CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Klebsiella pneumoniae gây bệnh trên người 1. Đặc điểm sinh học • Phân loại Dựa vào độ tương đồng di truyền, chi Klebsiella được chia làm 8 loài: Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Klebsiella planticola, Klebsiella terrigena, Klebsiella mobilis (Enterobacter aerogenes), Klebsiella ornithinolytica và Klebsiella variicola. pneumoniae lại được chia làm 3 loài phụ là K.
Sự phân chia này dựa theo sự khác nhau trong quá trình phát sinh bệnh chứ không dựa vào khoảng cách di truyền (Brisse, 2006). Trong chi Klebsiella, K. pneumoniae là thành viên quan trọng nhất về bệnh học và đã trở thành một trong những tác nhân gây nhiễm khuẩn bệnh viện nghiêm trọng trong những năm gần đây (https://en.org/wiki/Klebsiella). Đặc điểm phân loại của K.
pneumoniae: Giới: Bacteria Ngành : Proteobacteria Lớp: Gammaproteobacteria Bộ: Enterobacteriales Họ: Enterobacteriaceae Chi: Klebsiella Loài: Klebsiella pneumoniae 4 • Phân bố K. pneumoniae có thể được tìm thấy trong miệng, da và đường ruột nhưng những chủng vi khuẩn này ban đầu không có khả năng gây bệnh (Postgate, 1998). Mặc dù được tìm thấy trong hệ vi khuẩn chí bình thường ở người, K. pneumoniae có thể biến đổi thành dạng vi khuẩn có khả năng gây nhiễm khuẩn nặng cho người như viêm phổi, nhiễm trùng máu, nhiễm trùng vết thương, nhiễm trùng đường tiết niệu và viêm màng não (https://en.org/wiki/Klebsiella).
• Đặc điểm hình thái K. pneumoniae là trực khuẩn gram âm, không di động, có khả năng lên men lactose, là vi khuẩn kị khí tùy tiện (Ryan, 2004). Vi khuẩn này thường đứng thành đôi, không di động, có vỏ dày (kích thước có thể gấp 2-3 lần tế bào vi khuẩn). Trên môi trường thạch máu, K.
pneumoniae thường có khuẩn lạc dạng S, nhày, mỡ, đường kính 2 mm, sắc tố màu trắng đục, có thể tan máu hoặc không tan máu. Trên môi trường DCA, SS, Mac Conkey khuẩn lạc màu hồng do lên men lactose. Vi khuẩn này được bao quanh bởi một lớp vỏ, có tác dụng làm tăng độc tính của vi khuẩn bằng cách hoạt động như một rào cản vật lý để tránh phản ứng miễn dịch của vật chủ. Lớp vỏ này còn có khả năng bảo vệ các tế bào vi khuẩn không bị khô do tác động của môi trường ngoại cảnh.
pneumoniae là vi khuẩn phổ biến trong môi trường sống, nó có thể cư trú trong hệ vi sinh của người. Vai trò gây bệnh K. pneumoniae là một trong ba tác nhân vi khuẩn hàng đầu (K. aureus) trong 7 tác nhân gây nhiễm khuẩn cho người được Tổ chức Y tế thế giới liệt kê, đưa vào danh sách các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh mấu chốt (O’Neill, 2014).
pneumoniae có thể gây viêm và xuất huyết kèm hoại tử làm tổn thương phổi nặng. Thông thường, nhiễm trùng Klebsiella được ghi nhận chủ yếu ở những người có hệ miễn dịch suy yếu. Phân là nguồn lan truyền vi khuẩn quan trọng nhất từ những bệnh nhân bị nhiễm trùng, kế đến là việc tiếp 5 xúc với dụng cụ bị nhiễm bẩn (Epstein, 2015). Ngoài ra, việc sử dụng thuốc kháng sinh có thể là một yếu tố làm tăng nguy cơ nhiễm trùng bệnh viện với vi khuẩn Klebsiella.
pneumoniae là một trong những chủng vi khuẩn nhiễm khuẩn bệnh viện kháng đa kháng sinh, trong đó, nguồn lây truyền tính kháng kháng sinh chủ yếu thông qua các gen kháng kháng sinh nằm trên plasmid từ chủng này sang chủng khác (Hudson, 2014). Môi trường sống của K. pneumoniae không chỉ giới hạn ở người mà còn lan rộng trong môi trường sinh thái, như đất, nước và nước thải. pneumoniae có thể sống sót trong môi trường khắc nghiệt trong thời gian dài (Pitout, 2015).
pneumoniae sinh KPC đã được phát hiện trong môi trường và các trang thiết bị ở bệnh viện như áo choàng, găng tay (Rock, 2014) và nước thải (Galler, 2014). Tần suất lây nhiễm K. pneumoniae sinh KPC do găng tay của nhân viên y tế cũng tương tự như nhiễm khuẩn do Staphylococcus aureus và Enterococcus kháng Vancomycin (Rock, 2014). Điều này cho thấy sự lan truyền nhanh chóng của K.
pneumoniae sinh KPC trong môi trường bệnh viện. Một nghiên cứu cho thấy sau khi bệnh nhân xuất viện, các chủng K pneumoniae sinh KPC vẫn có thể sống sót sau 3 năm (Lübbert, 2014). Việc chuyển gen KPC giữa các vi khuẩn Enterobacteriaceae (từ K. coli) cư trú trong ruột người xảy ra thường xuyên (Gona, 2014).
Do đó, các ổ chứa là trang bị bảo hộ của nhân viên y tế, đồ dùng bệnh nhân, hoặc môi trường bệnh viện có thể là một phương thức chủ yếu lây lan các nhiễm khuẩn bệnh viện. Các chủng Klebsiella kháng thuốc mới đang ngày một gia tăng gây khó khăn cho công tác điều trị và là vấn đề toàn cầu (Groopman, 2008). Một nghiên cứu gần đây cho thấy, đến năm 2050, hơn 10 triệu người sẽ chết mỗi năm nếu sự gia tăng của các vi khuẩn kháng kháng sinh vẫn tiếp tục duy trì tốc độ phát triển như hiện tại (O’Neill, 2014). Chính vì vậy, nghiên cứu các đặc tính kháng kháng sinh và dịch tễ học phân tử các chủng K.
pneumoniae gây bệnh trên người có vai 6 trò hết sức quan trọng trong việc kiểm soát sự gia tăng kháng kháng sinh trên toàn cầu. Kháng sinh carbapenem 1. Giới thiệu chung về kháng sinh Trước đầu thế kỷ 20, điều trị nhiễm trùng chủ yếu dựa trên các phương pháp y học dân gian. Các hợp chất với các đặc tính kháng khuẩn đã được sử dụng trong điều trị nhiễm khuẩn đã được phát hiện cách đây hơn 2000 năm (Lindblad, 2008).
Nhiều nền văn hóa cổ, bao gồm Hy Lạp cổ đại và Ai Cập cổ đại sử dụng nấm mốc được chọn lọc đặc biệt, nguyên liệu thực vật và các chiết xuất để trị nhiễm khuẩn (Forrest, 1982; Wright, 1999). Các nghiên cứu mới đây trong phòng thí nghiệm vi sinh đã phát hiện các kháng sinh tự nhiên được tạo ra từ vi sinh vật (Kingston, 2008). Năm 1928, Alexander Fleming lần đầu tiên quan sát thấy kháng sinh chống lại vi khuẩn từ 1 loài nấm trong chi Penicillium. Tuy nhiên, phải đến khi các nhà khoa học khác trên thế giới bắt đầu nghiên cứu, công nghệ sản xuất kháng sinh mới thật sự phát triển (Fleming, 1980; Sykes, 2001).
Kháng sinh thường được phân loại dựa theo cấu trúc hoặc chức năng: • Theo cấu trúc: các kháng sinh có vòng beta lactam, các kháng sinh aminoglycoside thay đổi tùy theo chiều của chuỗi phân tử • Theo chức năng: - Các kháng sinh ức chế tổng hợp thành tế bào: các beta lactam (penicillin, cephalosporin, monolactam, carbapenem), các glycopeptide, các fosfomycin - Kháng sinh ức chế tổng hợp protein: aminoglycoside, tetracycline, glycylcycline, phenicol, oxazolidinone, ansamicin - Kháng sinh ức chế các chức năng của màng tế bào: lipopeptide, polymyxin - Kháng sinh ngăn cản quá trình trao đổi chất 7 - Kháng sinh ức chế quá trình tổng hợp axit nucleic: quinolonee, furane 1. Kháng sinh carbapenem Carbapenem (imipenem, meropenem, biapenem, ertapenem và doripenem) là các thuốc kháng sinh nhóm β lactam. Cấu tạo các kháng sinh carbapenem (Nguồn:(Moellering, 1989) Các nghiên cứu trên carbapenem đã chỉ ra có rất nhiều cấu trúc carbapenem khác nhau. Imipenem, meropenem, biapenem, ertapenem, và doripenem có cấu trúc tương tự như penicillin nhưng nguyên tố lưu huỳnh được thay thể bằng nguyên tử các bon ở vị trí 1 và 1 liên kết đôi giữa C-2 Và C-3 (hình 1.
Tên thuốc và phổ tác dụng của một số kháng sinh carbapenem được trình bày trong bảng 1. Carbapenem có khả năng khuếch tán dễ dàng trong vi khuẩn. Do vậy, chúng có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn kháng kháng sinh sinh men - lactamase (ESBL) thông qua việc ức chế quá trình tổng hợp vỏ ngoài của tế bào vi khuẩn bằng cách bám vào protein gắn penicillin (PBP-penicillin-binding 8 protein) của vi khuẩn và ngăn cản sự hình thành peptidoglycan, qua đó ngăn cản sự hình thành màng tế bào. Hệ quả của quá trình này là làm thành tế bào vi khuẩn bị yếu đi và bị ly giải hoặc chết dưới tác dụng của áp suất thẩm thấu (Kotra, 1998).
Ertapenem, imipenem và meropenem là 2 đại diện được sử dụng rộng rãi. Kháng sinh carbapenem và phổ tác dụng Tên kháng sinh Phổ tác dụng Phổ tác dụng rất rộng trên cả vi khuẩn hiếu khí và kị khí. Các chủng vi khuẩn nhạy cảm bao gồm Streptococci (kể cả phế cầu kháng penicilin), Enterococci (nhưng không bao gồm E. faecium và các chủng kháng penicilin không do sinh enzyme beta-lactamase), Listeria.
Một vài chủng tụ cầu kháng methicilin có thể nhạy cảm với thuốc, nhưng phần Imipenem lớn các chủng này đã kháng. Hoạt tính rất mạnh trên Enterobacteriaceae (trừ các chủng tiết carbapenemase KPC). Tác dụng được trên phần lớn các chủng Pseudomonas và Acinetobacter. Tác động trên nhiều chủng kỵ khí, bao gồm cả B.
Không bền vững đối với men DHP-1 tại thận nên cần phối hợp cilastatin. Phổ tác dụng tương tự imipenem, có tác dụng trên một số chủng gram Meropenem âm như P. aeruginosa, kể cả đã kháng imipenem. Phổ tác dụng rộng tổng hợp của cả imipenem và meropenem.
Có khả Doripenem năng kháng Pseudomonas tốt hơn Phổ tác dụng tương tự các carbapenem nhưng tác dụng trên các Ertapenem chủng Pseudomonas và Enterococcus spp yếu hơn so với các thuốc cùng nhóm. (Nguồn:(Zhanel, 2007; Nicolau, 2008) Hiện nay, carbapenem là kháng sinh thuộc nhóm “lựa chọn cuối cùng” để điều trị cho các trường hợp nhiễm trùng với các vi khuẩn kháng kháng sinh phổ rộng như E. Vì carbapenem có phổ rộng nhất trong số tất cả các β lactam và chủ yếu được sử dụng để điều trị nhiễm trùng bởi các vi khuẩn Gram âm đa kháng kháng sinh, việc sử dụng rộng rãi đã tạo áp lực chọn lọc cho vi khuẩn kháng lại kháng sinh này thông qua cơ chế phân hủy kháng sinh nhờ carbapenemase. Sự xuất hiện và lan truyền carbapenemase đã trở thành một mối thách thức lớn đối với sức khoẻ cộng đồng (Jeon, 2015).
Klebsiella pneumoniae kháng kháng sinh qua cơ chế sinh KPC 1. Đặc tính kháng kháng sinh của vi khuẩn Hình 1. Dự kiến số lượng bệnh nhân tử vong trên thế giới do một số nguyên nhân hàng đầu tại thời điểm 2050 Ghi chú: - KKS: kháng kháng sinh (Nguồn:(O’Neill, 2014) Khả năng kháng thuốc là sức đề kháng của vi sinh vật với 1 loại kháng sinh mà ban đầu có hiệu quả để điều trị các bệnh nhiễm trùng. Do tình trạng kháng kháng sinh của vi khuẩn mà phương pháp điều trị tiêu chuẩn trở nên không còn hiệu quả và nhiễm trùng trở nên kéo dài, làm tăng nguy cơ lây lan trong cộng đồng.
Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng đến năm 2050, tỷ lệ bệnh nhân tử vong do vi khuẩn kháng sinh là 10 triệu người, cao hơn rất nhiều so với các nguyên nhân khác (hình 1. Sự tiến hóa của các chủng kháng thuốc là một hiện tượng tự nhiên xảy ra khi có sự sai sót trong quá trình tự nhân bản hoặc truyền tính kháng thuốc giữa các vi sinh vật. Vi khuẩn trở nên kháng kháng sinh qua một loạt các cơ chế 10 (Wright, 2005), (hình 1.