärr hämmar RPX7009 inte MBL av klass B och karbapenemaser av klass D. Mot Bacteroides och andra utvalda anaerobier visar biapenem och RPX7009 jämförbar aktivitet med enbart meropenem (Goldstein et al., 2013b). När det gäller andra anaerobier (Fusobacterium spp och Prevotella) är biapenem och RPX7009 rimligt aktiva. Clostridier är ett anmärkningsvärt undantag med ett intervall som sträcker sig upp till 8 mg/L. Som väntat mot MBL-producerande Bacteroides är aktiviteten dålig.
FIGUR 3. Kemiska strukturer för en ny kombination: ett karbapenem (vänster) med en ny borbaserad β-laktamashämmare (höger).
BAL30072 och BAL30376
BAL30072 (figur 4) är ett nytt siderofort monosulfaktam som liknar aztreonam. BAL30072 visar aktivitet mot ett brett spektrum av gramnegativa bakterier, inklusive Acinetobacter spp., P. aeruginosa, Burkholderia cepacia och vissa MDR Enterobacteriaceae (Page et al., 2010; Russo et al., 2011; Higgins et al., 2012). BAL30072 visar styrka mot karbapenemresistenta Enterobacteriaceae inklusive de med AmpC-, ESBL- och KPC-enzymer, P. aeruginosa inklusive de flesta stammar med MBL och de flesta isolat av A. baumannii utom de som producerar OXA-58 (Mushtaq et al., 2013). Resistens observeras dock fortfarande hos K. pneumoniae ST258-isolat som bär på KPC. Tillägg av meropenem till BAL30072 ökar aktiviteten mot vissa enskilda isolat av A. baumannii. BAL30072 befinner sig för närvarande i en fas 1-studie och kommer sannolikt att kombineras med meropenem i framtida klinisk utveckling1.
FIGUR 4. Kemisk struktur för en ny siderofor monosulfactam.
Förutom BAL30072 har forskarna också utvecklat en annan förening med bred aktivitet mot β-laktamaser, kallad BAL30376, som kombinerar tre β-laktamer: sideroformonobaktam BAL19764, den överbryggade monobaktamklass C-β-laktamasinhibitorn BAL29880 för cefalosporinaser av klass C och clavulansyra för att hämma enzymer av klass A (Bush och Macielag, 2010). Ytterligare in vitro-analyser och djurstudier av BAL30376 kommer att vara nödvändiga innan dess utvecklingsväg är klar.
Nya karbapenemer och bortom
Karbapenemer, som ursprungligen utvecklades på 1970-talet, hör till de mest bredspektriga antibiotika som används kliniskt. En stor fördel med denna klass av medel är deras stabilitet mot hydrolys av många ESBL och cefalosporinaser av klass C. Den unika egenskap hos karbapenemer som motiverar att de tas med i denna översikt är deras förmåga att hämma både β-laktamaser av klass A och klass C (Drawz och Bonomo, 2010; Papp-Wallace et al., 2011) och deras höga affinitet för de bakteriella transpeptidaser och karboxypeptidaser som syntetiserar den peptidoglykanbaserade cellväggen. Karbapenemklassen av β-laktamer fungerar som ”långsamma substrat”. Kristallografiska analyser visar hur dessa föreningar inaktiverar de serinbaserade enzymerna av klasserna A och C genom att anta unika konformationer i den aktiva platsen som missgynnar hydrolys (kolsyre utanför oxyanjonhålet). De återstående delarna av detta avsnitt kommer att undersöka de lovande egenskaperna hos några av dessa karbapenemer som skiljer sig från imipenem, meropenem, ertapenem och doripenem.
Biapenem har funnits tillgängligt i Japan sedan 2002 och befinner sig för närvarande i en klinisk fas 2-studie i USA. Biapenem uppnår hög koncentration i andningsvävnad vilket gör det till ett attraktivt val för lunginfektioner (Bassetti et al., 2011). Biapenem hydrolyseras av MBL och dess bicykliska derivat har betydande affinitet för dessa enzymer (Garau et al., 2005). Nya experimentella bevis visar att det kan vara möjligt att erhålla nya kompetitiva hämmare av B2 MBLs genom modifiering av denna bicykliska förening (Gatti, 2012).
Razupenem (SMP-601; Figur 5) är ett β-metylkarbapenem med aktivitet mot MRSA, enterokocker inklusive Enterococcus faecium och många arter av Enterobacteriaceae. Razupenems aktivitet upphävs inte av ESBL, men AmpC- och klass A-karbapenemaser verkar påverka den mer än ertapenem eller imipenem (Livermore et al., 2009). Farmakodynamiska data tyder på att razupenem kan doseras på samma sätt för E. coli, Proteus mirabilis och Klebsiella spp. som för MRSA (MacGowan et al., 2011). Utvecklingen av razupenem har dock avbrutits.
FIGUR 5. Kemiska strukturer för nya β-laktamer med β-laktamashämmande aktivitet.
LK-157 är ett nytt tricykliskt karbapenem med potent hämmande aktivitet mot serin-β-laktamaser (figur 5; Plantan et al., 2007). LK-157 är en nära strukturell analog till sanfetrinem, ett oralt bredspektrumantibiotikum vars utveckling stoppades efter kliniska fas 2-studier (Babini et al., 1998). LK-157 återställer den minskade aktiviteten hos β-laktamantibiotika mot ett antal bakteriestammar som producerar ESBL av klass A (utom CTX-M och KPC) samt β-laktamas av klass C (Paukner et al., 2009). Noterbart är att data från en jejunummodell hos råtta tyder på att substansen har god biotillgänglighet, vilket väcker den spännande möjligheten av ett oralt bredspektrummedel som är aktivt mot enzymer av klass A och C (Iglicar et al, 2009).
S-649266 är ett nytt cephem-antibiotikum som lovar att vara stabilt mot MBL:er2 Detaljerna om denna förening är ännu inte klara, men tidiga rapporter tyder på att S-649266 är stabilt mot MBL-producerande stammar och är effektivt mot A. Baumannii, Stenotrophomonas maltophilia och Burkholderia spp. Detta är inte en ny β-laktamashämmare, men aktiviteten mot MBL:er förtjänar stor uppmärksamhet.
CXA-202 är en kombination av ceftolozan (CXA-201) och tazobaktam (figur 5). Denna formulering är inriktad på P. aeruginosa och andra MDR-stammar och har avancerat till fas 3-studier. I sig är detta inte en ny β-laktamashämmare, men det är en ny partner. Den ökade aktiviteten hos cefalosporinpartnern kommer att undersökas noggrant eftersom denna kombination utgör ett nytt testparadigm på detta område.
Hämmare av klass B-enzymer
Med undantag för aztreonam-AVI, BAL30072 och S-649266 har ingen av de andra tidigare nämnda experimentella β-laktamerna och β-laktamashämmarna någon signifikant aktivitet mot isolat som uttrycker MBL:er. Detta är problematiskt eftersom MBL:er kan spridas snabbt genom mobila genetiska element, vilket man sett med den globala uppkomsten av NDM-1 (Liu et al., 2013).
MB MBL:ernas hydrolysmekanismer skiljer sig avsevärt från andra klasser av β-laktamaser och kräver en eller två zinkatomer beroende på underklass. Vår förståelse av MBLs är på väg att växa fram jämfört med de bättre studerade enzymerna i klasserna A och C (Dubus et al., 1995; Powers och Shoichet, 2002; Chen et al., 2006, 2009; Fisher och Mobashery, 2009). En klass av medel som verkar lovande mot MBL är tiolderivat. Tioler, inklusive det blodtryckssänkande läkemedlet captopril, hämmar effektivt flera MBL:er, inklusive NDM-1 och enzymer i underklasserna B1, B2 och B3 (Heinz et al., 2003; King et al., 2012). Tiolföreningar utnyttjar samma mekanismer för zinkkelering och hydrolytisk förskjutning. Ytterligare kliniska studier där dessa föreningar används i kombination med antibiotika verkar motiverade.
Utmaningar med att hämma klass D-enzymer
Som liknar MBL i sin mångfald benämns β-laktamaserna av klass D som OXA-typ på grund av deras förmåga att hydrolysa oxacillin. Deras substratprofiler sträcker sig från smalt till brett spektrum, inklusive karbapenemer (Nazik et al., 2012). För närvarande finns det inga β-laktamashämmare som är effektiva mot enzymer av klass D, men lovande data håller på att växa fram.
Flera enzymhämmare av klass D-enzymer är under utveckling. Till exempel visar substituerade penicillinsulfoner effekt mot ett antal OXA-enzymer, inklusive OXA-24/40, ett kliniskt relevant enzym som finns i A. baumannii (Bou et al., 2010; Drawz et al., 2010b). En substans under utveckling, 4,7-diklor-1-benzothien-2-ylsulfonylaminometyl BA (DSABA), är den första BA-baserade klass D-enzymhämmaren. DSABA hämmar även enzymer av klass A och C och uppvisar synergier med imipenem mot A. baumannii (Tan et al., 2010). En serie tiofenyloximfosfonat-β-laktamasinhibitorer med potens mot OXA-24/40 har också upptäckts (Tan et al., 2011). Av intresse är att en förening minskar MIC för imipenem mot en mycket imipenemresistent stam av OXA-24/40-producerande A. baumannii.
Väljning av rätt partnerantibiotika och de kommande utmaningarna
Det är en komplicerad process att bestämma den idealiska β-laktamen för en given β-laktamashämmare och att definiera förhållandet mellan hämmaren och den β-laktamen. Det har faktiskt föreslagits att flera överväganden bör beaktas: (1) hämmarens förmåga att skydda β-laktamringen från hydrolys av viktiga målenzymer, (2) den mängd hämmare som behövs för att skydda β-laktamringen, (3) formuleringens genomförbarhet och stabilitet, (4) farmakokinetiska parametrar och doseringsparametrar, och (5) kostnad (Shlaes, 2013). Det är dock svårt att använda standardiserade farmakokinetiska och farmakodynamiska index med inhibitorer eftersom de har svag eller ingen inneboende antimikrobiell aktivitet och de är vanligtvis partners med ett aktivt antimikrobiellt medel. Matematisk modellering är ett sätt att lösa dessa utmaningar. Användning av matematiska system i farmakodynamiska modeller kan hjälpa till att definiera regimer för inhibitorer för att förhindra felaktig märkning av ett läkemedel som ineffektivt på grund av doseringsfel (Bush, 2012).
Rapporteringen av ett enskilt isolat av K. pneumoniae som producerar ett serinkarbapenemas, ett MBL, ett ESBL och ett plasmidkodat AmpC-karbapenemas understryker utmaningen med användning av β-laktamantibiotika i klinisk miljö (Pournaras et al., 2010). För att behandla denna typ av patogener med en β-laktam krävs sannolikt en β-laktam med hög stabilitet mot många vanliga β-laktamaser (t.ex. aztreonam), tillsammans med två eller flera β-laktamashämmare som hämmar MBL:er och serin-β-laktamaser. Ett exempel är trippelföreningen BAL30376 (Bush och Macielag, 2010; Livermore et al., 2010; Page et al., 2011). Förutom att BAL30376 utövar en bakteriedödande effekt mot ett brett spektrum av β-laktamasproducerande organismer, inklusive stammar som var resistenta mot andra β-laktamer (med undantag för KPC-karbapenemaser); BAL30376 är också relativt refraktär mot selektion av resistenta mutanter (Page et al, 2011).
Framtidsperspektiv
De flesta av de föreningar som granskas i denna artikel befinner sig i prekliniska stadier och (med undantag för AVI och MK-7655) är flera år från tillgänglighet. Därför måste takten i läkemedelsutvecklingen öka för att uppnå Infectious Diseases Society of Americas mål om tio nya systemiska läkemedel för att behandla infektioner orsakade av resistenta bakterier senast 2020 (Infectious Diseases Society of America, 2010; Boucher et al., 2013). Bristen på läkemedelskandidater som potentiellt är aktiva mot MBL är ett stort bekymmer. För infektioner orsakade av bakterier som bär på MBLs är behandlingsalternativen begränsade till polymyxiner, tigecyklin och fosfomycin. Dessutom rapporteras nya β-laktamaser världen över med alarmerande frekvens, vilket fortsätter att sätta press på vårt befintliga antibiotikaarmamentarium (Lamoureaux et al., 2013). Även om nya β-laktamashämmare med nya verkningsmekanismer ger betydande framsteg jämfört med de medel som för närvarande finns tillgängliga, är inkrementella framsteg i befintliga klasser också värdefulla och bör uppmuntras (Page och Heim, 2009). Den långa jakten på en universell β-laktamashämmare blir alltmer quijotisk och mer pragmatiska tillvägagångssätt, t.ex. läkemedelskombinationer, är nu ett ledande paradigm.
En uppsjö av strategier för att vitalisera läkemedelsutvecklingen har nyligen föreslagits (Infectious Diseases Society of America, 2012; Spellberg et al., 2013). Dessa inkluderar genomförande av överlägsenhet och organismspecifika kliniska prövningar, transparens genom offentlig rapportering av antibiotikaanvändning kopplad till ersättning, användning av molekylära tekniker för diagnostisk bekräftelse av antibiotikaindikationer och undersökning av agenter som modifierar värdens immunsvar mot patogener för att kringgå urvalet av resistens. Vi föreslår också att man uppmärksammar alternativa medel som är verksamma mot β-laktamaser. Ytterligare forskningsstudier är motiverade, särskilt eftersom MBL:er är viktiga drivkrafter för panresistenta fenotyper. Vi förblir positiva i våra utsikter eftersom framstegen hittills förtjänar förtroende för att nya läkemedel kommer att finnas tillgängliga mycket snart.
Intressekonfliktförklaring
Författarna förklarar att forskningen utfördes i avsaknad av kommersiella eller ekonomiska relationer som skulle kunna tolkas som en potentiell intressekonflikt.
Acknowledgments
Dr. R. Watkins stöds av ett forskningsanslag från Akron General Foundation. Han rapporterar inga ekonomiska intressekonflikter. Ingen skrivhjälp utnyttjades i produktionen av detta manuskript. Detta arbete stöddes delvis av medel och/eller anläggningar som tillhandahölls av Cleveland Department of Veterans Affairs, Veterans Affairs Career Development Program till Dr. K. M. Papp-Wallace, Veterans Affairs Merit Review Program och Geriatric Research Education and Clinical Center Veterans Integrated Service Network 10 till Dr. R. A. Bonomo. National Institute of Allergy and Infectious Diseases of the National Institutes of Health har också stött detta arbete genom tilldelningsnummer R01 AI100560 och R01 AI063517 till Dr. R. A. Bonomo. Innehållet är enbart författarnas ansvar och representerar inte nödvändigtvis National Institutes of Healths officiella åsikter. Dr K. M. Papp-Wallace och R. A. Bonomo har forskningsmedel från AstraZeneca och Dr R. A. Bonomo stöds också av forskningsanslag från Merck och Rib-X.
Fotnoter
- ^www.clinicaltrials.gov
- ^www.shionogi.com/pdf/RDmeeting2012.pdf
Ambler, R. P. (1980). Strukturen hos β-laktamaserna. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 289, 321-331. doi: 10.1098/rstb.1980.0049
CrossRef Full Text
Babini, G. S., Yuan, M. och Livermore, D. M. (1998). Interaktioner av β-lactamaser med sanfetrinem (GV 104326) jämfört med interaktioner med imipenem och med orala β-laktamer. Antimicrob. Agents Chemother. 42, 1168-1175.
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text
Bassetti, M., Ginocchio, F. och Mikulska, M. (2011). Nya behandlingsalternativ mot gramnegativa organismer. Crit. Care 15, 215. doi: 10.1186/cc9997
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Bou, G., Santillana, E., Sheri, A., Beceiro, A., Sampson, J. M., Kalp, M., et al. (2010). Design, syntes och kristallstrukturer av 6-alkyliden-2′-substituerade penicillansyra-sulfoner som potenta hämmare av Acinetobacter baumannii OXA-24 carbapenemas. J. Am. Chem. Soc. 132, 13320-13331. doi: 10.1021/ja104092z
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Boucher, H. W., Talbot, G. H., Benjamin, D. K. Jr., Bradley, J., Guidos, R. J., Jones, R. N., et al. (2013). 10 x ’20 Progress-development of new drugs active against gram-negative bacilli: an update from the Infectious Diseases Society of America. Clin. Infect. Dis. 56, 1685-1694. doi: 10.1093/cid/cit152
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Bush, K. (2012). Förbättring av kända antibiotikaklasser: en optimistisk strategi för framtiden. Curr. Opin. Pharmacol. 12, 527-534. doi: 10.1016/j.coph.2012.06.003
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Bush, K., and Jacoby, G. A. (2010). Uppdaterad funktionell klassificering av β-laktamaser. Antimicrob. Agents Chemother. 54, 969-976. doi: 10.1128/AAC.01009-09
CrossRef Full Text
Bush, K., and Macielag, M. J. (2010). Nya β-laktamantibiotika och β-laktamashämmare. Expert Opin. Ther. Pat. 20, 1277-1293. doi: 10.1517/13543776.2010.515588
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Castanheira, M., Becker, H., Rhomberg, P. och Jones, R. (2012a). ”Preklinisk utvärdering av en kombination av karbapenem/β-laktamashämmare (RPX2003/RPX7009) testad mot serinkarbapenemasproducerande patogener, abstr. F-856”, i Interscience Conference on Antimicrobial Agents and Chemotherapy (San Francisco, CA).
Castanheira, M., Sader, H. S., Farrell, D. J., Mendes, R. E. och Jones, R. N. (2012b). Aktivitet hos ceftarolin-avibaktam testad mot populationer av gramnegativa organismer, inklusive stammar som uttrycker en eller flera β-laktamaser och meticillinresistenta Staphylococcus aureus som bär på olika stafylokockkassettkromosommec-typer. Antimicrob. Agents Chemother. 56, 4779-4785. doi: 10.1128/AAC.00817-12
CrossRef Full Text
Chen, Y., McReynolds, A. och Shoichet, B. K. (2009). Re-examining the role of Lys67 in class C β-lactamase catalysis. Protein Sci. 18, 662-669. doi: 10.1002/pro.60
CrossRef Full Text
Chen, Y., Minasov, G., Roth, T. A., Prati, F. och Shoichet, B. K. (2006). Deacyleringsmekanismen för AmpC β-laktamas med ultrahög upplösning. J. Am. Chem. Soc. 128, 2970-2976. doi: 10.1021/ja056806m
CrossRef Full Text
Citron, D. M., Tyrrell, K. L., Merriam, V. och Goldstein, E. J. (2011). In vitro-aktivitet hos ceftazidim-NXL104 mot 396 stammar av β-laktamasproducerande anaerobier. Antimicrob. Agents Chemother. 55, 3616-3620. doi: 10.1128/AAC.01682-10
CrossRef Full Text
Coleman, K. (2011). Diazabicyclooktaner (DBO): en ny potent klass av icke-β-laktam β-laktamashämmare. Curr. Opin. Microbiol. 14, 550-555. doi: 10.1016/j.mib.2011.07.026
CrossRef Full Text
Crandon, J. L., Schuck, V. J., Banevicius, M. A., Beaudoin, M. E., Nichols, W. W., Tanudra, M. A., et al. (2012). Jämförande in vitro- och in vivo-effektivitet av simulerade doser av ceftazidim och ceftazidim-avibactam för människor mot Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob. Agents Chemother. 56, 6137-6146. doi: 10.1128/AAC.00851-12
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Drawz, S. M., Babic, M., Bethel, C. R., Taracila, M., Distler, A. M., Ori, C., et al. (2010a). Hämning av klass C β-laktamaset från Acinetobacter spp.: insikter om effektiv utformning av hämmare. Biochemistry 49, 329-340. doi: 10.1021/bi9015988
CrossRef Full Text
Drawz, S. M., Bethel, C. R., Doppalapudi, V. R., Sheri, A., Pagadala, S. R., Hujer, A. M., et al. (2010b). Penicillinsulfonhämmare av klass D-β-laktamaser. Antimicrob. Agents Chemother. 54, 1414-1424. doi: 10.1128/AAC.00743-09
CrossRef Full Text
Drawz, S. M., and Bonomo, R. A. (2010). Tre decennier av β-laktamashämmare. Clin. Microbiol. Rev. 23, 160-201. doi: 10.1128/CMR.00037-09
CrossRef Full Text
Dubus, A., Normark, S., Kania, M. och Page, M. G. (1995). Asparagin 152:s roll i katalysen av β-laktamhydrolys av Escherichia coli AmpC β-laktamas studerad genom platsstyrd mutagenes. Biochemistry 34, 7757-7764. doi: 10.1021/bi00023a023
CrossRef Full Text
Ehmann, D. E., Jahic, H., Ross, P. L., Gu, R. F., Hu, J., Kern, G., et al. (2012). Avibaktam är en kovalent, reversibel, icke-β-laktam β-laktamashämmare. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 11663-11668. doi: 10.1073/pnas.1205073109
CrossRef Full Text
Fisher, J. F., and Mobashery, S. (2009). Tre decennier av klass A β-laktamasets acylenzym. Curr. Protein Pept. Sci. 10, 401-407. doi: 10.2174/13892020309789351967
CrossRef Full Text
Garau, G., Bebrone, C., Anne, C., Galleni, M., Frere, J. M. och Dideberg, O. (2005). Ett metallo-β-laktamasenzym i aktion: kristallstrukturer av monozinkkarbapenemaset CphA och dess komplex med biapenem. J. Mol. Biol. 345, 785-795. doi: 10.1016/j.jmb.2004.10.070
CrossRef Full Text
Gatti, D. L. (2012). Inaktivering av biapenem genom B2 metallo β-lactamaser: energilandskap för reaktioner efter hydrolys. PLoS ONE 7:e30079. doi: 10.1371/journal.pone.0030079
CrossRef Full Text
Goldstein, E. J., Citron, D. M., Merriam, C. V. och Tyrrell, K. L. (2013a). Jämförande in vitro-aktivitet hos ceftarolin, ceftarolin-avibaktam och andra antimikrobiella medel mot aeroba och anaeroba bakterier odlade från infekterade diabetiska fotsår. Diagn. Microbiol. Infect. Dis. 76, 347-351. doi: 10.1016/j.diagmicrobio.2013.03.019
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Goldstein, E. J., Citron, D. M., Tyrrell, K. L., and Merriam, C. V. (2013b). In vitro-aktivitet av Biapenem plus RPX7009, ett karbapenem kombinerat med en serin-β-laktamashämmare, mot anaeroba bakterier. Antimicrob. Agents Chemother. 57, 2620-2630. doi: 10.1128/AAC.02418-12
CrossRef Full Text
Hecker, S., Reddy, K., Totrov, M., Hirst, G., Sabet, M., Tarazi, Z., et al. (2012). ”Discovery of RPX7009, a broad-spectrum β-lactamase inhibitor with utility vs. class A serine carbapenemase, abstr F-848,” in Interscience Conference on Antimicrobial Agents and Chemotherapy (San Francisco, CA).
Heinz, U., Bauer, R., Wommer, S., Meyer-Klaucke, W., Papamichaels, C., Bateson, J., et al. (2003). Koordineringsgeometrier av metalljoner i d- eller l-captopril-inhiberade metallo-β-lactamaser. J. Biol. Chem. 278, 20659-20666. doi: 10.1074/jbc.M212581200
CrossRef Full Text
Higgins, P. G., Stefanik, D., Page, M. G., Hackel, M. och Seifert, H. (2012). In vitro-aktivitet hos den siderofora monosulfaktam BAL30072 mot meropenem-inte mottagliga Acinetobacter baumannii. J. Antimicrob. Chemother. 67, 1167-1169. doi: 10.1093/jac/dks009
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Hirsch, E. B., Ledesma, K. R., Chang, K. T., Schwartz, M. S., Motyl, M. R. och Tam, V. H. (2012). In vitro-aktivitet hos MK-7655, en ny β-laktamashämmare, i kombination med imipenem mot karbapenemresistenta gramnegativa bakterier. Antimicrob. Agents Chemother. 56, 3753-3757. doi: 10.1128/AAC.05927-11
CrossRef Full Text
Iglicar, P., Legen, I., Vilfan, G., Selic, L. och Prezelj, A. (2009). Permeabilitet för en ny β-laktamashämmare LK-157 och dess esterprodruger genom råttjejunum in vitro. J. Pharm. Pharmacol. 61, 1211-1218. doi: 10.1211/jpp/61.09.0011
CrossRef Full Text
Infectious Diseases Society of America. (2010). 10 x ’20-initiativet: Fortsättning av ett globalt åtagande att utveckla 10 nya antibakteriella läkemedel senast 2020. Clin. Infect. Dis. 50, 1081-1083. doi: 10.1086/652237
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Infectious Diseases Society of America. (2012). Vitbok: Rekommendationer om genomförandet av överlägsenhet och organismspecifika kliniska prövningar av antibakteriella medel för behandling av infektioner orsakade av läkemedelsresistenta bakteriella patogener. Clin. Infect. Dis. 55, 1031-1046. doi: 10.1093/cid/cis688
CrossRef Full Text
King, D. T., Worrall, L. J., Gruninger, R. och Strynadka, N. C. (2012). New Delhi metallo-β-laktamas: strukturella insikter om β-laktamigenkänning och hämning. J. Am. Chem. Soc. 134, 11362-11365. doi: 10.1021/ja303579d
CrossRef Full Text
Kumarasamy, K. K., Toleman, M. A., Walsh, T. R., Bagaria, J., Butt, F., Balakrishnan, R., et al. (2010). Uppkomst av en ny antibiotikaresistensmekanism i Indien, Pakistan och Storbritannien: en molekylär, biologisk och epidemiologisk studie. Lancet Infect. Dis. 10, 597-602. doi: 10.1016/S1473-3099(10)70143-2
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Lamoureaux, T. L., Vakulenko, V., Toth, M., Frase, H. och Vakulenko, S. B. (2013). Ett nytt β-laktamas med utökat spektrum, SGM-1, från ett miljöisolat av Sphingobium sp. Antimicrob. Agents Chemother. 57, 3783-3788. doi: 10.1128/AAC.00808-13
CrossRef Full Text
Liu, Z., Li, W., Wang, J., Pan, J., Sun, S., Yu, Y., et al. (2013). Identifiering och karakterisering av den första Escherichia coli-stammen som bär på NDM-1-genen i Kina. PLoS ONE 8:e66666. doi: 10.1371/journal.pone.0066666
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Livermore, D. M., and Mushtaq, S. (2013). Aktivitet av biapenem (RPX2003) i kombination med boronat-β-laktamasinhibitorn RPX7009 mot karbapenemresistenta Enterobacteriaceae. J. Antimicrob. Chemother. 68, 1825-1831. doi: 10.1093/jac/dkt118
CrossRef Full Text
Livermore, D. M., Mushtaq, S. och Warner, M. (2009). Aktivitet hos anti-MRSA-karbapenemet razupenem (PTZ601) mot Enterobacteriaceae med definierade resistensmekanismer. J. Antimicrob. Chemother. 64, 330-335. doi: 10.1093/jac/dkp187
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Livermore, D. M., Mushtaq, S. och Warner, M. (2010). Aktivitet av BAL30376 (monobaktam BAL19764 + BAL29880 + clavulanat) mot gramnegativa bakterier med karakteriserade resistensmekanismer. J. Antimicrob. Chemother. 65, 2382-2395. doi: 10.1093/jac/dkq310
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Livermore, D. M., Mushtaq, S., Warner, M., Zhang, J., Maharjan, S., Doumith, M., et al. (2011). Verksamhet hos NXL104-kombinationer med ceftazidim och aztreonam mot karbapenemasproducerande Enterobacteriaceae. Antimicrob. Agents Chemother. 55, 390-394. doi: 10.1128/AAC.00756-10
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Livermore, D. M., Warner, M., and Mushtaq, S. (2013). Aktivitet av MK-7655 i kombination med imipenem mot Enterobacteriaceae och Pseudomonas aeruginosa. J. Antimicrob. Chemother. 68, 2286-2290. doi: 10.1093/jac/dkt178
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Lucasti, C., Popescu, I., Ramesh, M. K., Lipka, J. och Sable, C. (2013). Jämförande studie av effekt och säkerhet av ceftazidim/avibaktam plus metronidazol jämfört med meropenem vid behandling av komplicerade intraabdominella infektioner hos vuxna inlagda på sjukhus: resultat av en randomiserad, dubbelblind fas II-studie. J. Antimicrob. Chemother. 68, 1183-1192. doi: 10.1093/jac/dks523
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
MacGowan, A. P., Noel, A., Tomaselli, S., Elliott, H. och Bowker, K. (2011). Farmakodynamik hos razupenem (PZ601) studerad i en farmakokinetisk in vitro-modell av infektion. Antimicrob. Agents Chemother. 55, 1436-1442. doi: 10.1128/AAC.00936-10
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Mangion, I. K., Ruck, R. T., Rivera, N., Huffman, M. A. och Shevlin, M. (2011). En kortfattad syntes av en β-laktamashämmare. Org. Lett. 13, 5480-5483. doi: 10.1021/ol202195n
CrossRef Full Text
Mushtaq, S., Warner, M. och Livermore, D. M. (2010). In vitro-aktivitet hos ceftazidim+NXL104 mot Pseudomonas aeruginosa och andra icke-fermenterare. J. Antimicrob. Chemother. 65, 2376-2381. doi: 10.1093/jac/dkq306
CrossRef Full Text
Mushtaq, S., Woodford, N., Hope, R., Adkin, R. och Livermore, D. M. (2013). Aktivitet av BAL30072 ensam eller i kombination med β-laktamashämmare eller med meropenem mot karbapenemresistenta Enterobacteriaceae och icke-fermenterare. J. Antimicrob. Chemother. 68, 1601-1608. doi: 10.1093/jac/dkt050
CrossRef Full Text
Nazik, H., Ongen, B., Ilktac, M., Aydin, S., Kuvat, N., Sahin, A., et al. (2012). Karbapenemresistens på grund av blaOXA-48 bland ESBL-producerande Escherichia coli- och Klebsiella pneumoniae-isolat på ett universitetssjukhus i Turkiet. Southeast Asian J. Trop. Med. Public Health 43, 1178-1185.
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text
Page, M. G., Dantier, C. och Desarbre, E. (2010). In vitro-egenskaper hos BAL30072, en ny sideroforsulfaktam med aktivitet mot multiresistenta gramnegativa bakterier. Antimicrob. Agents Chemother. 54, 2291-2302. doi: 10.1128/AAC.01525-09
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Page, M. G., Dantier, C., Desarbre, E., Gaucher, B., Gebhardt, K. och Schmitt-Hoffmann, A. (2011). In vitro- och in vivo-egenskaper hos BAL30376, en β-laktam och dubbel β-laktamashämmare i kombination med ökad aktivitet mot gramnegativa baciller som uttrycker flera β-laktamaser. Antimicrob. Agents Chemother. 55, 1510-1519. doi: 10.1128/AAC.01370-10
CrossRef Full Text
Page, M. G., and Heim, J. (2009). Nya molekyler från gamla klasser: återblick på utvecklingen av β-laktamer. IDrugs 12, 561-565.
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text
Papp-Wallace, K. M., Endimiani, A., Taracila, M. A., and Bonomo, R. A. (2011). Karbapenemer: historia, nutid och framtid. Antimicrob. Agents Chemother. 55, 4943-4960. doi: 10.1128/AAC.00296-11
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Paukner, S., Hesse, L., Prezelj, A., Solmajer, T. och Urleb, U. (2009). In vitro-aktivitet hos LK-157, ett nytt tricykliskt karbapenem som bredspektrig β-laktamashämmare. Antimicrob. Agents Chemother. 53, 505-511. doi: 10.1128/AAC.00085-08
CrossRef Full Text
Plantan, I., Selic, L., Mesar, T., Anderluh, P. S., Oblak, M., Prezelj, A., et al. (2007). 4-substituerade trinemer som bredspektrum β-laktamashämmare: strukturbaserad design, syntes och biologisk aktivitet. J. Med. Chem. 50, 4113-4121. doi: 10.1021/jm0703237
CrossRef Full Text
Pournaras, S., Poulou, A., Voulgari, E., Vrioni, G., Kristo, I. och Tsakris, A. (2010). Detektion av det nya metallo-β-laktamaset VIM-19 tillsammans med KPC-2, CMY-2 och CTX-M-15 i Klebsiella pneumoniae. J. Antimicrob. Chemother. 65, 1604-1607. doi: 10.1093/jac/dkq190
CrossRef Full Text
Powers, R. A., and Shoichet, B. K. (2002). Strukturbaserat tillvägagångssätt för identifiering av bindningsställen på AmpC β-laktamas. J. Med. Chem. 45, 3222-3234. doi: 10.1021/jm020002p
CrossRef Full Text
Russo, T. A., Page, M. G., Beanan, J. M., Olson, R., Hujer, A. M., Hujer, K. M., et al. (2011). In vivo och in vitro-aktivitet hos sideroformonosulfaktam BAL30072 mot Acinetobacter baumannii. J. Antimicrob. Chemother. 66, 867-873. doi: 10.1093/jac/dkr013
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Sabet, M., Tarazi, Z., Lomovskaya, O., Hecke, S., Dudley, M. och Griffith, O. (2012). ”In vivo efficacy of the β-lactamase inhibitor RPX7009 combined with the carbapenem RPX2003 against KPC-producing K. pneumoniae, abstr F-858,” in Interscience Conference on Antimicrobial Agents and Chemotherapy (San Francisco, CA).
Shlaes, D. M. (2013). Nya kombinationer av β-laktam-β-laktamashämmare i klinisk utveckling. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1277, 105-114. doi: 10.1111/nyas.12010
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Spellberg, B., Bartlett, J. G., and Gilbert, D. N. (2013). Framtiden för antibiotika och resistens. N. Engl. J. Med. 368, 299-302. doi: 10.1056/NEJMp1215093
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Tan, Q., Ogawa, A. M., Painter, R. E., Park, Y. W., Young, K., and Dininno, F. P. (2010). 4,7-diklorbenzothien-2-ylsulfonylaminometylboronsyra: den första boronsyrebaserade β-laktamasinhibitorn med klass A, C och D-aktivitet. Bioorg. Med. Chem. Lett. 20, 2622-2624. doi: 10.1016/j.bmcl.2010.02.065
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Tan, Q., Ogawa, A. M., Raghoobar, S. L., Wisniewski, D., Colwell, L., Park, Y. W., et al. (2011). Tiofenyloximavledda fosfonater som nanomolära klass C β-lactamashämmare som minskar imipenems MIC mot Pseudomonas aeruginosa och Acinetobacter baumannii. Bioorg. Med. Chem. Lett. 21, 4363-4365. doi: 10.1016/j.bmcl.2011.04.122
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Winkler, M. L., Rodkey, E. A., Taracila, M. A., Drawz, S. M., Bethel, C. R., Papp-Wallace, K. M., et al. (2013). Design och utforskning av nya boronsyrahämmare avslöjar viktiga interaktioner med ett clavulansyra-resistent sulfhydryl-variabelt (SHV) β-laktamas. J. Med. Chem. 56, 1084-1097. doi: 10.1021/jm301490d
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text
Zhanel, G. G., Lawson, C. D., Adam, H., Schweizer, F., Zelenitsky, S., Lagace-Wiens, P. R., et al. (2013). Ceftazidim-avibaktam: En ny kombination av cefalosporin/β-laktamashämmare. Drugs 73, 159-177. doi: 10.1007/s40265-013-0013-7
Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | CrossRef Full Text