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Espectrometria de massa decifrando mecanismo de resistência às polimixinas

As polimixinas são polipeptídios catiônicos isolados na década de 1940, de Paenibacillus polymyxa (previamente conhecido como Bacillus polymyxa). Na década de 1970, caíram em desuso devido a preocupações envolvendo efeitos adversos nefrotóxicos e neurotóxicos e foram então substituídas por novos antimicrobianos, mais eficazes (dependendo do sítio de infecção) e menos tóxicos, como os aminoglicosídeos, quinolonas e beta-lactâmicos. No entanto, com o surgimento de microrganismos MDR, XDR e PDR, as opções terapêuticas ficaram comprometidas e consequentemente houve aumento do uso de polimixinas nos últimos anos. Os lipopolissacarídeos (LPS) de bactérias gram-negativas (BGN) atuam como mecanismo de defesa contra diversas condições ambientais e são as estruturas mais conservadas entre todas as espécies de bactérias gram-negativas. É por isso que o LPS é reconhecido como um importante padrão molecular associado a patógenos, que é reconhecido pelo sistema imune inato dos mamíferos. O LPS é constituído por três domínios distintos: i) o lipídeo A (ancorado na membrana externa bacteriana); ii) o oligossacarídeo central ligado pelo ácido ceto-deoxi-octulosonato (Kdo) com o lipídeo A; iii) o antígeno/polissacarídeo O. Especificamente sobre o lipídeo A (endotoxina), suas estruturas podem variar amplamente entre diferentes gêneros de bactérias, mesmo em isolados da mesma espécie. O mecanismo de ação das polimixinas está relacionado à ligação deste antibiótico, carregado positivamente, ao LPS da membrana externa de BGN, mais especificamente, interagindo com os grupos fosfato, carregados negativamente, na porção do lipídeo A do LPS, desestabilizando a membrana. Entre os mecanismos de resistência às polimixinas, a presença de diferentes enzimas modificadoras de LPS codificadas por genes cromossômicos e/ou plasmidiais é o mecanismo mais comumente relatado. Está relacionado com alterações no LPS via adição de grupos catiônicos no lipídio A, como por exemplo, 4-amino-4-desoxi-L-arabinose (L-Ara4N) e fosfoetanolamina (PEtN). Essas alterações podem ser visualizadas por MALDI-TOF (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization - Time Of Flight) o qual fornece espectro de massas capaz de identificar microrganismos baseando-se na análise dos resultados obtidos pela relação massa x intensidade de cada proteína dos microrganismos, lembrando que cada espécie apresenta espectro específico. Pode também detectar e fornecer espectros de massas específicos de cada alteração do LPS de cada espécie bacteriana pela adição dos grupos catiônicos no lipídeo A, como os acima descritos (L-Ara4N e PEtN). Para exemplificar, análises feitas por MALDI-TOF em Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, linhagem selvagem (WT) e a que apresentou gene mcr-1. Na WT estão picos específicos nas razões 1824/1840/2062 m/z, na linhagem carreando gene mcr-1 (plasmidial), picos específicos foram encontrando nas razões 1974/1963/2185 m/z. Essas diferenças numéricas representam a adição de PEtN o qual apresenta razão m/z de 123 unidades (Figura 1). Mais detalhes e investigações envolvendo outros microrganismos, como Escherichia coli, Acinetobacter baumannii e Pseudomonas aeruginosa, são estão descritos (https://doi.org/10.1128/AAC.00580-17).
Legenda: Análise de espectrometria de massas da linhagem WT K. pneumoniae ATCC 13883 (A) e da  que expressa mcr-1 (B). As linhagens modificadas com PEtN são representadas em vermelho (m/z 1.867, 1.947, 1.963, 2.105 e 2.185).
Fonte: Liu et al., 2017. (adaptado)


1) Liu Y-Y, Chandler CE, Leung LM, McElheny CL, Mettus RT, Shanks RMQ, Liu J-H, Goodlett DR, Ernst RK, Doi Y. 2017. Structural modification of lipopolysaccharide conferred by mcr-1 in gram-negative ESKAPE pathogens. Antimicrob Agents Chemother 61(6) doi: 10.1128/AAC.00580-17. 2) Poirel L, Jayol A, Nordmann P. 2017. Polymyxins: antibacterial activity, susceptibility testing, and resistance mechanisms encoded by plasmids or chromosomes. Clin Microbiol Rev 30:557–596. doi: 10.1128/CMR.00064-16.

Texto escrito e revisado por Drª Anelise Ballaben e Profª Drª Ana Lúcia Darini