Selektion og spredning af antibiotikaresistente bakterier

Allerede få år efter introduktion af penicillin blev der påvist enzymer - penicillinaser eller betalaktamaser - der kunne nedbryde og ophæve virkningen af penicillinmolekylet. For alle antibiotika er der før eller senere opstået resistens, og listen over resistensegen-skaber, der oftest er defineret ved gener, der koder for resistensmekanismer, er nærmest endeløs; f.eks. kendes der nu over 1.000 forskellige betalaktamasegener, og udviklingen er nærmest eksponentiel.

Den pinlige sandhed er, at vi kender årsagen til denne udvikling, og den er: overforbrug eller misbrug af antibiotika. Antibiotika selekterer for resistente bakterier, og der er en højsignifikant, positiv lineær korrelation mellem mængden af brugte antibiotika og hyppigheden af resistens [1]. I Danmark alene bruges der årligt mindst 200 tons antimikrobielle midler (300 tons, hvis vi regner antimykotiske stoffer med) til behandling og forebyggelse af infektioner hos mennesker, dyr og planter, og en meget stor del af dette ender uomdannet i naturen efter brug og udskillelse. En del nedbrydes i naturen, f.eks. nedbrydes betalaktamantibiotika af naturligt forekommende betalaktamaser, men mange antibiotika er meget stabile og kan selektere for yderligere resistens i mikrofloraen i miljøet i lang tid. Dette indebærer en konstant eskalerende pool af bakterier og/eller resistensgener, der via naturens kredsløb igen kan komme i kontakt med mennesker gennem vand, fødevarer og smitte fra dyr.

I det følgende vil vi kort gennemgå den vigtigste viden om selektion af antibiotikaresistens og diskutere, hvordan resistens bedst kan undgås eller nedbringes.

RESISTENS, »FITNESS« OG SPREDNING

En bakterie kan være naturligt resistent eller blive resistent ved mutation eller overførsel af resistensgener. Alt liv for bakterier er en kamp om føde, og væksthastigheden er derfor en afgørende faktor. Under normale omstændigheder vil de fleste resistente mutanter ikke kunne klare sig i konkurrencen med de følsomme bakterier, fordi en mutation eller optagelsen af et plasmid koster energi. Denne omkostning kan måles som en lavere væksthastighed, der medfører et tab af »fitness", dvs. mindre konkurrenceevne [2]. Hvis bakteriepopulationen udsættes for antibiotika, vil de følsomme bakterier forsvinde, og de resistente bakteriecellers »fitness«-tab vil ikke spille nogen rolle, da de konkurrerende følsomme bakterier er forsvundet. Der er således sket en selektion af de resistente bakterier.

Krydsresistens er resistens over for flere antibiotika i samme gruppe, fordi de har samme angrebspunkt. F.eks. giver resistens over for erytromycin samtidig resistens over for roxi-, clari- og azitromycin; mutationsændring af et penicillinbindende protein, som er årsagen til methicillinresistens hos Staphylococcus aureus, leder til resistens over for stort set alle betalaktamantibiotika; en enkelt undtagelse er et nyt cefalosporin under afprøvning, ceftarolin, der er aktivt over for methicillinresistente S. aureus (MRSA)). Ved koresistens har en bakterie resistensgener over for flere forskellige antibiotika. Hermed vil et antibiotikum ikke bare selektere for resistens over for dette alene, men for hele gruppen, og ved koresistens kan anvendelsen af ét antibiotikum selektere for resistens over for alle de andre antibiotika, som bakterierne er resistente over for. Hos danske Escherichia coli -bakterier fra humaninfektioner er 40% af isolaterne resistente over for både sulfonamid og ampicillin, og 25% er også resistente over for trimethoprim. Selv om sulfonamidforbruget falder, ligger sulfonamidresistensen konstant, formentlig vedligeholdt af ampicillin- og trimethoprimforbruget [3].

Resistens over for tungmetaller (sølv, zink eller kobber) eller over for desinfektionsmidler som klorhexidin kan også forekomme samtidig med antibiotikaresistens, hvilket yderligere åbner for koselektion. Anvendelsen af zink eller kobber som vækstfaktorer i dyrefoder har derfor højst sandsynligt været med til at selektere for resistens over for vancomycin eller makrolid hos enterokokker [4]. Ligeledes har brugen af sølv som antibakterielt middel været nævnt som mulig koselektionsfaktor for antibiotikaresistens [5].

Koselektion af virulensgener er en anden mulighed, hvis de forekommer på samme plasmider som resistensgenerne. Forekomsten af tetracyklinresistens hos den nyligt opdagede grise (og andre dyr)-MRSA, CC398, kan muligvis spille en rolle for dens spredning i dyrebesætninger pga. det uhæmmede tetracyklinforbrug i landbruget [3].

SAMMENHÆNG MELLEM ANTIBIOTIKAFORBRUG OG RESISTENS
Stigning i forbrug og stigning i resistensforekomst

Litteraturen er rig på eksempler på stigning i forbrug og stigning i resistensforekomst, og der er kun plads til at nævne nogle få. Generelt udvikles der relativt sjældent resistens hos en patogen bakterie under behandling. Bedst kendt er resistensudvikling hos Mycobacterium tuberculosis ved behandling med kun ét aktivt stof, mens det forebygges med fire aktive stoffer, hvilket er baggrunden for den nuværende standardbehandling. Resistensudvikling under behandling ses også ved brug af antibiotika, der kun har ét angrebspunkt, som kan ændres ved én mutation, f.eks. rifampicin og ciprofloxacin [6].

Ellers foregår resistensudvikling oftest i normalfloraen under behandling med antibiotika for infektioner andetsteds. Denne »skjulte« resistensudvikling har sjældent indflydelse på behandlingen for den givne infektion, men kan blive et problem, hvis de resistente bakterier forårsager infektion senere. Af mange eksempler skal nævnes makrolidresistens hos pneumokokker fra nasalfloraen hos børn, der er blevet behandlet med azithromycin for trakom [7], resistensudvikling over for tetracyklin og andre antibiotika hos E. coli i tarmen under langtidsbehandling med tetracyklin for akne [8], og ciprofloxacinresistens hos Staphylococcus epidermidis på huden hos frivillige, der indtog ciprofloxacin som forsøg [9].

Såkaldte tidsserieanalyser har sandsynliggjort et snævert sammenfald over tid mellem stigning og fald i antibiotikaresistens hos enkelte bakteriearter parallelt med stigning og fald i forbrug af det pågældende antibiotikum på hospitaler [10].

Stigning i resistens målt som gennemsnitsresistensen i europæiske lande kan korreleres med forbrug af de pågældende antibiotika i samme lande målt som totalforbrug i defineret døgndosis pr. indbygger pr. dag [1].

En yderligere metode til at påvise antibiotikas selektionsevne ses i case-kontrol-studier, hvor patienter, der havde infektioner med resistente bakterier, blev sammenlignet med kontrolpersoner, dvs. patienter, der havde samme infektioner med følsomme bakterier. Således er det påvist, at cefalosporin- og fluorquinolonbehandling selekterer for extended spectrum beta-lactamases [11] og MRSA [12].

Der er påvist overførsel via fødevareindtagelse for vancomycinresistente Enterococcus faecium og E. coli [13, 14]. Kolonisation af resistente bakterier i tarmen udgør en risiko for senere spredning til urinvejene (herfra til blod) og fremmedlegemer (herfra til blod) m.m.

Betydningen af selektion ved koresistens er smukt illustreret i flere danske arbejder [15], dvs. at brugen af ét antibiotikum medfører stigning i resistensforekomsten for et andet antibiotikum.

Spredning af resistente bakterier ved smitte spiller naturligvis også en stor rolle, ikke bare på sygehuse, men også i samfundet. Hvor mennesker lever eller opholder sig i tæt kontakt med hinanden, vil der ligesom med de fleste infektionssygdomme være risiko for smitte, og det gælder både bakterier, virus (bakteriofager med resistensgener) og DNA alene, dvs. resistensgener.

Fald i forbrug og fald i resistensforekomst

Hvis øget antibiotikabrug leder til øget resistensforekomst, skulle det gerne gælde, at fjernelse af selektionstrykket ved at reducere antibiotikaforbruget medfører fald i resistenshyppigheden. Dette kan modelleres matematisk på baggrund af flere kliniske observationer af resistensudvikling [16]. Ifølge modellen vil omfanget og hastigheden af faldet i antibiotikaforbrug medføre tilsvarende fald i resistensforekomsten til niveauer, der afhænger af det resulterende forbrugsniveau af det pågældende antibiotikum. Et dansk eksempel illustrerer glimrende denne lovmæssighed, i (Figur 1 ) vises udviklingen af resistens hos E. faecium, der er isoleret fra forskellige produktionsdyr i Danmark, og udviklingen i forbruget af de pågældende antibiotika gennem de seneste godt 20 år [3]. Resistens over for henholdsvis vancomycin (krydsresistens over for vækstfremmeren avoparcin) og streptogramin (krydsresistens over for vækstfremmeren virginiamycin) faldt til næsten nul efter udfasningen af vækstfremmerne i Danmark og resten af EU i slutningen af 1990'erne. Resistensen over for erythromycin hos E. faecium faldt kun til 10%, hvilket svarer til, at makrolidantibiotika stadig bruges til behandling af dyr, mens specielt tetracyklinresistens har været stigende parallelt med det stigende tetracyklinforbrug. Det nuværende resistensniveau vil således nøje afspejle forbruget af det pågældende antibiotikum. Og da det er svært at fjerne et terapeutisk antibiotikum helt - i modsætning til vækstfremmerne - vil der altid være et vist niveau af resistens, som er en afspejling af antibiotika-»trykket«. Om produktionsdyrenes korte levetid spiller ind på hastigheden af resistensændringer er ikke undersøgt nærmere, men tilsvarende hurtigt fald i forekomsten af resistente bakterier er også set hos mennesker.

ER DER EN FREMTID MED ANTIBIOTIKA?

Som det fremgår af ovenstående, giver forståelsen for sammenhængen mellem antibiotikabrug, selektion og resulterende resistensudvikling i sig selv løsningen på problemet: rationel antibiotikabehandling med minimal anvendelse kun til nødvendig behandling af alvorlige infektioner. Der skal være en antibiotikapolitik, som alle er enige om: overvågning af resistens og forbrug, indskrænkninger i forbrug ved receptpligt, instrukser om korrekt dosering og valg af antibiotika, infektionskontrol og undervisning. Hvis vores enorme antibiotikaforbrug med aktiv udledning i naturen fortsætter, kan man ved ekstrapolation af resistenskurverne for de vigtigste bakterier se en fremtid for aktive stoffer på 20-30 år. Fremkomst af nye antibiotika har mindst lige så lange udsigter.

src="/LF/images_ufl/ufl_bla.gif">
Niels Frimodt-Møller, Klinisk Mikrobiologisk Afdeling, Hvidovre Hospital, Kettegård Allé 30, 2650 Hvidovre. E-mail: niels.frimodt-moeller@hvh.regionh.dk

ANTAGET: 27. september 2011

INTERESSEKONFLIKTER: Forfatternes ICMJE-formularer er tilgængelige sammen med artiklen på Ugeskriftet.dk

1. Bronzwaer SL, Cars O, Buchholz U et al, European Antimicrobial Resistance Surveillance System. A European study on the relationship between antimicrobial use and antimicrobial resistance. Emerg Infect Dis 2002;8:278-82.
2. Andersson DI, Levin BR. The biological cost of antibiotic resistance. Curr Opin Microbiol 1999;2:89-93.
3. DANMAP 2010. Use of antimicrobial agents and occurrence of antimicrobial resistance in bacteria from food animals, foods and humans in Denmark. www.danmap.org/pdfFiles/Danmap_2010.pdf (7. juli 2011).
4. Hasman H, Aarestrup FM. Relationship between copper, glycopeptide, and macrolide resistance among Enterococcus faecium strains isolated from pigs in Denmark between 1997 and 2003. Antimicrob Agents Chemother 2005;49:454-6.
5. Li XZ, Nikaido H, Williams KE. Silver-resistant mutants of Escherichia coli display active efflux of Ag+ and are deficient in porins. J Bacteriol 1997;179:6127-32.
6. Piddock LJ, Griggs DJ, Hall MC et al. Ciprofloxacin resistance in clinical isolates of Salmonella typhimurium obtained from two patients. Antimicrob Agents Chemother 1993;37:662-6.
7. Leach AJ, Shelby-James TM, Mayo M et al. A prospective study of the impact of community-based azithromycin treatment of trachoma on carriage and resistance of Streptococcus pneumoniae. Clin Infect Dis 1997;24:356-62.
8. Moller JK, Bak AL, Stenderup A et al. Changing patterns of plasmid-mediated drug resistance during tetracycline therapy. Antimicrob Agents Chemother 1977;11:388-91.
9. Høiby N, Jarløv JO, Kemp M et al. Excretion of ciprofloxacin in sweat and multiresistant Staphylococcus epidermidis. Lancet 1997;349:167-9.
10. López-Lozano JM, Monnet DL, Yagüe A et al. Modelling and forecasting antimicrobial resistance and its dynamic relationship to antimicrobial use: a time series analysis. Int J Antimicrob Agents 2000;14:21-31.
11. Jain A, Roy I, Gupta MK et al. Prevalence of extended-spectrum beta-lactamase-producing Gram-negative bacteria in septicaemic neonates in a tertiary care hospital. J Med Microbiol 2003;52:421-5.
12. Monnet DL, Frimodt-Møller N. Antimicrobial-drug use and methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Emerg Infect Dis 2001;7:161-3.
13. Sørensen TL, Blom M, Monnet DL et al. Transient intestinal carriage after ingestion of antibiotic-resistant Enterococcus faecium from chicken and pork. N Engl J Med 2001;345:1161-6.
14. Jakobsen L, Spangholm DJ, Pedersen K et al. Broiler ch ickens, broiler chicken meat, pigs and pork as sources of ExPEC related virulence genes and resistance in Escherichia coli isolates from community-dwelling humans and UTI patients. Int J Food Microbiol 2010;142:264-72.
15. Møller JK. Monitoring antimicrobial drug resistance in hospital microorganisms. Dan Med Bull 1990;37:263-74.
16. Austin DJ, Kristinsson KG, Anderson RM. The relationship between the volume of antimicrobial consumption in human communities and the frequency of resistance. Proc Natl Acad Sci U S A 1999;96:1152-6.