Les aminosides : mécanismes de résistance liés à l’inactivation et à un défaut d’accumulation de l’antibiotique

Les aminosides ou aminoglycosides Molécules naturelles, produites par des souches de Streptomyces (streptomycine, néomycine, kanamycine, tobramycine) ou d'Actinomyces (gentamicine, sisomicine). Un cycle à 6 chaînons , l'aminocyclitol (streptidine pour la streptomycine, 2-désoxystreptamine pour les autres aminosides), relié à 1 ou plusieurs hexoses.

Les aminosides ou aminoglycosides Base pour l'élaboration de produits semi-synthétiques (amikacine, isépamicine, nétilmicine), afin d'obtenir des molécules insensibles à l'inactivation par les bactéries devenues résistantes. Propriétés chimiques : molécules polaires et polycationiques, basiques (pKa # 8), hydrosolubles, stables à température ambiante, inactivés par pH acide, anaérobiose

Les aminosides ou aminoglycosides Classification : Cycle streptidine : streptomycine spectinomycine (1 sucre) Cycle desoxystreptamine : Substitués en 4-5: néomycine (3 sucres) paromomycine Substitués en 4-6: amikacine, kanamycine, gentamicine, isépamicine, nétilmicine, tobramycine

Les aminosides ou aminoglycosides Mode d’action : -entrée: 3 phases (1 passive puis 2 énergie-dépendantes EDP-I et EDP-II qui dépendent d’un gradient transmembranaire de potentiel électrique généré par le métabolisme oxydatif) -inhibent la synthèse protéique suite à leur fixation sur la sous unité 30S du ribosome bactérien (1 ou N sites) : site A

Résistance aux aminosides : mécanismes biochimiques Transport actif ↔ Respiration aérobie Ribosomes (30S) 1- Défaut d’accumulation *Imperméabilité de la ME *Absence de transport actif *Efflux 2- Détoxification enzymatique 3- Défaut d’affinité des cibles

Résistance aux aminosides : mécanismes biochimiques Transport actif ↔ Respiration aérobie Ribosomes (30S) 1- Défaut d’accumulation *Imperméabilité de la ME *Absence de transport actif *Efflux 2- Détoxification enzymatique 3- Défaut d’affinité des cibles

Défaut d’accumulation Imperméabilité de la ME Serratia marscecens : mutation porine Pseudomonas aeruginosa protéine OprH : charges + et affinité > celle des aminosides pour les phosphates du LPS Modification du LPS Absence de transport actif : Anaérobies strictes: résistance naturelle  de la sensibilité aux germes anaérobies facultatifs (entérocoques) Altérations de la chaîne respiratoire =>  transport actif au travers de la membrane cytoplasmique : « mutants respiratoires » (Staphylococcus aureus, E. coli, P. aeruginosa)

5 grandes familles de pompes Cattoir, Pathologie Biologie 2004

Défaut d’accumulation Systèmes d’efflux : Stenotrophomonas maltophilia SmeABC P. aeruginosa MexXYM => « résistance adaptative » Burkholderia cepacia ArmABA, BpeABB Acinetobacter baumannii AdeABC, AbeM => Résistance croisée entre aminosides ( autres antibiotiques), à niveau variable

P. aeruginosa : phénotype « imperméabilité » (Pa 886) AM TIC CF CFS GM PIP ATM FEP TM AN TCC CTX CS NET CAZ IPM TZP FOS MER CIP SXT ISE

Résistance aux aminosides : mécanismes biochimiques Transport actif ↔ Respiration aérobie Ribosomes (30S) 1- Défaut d’accumulation *Imperméabilité de la ME *Absence de transport actif *Efflux 2- Détoxification enzymatique 3- Défaut d’affinité des cibles

Enzymes inactivant les aminosides Constitutives, intracellulaires, non diffusibles, transférables. Elles ne modifient l'antibiotique qu'après pénétration dans la cellule bactérienne. 3 groupes en fonction de la réaction qu’elles catalysent. Aminosides phosphotransférases APH Aminosides adénylyltransférases AAD = Aminosides nucéottidyltransférase ANT Aminosides acétyltransférases AAC

Enzymes inactivant les aminosides Dans chaque groupe, il existe des sous-classes, selon le site d'action sur la molécule d'aminoside. Pour certaines de ces enzymes, il existe des iso-enzymes.

Enzymes inactivant les aminosides Grand nombre d’enzymes +/- spécifiques de la bactérie hôte Phénotype variable selon les enzymes, résistance dissociées entre les aminosides Enzyme BGN Strepto-enterocoque Staphylocoques Phosphotransférase (7 sous-classes)   APH(3’) : Knéo (A) + APH(3’)-I + APH(3’)-III APH(6) : S + - APH(2’’)-AAC(6’) : KTG Nucléotydyltransférase 5 ANT(2’’) : GT ANT(4’) : KTA + ANT(4’)-II + ANT(4’)-I Acétyltransférase 4 AAC(3) : G AAC(6’) (I : TntA ; II : GTNt) + AAC(6’)-I

Phénotypes de résistance des bacilles à Gram négatif aux aminosides Enzyme G AAC(3)-I GT ANT(2 ’’), AAC(3)-VI GTNt AAC(3)-II, AAC(3)-III, AAC(3)-IV, AAC(6’)-II TNtA AAC(6’)-I G : gentamicine, T : tobramycine, Nt : nétilmicine, A : amikacine (# isépamicine), K : kanamycine Phénotypes de résistance des bacilles à Gram positif aux aminosides Phénotype Enzyme KTA ANT(4’)-I KGTNtA AAC(6’)-I/APH(2 ’’)-I

P. aeruginosa : phénotype G (Pa 1074, aac(3)-I) AM TIC CF CFS GM PIP ATM FEP TM AN TCC CTX CS NET CAZ IPM TZP FOS MER CIP SXT ISE

P. aeruginosa : phénotype GT (Pa 1083, ant(2’’)-I) AM TIC CF CFS TZP FOS GM ATM PIP MER FEP CIP TM AN TCC CTX ISE SXT CS NET CAZ IPM

P. aeruginosa : phénotype GTNt (Pa 914, aac(6’)-I(S)) AM TIC CF CFS GM PIP ATM FEP TM AN TCC CTX CS NET CAZ IPM TZP FOS MER CIP SXT ISE

P. aeruginosa : phénotype TNtA (Pa 991, aac(6’)-I(L)) TIC CF AM CFS TZP FOS MER GM PIP ATM FEP CIP ISE TM AN TCC CTX SXT NET CAZ IPM CS

Epidémiologie Exemple: CHU de Bordeaux (Adultes) 2000: %I +R Entérobactéries P. aeruginosa S. aureus Gentamicine 4-7% 25-27% 11-12% Tobramycine 6-13% 10-19% 41-47% Amikacine 7-10% Nétilmicine 6-11% 16-20%

Résistance aux aminosides : mécanismes biochimiques Transport actif ↔ Respiration aérobie Ribosomes (30S) 1- Défaut d’accumulation *Imperméabilité de la ME *Absence de transport actif *Efflux 2- Détoxification enzymatique 3- Défaut d’affinité des cibles

Enzymes plasmidiques/transposables => méthylation G1405 de l’ARNr 16S (rmtA) => résistance à toutes les désoxystreptamines (KGTNtA), à très haut niveau

Altération de la cible Par mutations Altération enzymatique protéines ribosomales de l’ARNr 16S (Streptomycine) Altération enzymatique méthylase plasmidiques /transposables =>méthylation G1405 de l’ARNr 16S (armA, rmtA, rmtB, rmtC) => résistance à toutes les désoxystreptamines (KGTNtA), à très haut niveau

Intégrons et résistance aux aminosides

Les intégrons Gènes de résistance : - -lactamases - Systèmes d’efflux …. Plasmide Transposon Intégron Ex : In30 aacA7 catB3 aadB oxa2 orfD

Définition de l’intégron Système naturel de clonage et d’expression des gènes 3’-conserved segment (3’-CS) P P1 P2 intI1 attI1 GTTRRRY qacE1 sulI orf5 5’-conserved segment (5’-CS) Cassette de gène Plusieurs classes d’intégrons selon la nature du gène de l’intégrase

STRUCTURE DES CASSETTES DE GENES Gène G TTRRRY RYYYAAC----G attI Gène attC ICS (1L) CS (1R) RYYYAAC G/TTRRRY Cassette de gène intégrée 5’-CS attC

MOUVEMENTS DES CASSETTES DE GENES IN VIVO P Cassette gène P x + attC attI1 + intI1 attC P attI1 attC attC intI1

Cassettes de gènes fusionnées 1 2 A 1 2 1 2 B 1 2

Place des intégrons dans la multirésistance Présence d’un ou plusieurs intégrons dans 30 à 60% des entérobactéries. Favorise la multirésistance des germes. Rôle majeur dans la dissémination des gènes de résistance aux antibiotiques. Participe à l’évolution du génome bactérien