Alarmująca oporność GBS na klindamycynę w populacjach wiejskich USA

Czy oporność GBS na klindamycynę w Wirginii Zachodniej stanowi zagrożenie dla profilaktyki okołoporodowej?

Paciorkowce beta-hemolityczne grupy B (GBS, Streptococcus agalactiae) to naturalny składnik flory bakteryjnej pochwy i dolnego odcinka przewodu pokarmowego u 5-30% dorosłych, ale dla noworodków stanowią poważne zagrożenie – zakażenia mogą prowadzić do śmiertelnej posocznicy i zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych. Globalnie zakażenia GBS odpowiadają za około 100 000 zgonów niemowląt rocznie. U kobiet ciężarnych z dodatnim wynikiem badania przesiewowego w kierunku GBS stosuje się śródporodową profilaktykę antybiotykową (IAP), aby zapobiec rozwojowi zakażenia u noworodka.

Według American College of Obstetrics and Gynecology standardem postępowania jest stosowanie penicyliny jako leczenia IAP pierwszego rzutu. Jednak w przypadkach, gdy matka ma alergię na penicylinę wysokiego ryzyka, w której anafilaksja stanowi zagrożenie, zalecana jest klindamycyna, podczas gdy erytromycynę unika się ze względu na wysokie wskaźniki oporności. Dodatkowo, poza chorobami noworodkowymi, częstość występowania zakażeń inwazyjnych u dorosłych niebędących w ciąży wzrosła, przyczyniając się do występowania bakteriemii, posocznicy i zapalenia płuc, z czego około 8,0% przypadków kończy się zgonem.

Od 2006 roku nadzór CDC wykazał, że oporność na erytromycynę i klindamycynę stale rośnie do niepokojącego poziomu zagrożenia, z szacunkami wskazującymi, że do 2019 roku ponad 50% izolatów było opornych na jeden lub oba antybiotyki. Wirginia Zachodnia (WV) to trzeci najbardziej wiejski stan w USA, gdzie ryzyko niewłaściwego stosowania antybiotyków jest zwiększone. Stan ten konsekwentnie plasuje się w czołówce dwóch stanów pod względem najwyższej ogólnej liczby przepisywanych antybiotyków – jednak jak dotąd oporność antybiotykowa GBS w WV nie była badana.

Jakie metody zastosowano do analizy oporności GBS?

Badacze z West Virginia University Medicine przeanalizowali 65 izolatów GBS pochodzących z różnych próbek klinicznych pacjentów z WV, zebranych między styczniem a wrześniem 2024 roku. Izolaty pochodziły głównie z moczu (n=21, 32,3%), wymazu z gardła (n=14, 21,5%) oraz rutynowego badania przesiewowego okolicy odbytniczo-pochwowej u kobiet ciężarnych (n=11, 16,9%). Dodatkowe źródła obejmowały krew (n=7), owrzodzenia stóp (n=2), płyn okołośledzionowy (n=2) oraz pojedyncze izolaty z różnych miejsc zakażeń skóry i tkanek miękkich.

Izolaty klasyfikowano jako inwazyjne (n=14), kolonizacyjne (n=23) lub „inne” (n=28) w zależności od prezentacji klinicznej. Do kategorii inwazyjnych zaliczono przypadki bakteriemii, ropnia śledziony, owrzodzeń kończyn dolnych i głębokich zakażeń tkanek miękkich. Kategoria kolonizacyjna obejmowała izolaty z nosogardła i okolicy moczowo-płciowej.

Przeprowadzono serotypowanie kapsularowe metodą multipleksowego PCR, identyfikując serotypy Ia-V. Najbardziej rozpowszechniony był serotyp II (27,7%, n=18), następnie Ib (23,1%, n=15), V (18,5%, n=12), Ia (13,8%, n=9), III (10,8%, n=7) i IV (6,2%, n=4). Wrażliwość na antybiotyki oceniano metodą dyfuzyjno-krążkową zgodnie ze standardami CLSI, stosując krążki z erytromycyną (15 µg) i klindamycyną (2 µg). W przypadkach wskazanych wykonywano test D w celu określenia indukowalnego (iMLS_B) lub konstytutywnego (cMLS_B) podfenotypu oporności.

Geny oporności erm(A), erm(B) i mef(A) wykrywano metodą PCR. Regiony promotorowe genów erm(A) i erm(B) sekwencjonowano w poszukiwaniu polimorfizmów wpływających na ekspresję genów. Dodatkowo przeprowadzono modelowanie strukturalne enzymów metylotransferazy ErmA i ErmB przy użyciu AlphaFold3.0, aby zbadać różnice w aktywności enzymatycznej mogące wyjaśniać obserwowane różnice w wartościach MIC.

Jak wysoka jest oporność na erytromycynę i klindamycynę w badanych izolatach?

Większość izolatów wykazywała oporność fenotypową na erytromycynę (80,0%, n=52) i klindamycynę (70,8%, n=46). Odsetek izolatów opornych na jeden lub oba antybiotyki był proporcjonalnie taki sam w grupach inwazyjnych i kolonizacyjnych (84,7%) i niższy w kategorii „inne” (69,2%), która w dużej mierze zawierała izolaty z moczu.

Większość serotypów wykazywała wysoki odsetek genów oporności: serotyp Ia (77,8%), Ib (73,3%), II (94,4%), IV (100%) i V (91,7%), z wyjątkiem serotypu III (28,6%). Większość opornych izolatów wykazywała fenotyp MLS_B (82,7%, n=43), z genem erm(A) wykrytym w 48,8% (n=21) i genem erm(B) w 55,8% (n=24) przypadków. Gen mef(A) samodzielnie wykryto w 8 izolatach (12,3%).

Klasyfikacja podfenotypu MLS_B odnosi się do tego, czy oporność na klindamycynę jest indukowalna (iMLS_B) przez obecność krążka z erytromycyną, czy też jest konstytutywna (cMLS_B), zgodnie ze zmianami w strefach zahamowania wzrostu określonymi w laboratorium klinicznym testem D. W tym badaniu 81,4% (n=35) izolatów opornych MLS_B wykazywało podfenotyp cMLS_B, co odpowiadało 87,5% izolatów niosących erm(B) i 71,4% izolatów z erm(A).

Poziom oporności dodatkowo testowano w laboratorium badawczym na pożywce stałej z erytromycyną w stężeniach 0-32 µg/mL. Izolaty zawierające tylko determinantę mef(A) (n=8) miały MIC ≤2 µg/mL. Co ciekawe, 18 izolatów zawierających erm(A) miało MIC ≤8 µg/mL, a tylko dwa miały MIC >32 µg/mL. Natomiast wszystkie izolaty zawierające erm(B) (n=24) wykazywały oporność wysokiego stopnia z MIC >32 µg/mL.

Jakie mechanizmy molekularne odpowiadają za różnice w poziomach oporności?

Aby wyjaśnić różnicę między poziomami oporności związanymi z determinantami erm(A) lub erm(B), badacze wykorzystali modelowanie strukturalne do oceny, czy białka GBS-ErmA i GBS-ErmB różnią się w miejscach kluczowych dla aktywności enzymatycznej. Oba modele wykazują strukturę dwupłatową zawierającą katalityczną domenę N-końcową i domenę wiążącą rRNA C-końcową.

Domena N-końcowa wiążąca S-adenozylometioninę (SAM) przyjmuje fałd α/β z centralną płytą β otoczoną przez sześć helis α, podobnie jak inne metylotransferazy. Domena wiążąca rRNA jest całkowicie α-helikalna, składająca się z trzech helis α. ErmA i ErmB prezentują silnie dodatni potencjał elektrostatyczny powierzchni, zgodny z rolą katalityczną tych enzymów.

Wyrównanie białek MAFFT obu enzymów GBS wykazało 48% identyczności sekwencji z kilkoma zmianami aminokwasów (np. Q21E lub K71A), które nie zmieniły struktury zgodnie z przewidywaniami modelowania. Co ważne, aminokwasy zaangażowane w wiązanie SAM i rRNA były w pełni zachowane, co sugeruje, że funkcja GBS-ErmA i GBS-ErmB nie różni się na poziomie strukturalnym. To odkrycie nie wyjaśnia obserwowanych różnic w wartościach MIC między izolatami zawierającymi erm(A) a erm(B).

Sekwencjonowanie zidentyfikowało klaster mutacji punktowych w regionie IR3 promotora GBS-erm(A) izolatów z fenotypem cMLS_B – wpływających na stabilność spinki IR3-IR4 – promując parowanie IR4-IR5, aby sekwencja Shine-Dalgarno erm(A) SD3 była stale dostępna, umożliwiając w ten sposób ciągłą produkcję ErmA. Każda sekwencja iMLS_B zawierała pojedyncze polimorfizmy nukleotydowe w regionie IR3.

W izolatach zawierających erm(B), większość z fenotypem cMLS_B (n=18, 85,7%) nie wykazywała mutacji w porównaniu do sekwencji referencyjnej. Pozostałe 7 izolatów cMLS_B zawierało pojedyncze polimorfizmy nukleotydowe o niejasnym wpływie na parowanie IR – oba przykłady sugerują nieznane alternatywne mechanizmy dla fenotypu cMLS_B w izolatach GBS zawierających gen erm(B).

Co te wyniki oznaczają dla praktyki klinicznej w regionach wiejskich?

Badanie wykazało, że oporność GBS na erytromycynę i klindamycynę w Wirginii Zachodniej znacznie przekracza średnią krajową, co może być częściowo wyjaśnione różnicami w badanych społecznościach. WV ma populację głównie wiejską, gdzie antybiotyki są przepisywane w najwyższym tempie w kraju. W 2019 roku dane pacjentów z programu Medicaid w WV poniżej 20. roku życia wykazały, że 201 520 pacjentów pediatrycznych otrzymało 227 440 antybiotyków w tym roku.

Wiele czynników przyczynia się do wysokich wskaźników przepisywania antybiotyków, w tym: mniejszy dostęp do specjalistów, obawa przed przeoczeniem zakażenia oraz oczekiwanie pacjentów, że powinni otrzymać receptę, jeśli są leczeni z powodu bólu gardła, kaszlu itp. Mimo że makrolidy i klindamycyna nie są rutynowo stosowane w leczeniu GBS, te antybiotyki są często przepisywane w innych przypadkach – np. makrolidy na zakażenia górnych dróg oddechowych (azytromycyna), więc chociaż GBS nie jest specyficznie celowany tymi przepisami, GBS (w przewodzie pokarmowym lub florze pochwowej) jest nadal narażony na antybiotyk, zwiększając w ten sposób potencjał rozwoju oporności.

„Nasze wyniki sugerują pilną potrzebę ścisłego monitorowania oporności antybiotykowej w regionach pozamiejskich oraz lepszego wdrażania praktyk zarządzania antybiotykami, aby zapobiec nadmiernej ekspozycji i selekcji pojawiających się szczepów wieloopornych” – piszą autorzy badania.

Dowody zwiększonej oporności antybiotykowej w WV dla różnych źródeł zakażeń można zobaczyć w raporcie stanu z 2024 roku dotyczącym bakterii wielolekoopornych, który zidentyfikował średnio 20 przypadków na 100 000 osób, znacznie wyżej niż średnia krajowa wynosząca 3 przypadki na 100 000 między 2019 a 2023 rokiem. Metaanaliza GBS z 2025 roku obejmująca 57 krajów podaje globalne wskaźniki oporności na erytromycynę na poziomie 35,0% i klindamycynę na poziomie 29,3%.

Najniższe poziomy oporności na erytromycynę wykazywały izolaty zawierające tylko gen mef(A) ≤2 µg/mL, co jest oczekiwane w fenotypie M. Izolaty zawierające geny erm(A) lub erm(B) miały podobną liczbę występowań, ale prezentowały różne poziomy MIC oporności. Ta obserwacja nie mogła być wyjaśniona przez badania strukturalne enzymów ErmA i ErmB, ponieważ zachowanie wykazano dla kofaktora SAM i miejsc wiązania rRNA zarówno na poziomie sekwencji, jak i struktury.

Dla praktyki klinicznej kluczowe jest, że konstytutywna ekspresja enzymów Erm jest powszechnie uważana za wynikającą w negatywnym koszcie przystosowawczym ze względu na stałą metylację rybosomu. Jednak w tym badaniu zidentyfikowano, że 81,4% izolatów GBS z opornością MLS_B miało podfenotyp cMLS_B, co jest znacznie wyższe niż 13,0% wcześniej obserwowane w kolekcji izolatów Streptococcus pyogenes z WV.

Jakie są ograniczenia tego badania i kierunki przyszłych analiz?

Autorzy uznają ograniczenia swojego badania, w tym niewielką wielkość próby (65 izolatów) oraz łączenie wielu izolatów w kategorię „inne”. Dla części izolatów w kolekcji niejasne były implikacje kliniczne. Na przykład w trzech zakażeniach tkanek miękkich GBS zidentyfikowano oprócz innych organizmów, dlatego trudno było definitywnie przypisać wpływ kliniczny GBS w tych przypadkach.

Najbardziej rozpowszechnionym źródłem izolatów w kolekcji był mocz. GBS jest naturalnym kolonizatorem układu moczowo-płciowego, dlatego często występuje w próbkach moczu w niewielkich ilościach. Powszechne jest obserwowanie pacjentów z obniżoną odpornością lub starszych prezentujących objawy zakażenia dróg moczowych z powodu GBS. Posiewy moczu są ciągłym punktem debaty co do tego, co kwalifikuje się jako prawdziwe zakażenie moczowe, co skłoniło badaczy do umieszczenia wszystkich tych izolatów w kategorii „inne”.

Czternaście izolatów zebrano z gardła, sugerując bezobjawową kolonizację, ponieważ zakażenia gardła GBS były rzadko identyfikowane. Dwa pozostałe izolaty GBS zebrane z dróg oddechowych zidentyfikowano jako florę kolonizacyjną, ale nie było jasne, czy było to odpowiedzialne za chorobę.

Biorąc pod uwagę wyższe MIC związane z erm(B) i częsty podfenotyp cMLS_B, uzasadnione są dodatkowe badania nad tym, czy oporność mediowana przez erm i wynikająca z niej metylacja rybosomalna może wpływać na fizjologię GBS. Ponieważ obecność erm(B) była związana z wyższym poziomem oporności na erytromycynę w porównaniu do MIC izolatów zawierających erm(A), mimo braku zmienności w miejscach aktywnych enzymu, wymaga to badania dodatkowych mechanizmów regulacyjnych, aby lepiej zrozumieć różnice w ekspresji podfenotypu MLS_B i ich implikacje dla MIC.

W przyszłości dodatkowe badania skupione na ekspresji genów lub metylacji rybosomu mogłyby zapewnić lepsze zrozumienie różnic mechanistycznych wpływających na MIC. Regulacja ekspresji erm(B) nie jest wyłącznie przypisywana peptydom liderowym i strukturom spinki mRNA, co wskazuje na potrzebę identyfikacji alternatywnych mechanizmów regulacyjnych.

Jakie działania powinny podjąć laboratoria i klinicyści w odpowiedzi na te wyniki?

Wyniki tego badania mają istotne implikacje dla praktyki klinicznej, szczególnie w regionach wiejskich. Po pierwsze, konieczne jest wzmocnienie nadzoru nad opornością antybiotykową GBS w stanach takich jak Wirginia Zachodnia, które wskazują na unikalne wyzwania w środowisku wiejskim, w tym odległość do opieki zdrowotnej, dostęp do specjalistów oraz większe trudności w śledzeniu i raportowaniu przypadków.

Po drugie, lepsze wdrażanie praktyk zarządzania antybiotykami jest kluczowe dla zapobiegania nadmiernej ekspozycji i selekcji pojawiających się szczepów wieloopornych. Makrolidy i klindamycyna są często przepisywane na łagodne ostre zakażenia, co prowadzi do nadmiernej ekspozycji. Ograniczenie niepotrzebnego przepisywania tych antybiotyków może pomóc w spowolnieniu rozwoju oporności.

Po trzecie, klinicyści powinni być świadomi wysokich wskaźników oporności na klindamycynę wśród izolatów GBS przy podejmowaniu decyzji terapeutycznych, szczególnie u kobiet ciężarnych z alergią na penicylinę wysokiego ryzyka. W takich przypadkach może być konieczne rozważenie alternatywnych opcji terapeutycznych lub przeprowadzenie testów wrażliwości przed rozpoczęciem leczenia.

Po czwarte, laboratoria kliniczne powinny rutynowo przeprowadzać testy wrażliwości na antybiotyki dla izolatów GBS, w tym test D w celu identyfikacji indukowalnej oporności na klindamycynę. Identyfikacja podfenotypu oporności może pomóc w doborze odpowiedniej terapii i zapobieganiu niepowodzeniom leczenia.

Wreszcie, potrzebne są dalsze badania nad mechanizmami oporności GBS, szczególnie w odniesieniu do różnic między genami erm(A) i erm(B) oraz ich wpływem na poziomy MIC. Lepsze zrozumienie tych mechanizmów może prowadzić do opracowania nowych strategii terapeutycznych i diagnostycznych.

Co najważniejszego należy zapamiętać o oporności GBS w populacjach wiejskich?

To badanie dostarcza pierwszych danych na temat oporności antybiotykowej GBS w Wirginii Zachodniej, wykazując alarmująco wysokie wskaźniki oporności na erytromycynę (80,0%) i klindamycynę (70,8%), które znacznie przekraczają średnią krajową. Większość opornych izolatów wykazywała konstytutywny fenotyp cMLS_B (81,4%), a izolaty zawierające gen erm(B) konsekwentnie prezentowały wyższe wartości MIC niż te z genem erm(A). Wyniki podkreślają pilną potrzebę wzmocnionego nadzoru nad opornością antybiotykową w regionach wiejskich oraz lepszego wdrażania praktyk zarządzania antybiotykami. Klinicyści powinni być świadomi wysokich wskaźników oporności przy podejmowaniu decyzji terapeutycznych, szczególnie u pacjentów wysokiego ryzyka. Skuteczne zarządzanie opornością antybiotykową wymaga skoordynowanych wysiłków na poziomie klinicznym, laboratoryjnym i zdrowia publicznego.