Résistances aux fluoroquinolones chez les entérobactéries: deux dogmes disparaissent
Quelques rappels
(voir Folia Veterinaria 2004 n° 3 et 2006 n° 1)
Les fluoroquinolones forment une classe de molécules de synthèse à activité antibactérienne (= antiseptiques sensu stricto) à large spectre (bactéries Gram- et Gram+, y compris des bactéries anaérobies et des mycoplasmes pour les plus récentes) et à large diffusion dans les tissus et organes. A l’intérieur du cytoplasme bactérien, les fluoroquinolones interagissent avec les enzymes topoïsomérase II (ou ADN gyrase ou Gyr) et topoïsomérase IV (ou Par), qui interviennent dans les mécanismes de structuration et de déstructuration de la molécule d’ADN lors de la réplication ou de la transcription, par exemple. Les fluoroquinolones bloquent de manière irréversible le complexe topoïsomérase-ADN, entraînant la mort de la bactérie (= effet bactéricide).
Deux mécanismes sont responsables des résistances à haut niveau (= résistances cliniques avec des CMI au-delà de 1 à 2 microg/ml)1 des bactéries aux fluoroquinolones : (i) la modification de la conformation des topoïsomérases suite à l’apparition de mutations au sein des gènes gyr ou par, ce qui diminue le degré de liaison des fluoroquinolones au complexe topoïsomérase-ADN ; (ii) la diminution de la concentration intracellulaire des fluoroquinolones par une augmentation de l’activité de différentes pompes à efflux selon les espèces bactériennes concernées. Il est très important de faire remarquer que ces mécanismes de résistance trouvent leur origine dans des mutations de gènes existants, à localisation chromosomique, qui peuvent se transmettre verticalement à la descendance, mais pas horizontalement à d’autres bactéries.
Dans le domaine des résistances bactériennes aux fluoroquinolones, deux dogmes avaient d’ailleurs cours jusque récemment : i) il n’existe pas de résistance médiée par des gènes situés sur des plasmides ; ii) il n’existe pas d’enzymes qui dégradent les fluoroquinolones puisque ce sont des molécules d’origine synthétique. Ces deux dogmes sont maintenant renversés, depuis la mise en évidence de gènes plasmidiques de résistance, dont certains codent pour des enzymes de métabolisation.
Gènes de résistance aux fluoroquinolones situés sur des plasmides
Trois mécanismes de résistance aux fluoroquinolones médiés par des gènes nouvellement acquis à localisation plasmidique ont été décrits. Dans l’ordre chronologique de leur description, il s’agit des gènes qnr, aac(6’)-Ib-cr et qepA.
- i) Les gènes qnr
Le premier mécanisme plasmidique de résistance aux fluoroquinolones (PMQR), décrit en 1990 chez Klebsiella pneumoniae a été baptisé Qnr (pour quinolone resistance). Aujourd’hui, trois groupes de gènes Qnr ont été identifiés dans la famille Enterobacteriaceae, dont les genres Escherichia, Shigella, Enterobacter, Salmonella, Klebsiella, …, sur les cinq continents : qnrA (qui est le gène qnr d’origine), qnrB et qnrS avec, respectivement, 6, 19 et 3 variants. Les gènes qnr trouveraient leur origine dans des bactéries aquatiques (famille Vibrionaceae, genres Aeromonas et Vibrio par exemple).
En se fixant directement aux topoïsomérases II et IV d’E. coli, les protéines Qnr réduisent de 50% l’affinité des topoïsomérases pour l’ADN, ce qui entraîne une diminution des possibilités de blocage irréversible du complexe létal topoïsomérase-ADN par les fluoroquinolones. Les gènes qnr provoquent une augmentation moyenne de la concentration minimale inhibitrice (CMI) de la ciprofloxacine de 0,008 µg/ml à 0,25 µg/ml (= résistance à bas niveau ou sub-clinique). - ii) Le gène aac(6’)-Ib-cr
Un second mécanisme PMQR, découvert plus récemment dans l’espèce E. coli, est dû à l’apparition de deux mutations dans le gène aac(6’)-Ib qui code, à l’origine, pour une aminoglycoside acétyl-transférase, responsable d’une résistance à la tobramycine, à l’amikacine et à la kanamycine de la famille des aminoglycosides. Suite à ces deux mutations, un variant de ce gène est apparu, aac(6’)-Ib-cr (pour ciprofloxacin resistance), qui code pour une enzyme qui est maintenant capable d’acétyler la norfloxacine, la ciprofloxacine (et probablement l’enrofloxacine). Du fait de leurs structures chimiques différentes, les autres fluoroquinolones restent insensibles à cette enzyme. La CMI de la ciprofloxacine pour ces souches augmente aussi jusque 0,25 microg/ml. Ce gène a déjà été décrit en Amérique du Nord et en Asie (Chine). - iii) Le gène qepA
Le troisième mécanisme PMQR a été découvert encore plus récemment: il s’agit d’une protéine agissant comme pompe à efflux (QepA pour quinolone efflux pump). Décrit dans un premier temps dans une souche d’E. coli isolée au Japon, ce gène a aussi été observé dans une souche belge d’E. coli. Le gène qepA augmente jusque 0,25 microg/ml la CMI vis-à-vis des fluoroquinolones hydrophiles, dont la norfloxacine, la ciprofloxacine et l’enrofloxacine, sans modifier les CMI par rapport à d’autres classes d’antibiotiques.
Conclusions
Si la présence des gènes qnr, aac(6’)-Ib-cr et qepA est peu importante à ce jour sur le plan clinique comparé aux mutations dans les gènes gyr et par, elle représente un danger potentiel étant donné que cette présence augmente d’un facteur 10 la probabilité d’apparition de souches à haut niveau de résistance lors de croissance en présence de fluoroquinolones.
De plus, comme ces gènes sont localisés sur des plasmides, ils peuvent se transmettre horizontalement par conjugaison aux autres bactéries présentes dans le milieu de croissance. Un danger supplémentaire est que ces différents gènes s’accumulent sur un même plasmide, conférant dès lors à ces souches des niveaux de résistance clinique (> 1 microg/ml) aux fluoroquinolones. A ce propos, il faut noter que sur ces plasmides peuvent aussi se trouver des gènes qui codent pour des résistances aux bêta-lactames (notamment via la production de bêta-lactamases à spectre étendu), aux macrolides et aux aminosides. Des phénomènes de co-sélection de résistances sont donc également à craindre.
De plus, l’apparition du variant -cr par mutation du gène aac(6’)-Ib conférant des résistances à certains aminoglycosides laisse craindre l’apparition, dans un avenir plus ou moins proche, d’une part, d’autres mutations dans ce gène aac(6’)-Ib-cr qui conféreraient un niveau de résistance clinique aux fluoroquinolones et, d’autre part, d’enzymes qui auraient comme cibles d’autres antimicrobiens synthétiques à partir de mutations dans des gènes préexistants conférant des résistances à des antimicrobiens non synthétiques.
Pendant plusieurs années, ces différents gènes ont été observés parmi des souches d’entérobactéries isolées de l’environnement ou d’humains en médecine hospitalière et/ou ambulatoire. Tout récemment, ces gènes ont cependant été détectés parmi des colibacilles isolés de porcs et de volaille en Chine. Et des équivalents des gènes qnr ont même été observés chez des bactéries Gram positives. Il est donc important d’en étudier la prévalence dans les différentes filières de production animale, ainsi que chez les animaux de compagnie. Cette problématique est actuellement l’objet d’études, tant chez l’homme que chez les animaux, entre autres grâce à des subsides du BAPCOC (« Belgian Antibiotic Policy COordination Committee ») et du Conseil de la Recherche de l’Université de Liège.
Bibliographie
- Liu J.H., Deng Y.T., Zeng Z.L., Gao J.H., Chen L., Arakawa Y., Chen Z.L. Co-prevalence of plasmid-mediated quinolone resistance determinants QepA, Qnr and AAC(6 ’)-Ib-cr among 16S rRNA méthylase RmtB-producing Escherichai coli isolates from pigs. Antimicrobial Agents Chemotherapy, 2008, 52, 2992-2993.
- Poirel L., Cattoir V., Nordmann P. Is plasmid-mediated quinolone resistance a clinically significant problem ? Clinical Microbiology Infection, 2008, 14, 295-297.
- Robiczek A., Jacoby G.A., Hooper D.C. The worldwide emergence of plasmid-mediated quinolone resistance. The Lancet Infectious Diseases, 2006, 6, 629-640.
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- Yue L., Jiang H.-X., Liao X.-P., Liu J.-H., Li S.J., Chen X.Y., Chen C.Y., Lü D.H., Liu Y.H. Prevalence of plasmid-mediated quinolone resistance qnr genes in poultry and swine clinical isolates of Escherichia coli. Vet. Microbiol., doi:10.1016/j.vetmic.2008.05.009
1 - Pour en savoir plus : www.srga.org/eucastwt/MICTAB/index.html
