Molecular bases of antimicrobial resistance in Acinetobacter spp. clinical isolates.

280 Pages·2009·3.15 MB·English

Facultad de Medicina.
Departamento de Anatomía Patológica, Farmacología y
Microbiología.
Programa 2003-2005 - Microbiología Médica.

“
Molecular bases of antimicrobial resistance in
.”
Acinetobacter spp. clinical isolates

Proyecto de Tesis Doctoral para optar al grado de
Doctor en Biología.

Presentada por: Sara Martí Martí.
Bajo la dirección del Dr. Jordi Vila Estapé.

Jordi Vila Estapé, Catedrático del Departamento de Anatomía Patológica,
Farmacología y Microbiología de la Universidad de Barcelona y Jefe de Bacteriología del
Servicio de Microbiología del Hospital Clínic de Barcelona
CERTIFICA:
Que el trabajo de investigación titulado “MOLECULAR BASES OF
ANTIMICROBIAL RESISTANCE IN ACINETOBACTER SPP. CLINICAL
ISOLATES”, presentado por Sara Martí Martí, ha sido realizado en el Laboratorio de
Microbiología del Hospital Clínic de Barcelona, bajo su dirección y cumple todos los
requisitos necesarios para su tramitación y posterior defensa frente al Tribunal
correspondiente.

Firmada: Dr. Jordi Vila Estapé
Director de la tesis doctoral

Barcelona, Septiembre de 2008

AGRADECIMIENTOS

Por fin!!! Parece mentira pero al final todo se acaba. Cuando llegué era “la de
Londres” pero con el tiempo me hice un pequeño agujerito en este laboratorio. Ahora ya
está, la tesis está escrita y hay que seguir adelante. Pero como Goethe dijo: “Si yo pudiera
enumerar cuánto debo a mis grandes antecesores y contemporáneos, no me quedaría
mucho en propiedad”.

Así que me gustaría empezar agradeciendo a Jordi Vila toda su ayuda durante estos
años de tesis. He aprendido mucho, pero lo más importante es que nos ha enseñado a
pensar por nosotros mismos y a cuestionar los experimentos que estábamos realizando.
Tengo más motivos para estar agradecida: cuando volví de Londres encontré una pesadilla
de papeles para homologar mis estudios. Jordi, muchas gracias por ofrecerme la
oportunidad de volver a trabajar en lo que a mí me gusta.
Me gustaría ampliar este agradecimiento a la Dra. Jiménez de Anta y al resto de
miembros del departamento de microbiología.
A los técnicos del departamento, que me han ayudado muchísimo con las
identificaciones bioquímicas (sí, sí, Alicia a ti también, ya sé que estas deseando leer la
dedicatoria para ver si me acuerdo de ti). A todos los doctorandos que aún estáis ahí
(tranquilos el final de la tesis siempre llega), y a los que habéis leído recientemente.
A todos los de “la ciencia”, me acordaré un montón de todos vosotros. Hemos
trabajado mucho, pero también hemos pasado muy buenos ratos; ahora nos separamos pero
estoy segura que seguiremos en contacto. Roberto que ya ha seguido su camino y Josep
que ha cambiado de departamento (gracias por toda tu ayuda y tus consejos). A Marc que
decidió que la investigación no era lo suyo pero que nos alegró la vida mientras estaba
aquí; gracias por tu inestimable colaboración en la realización de esta tesis.
A Paula, te cedo todas mis cepas y mis cajones del congelador. Te deseo mucha
suerte con tu tesis; sigue trabajando así de duro y seguro que acabarás muy pronto. Ya
sabes que puedes contar conmigo para lo que sea.
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AGRADECIMIENTOS
Muy especialmente a Javi y a Vero. No sé que hubiera hecho sin ellos; me habéis
ayudado mucho, tanto en el trabajo como fuera. Los cafés y las cervecitas; las charlas y
toda la ayuda que me habéis dado cuando las cosas no salían bien. Ahora estaremos uno en
cada punta de mundo, pero os seguiré machacando con mis cosas. Muchas gracias y….. ya
sabéis que os quiero un montón.
A todos mis amigos de Morella que han tenido que aguantar mis agobios cuando los
experimentos no salían bien y mis subidas cuando salían bien. No os voy a nombrar, no
quiero dejarme a nadie. Muchas gracias, habéis tenido mucha paciencia.
A los amigos que desgraciadamente ya no están; pienso mucho en vosotros.
A Manu et à toute l’équipe de Rouen qui m’ont accueillie et vraiment fait sentir
comme si j’étais “chez moi”. Manu, tu transmets ton énergie et ton amour pour la science;
durant ces trois mois, j’ai revécu mes débuts dans le monde de la microbiologie et compris
pourquoi j’ai choisi cette vocation.
A “Aguas” que me ha apoyado y ayudado durante toda mi vida. Has estado ahí en los
momentos buenos pero también en los malos. Muchas gracias, tú sí que eres un fantástico
amigo.
A toda mi familia y a la familia Daburon. Brigitte, Robert et Richard, vous m’avez
toujours soutenue comme si vous étiez ma propre famille. Merci beaucoup pour toute
l’aide que vous m’avez apportée à Londres et durant ces trois mois à Rouen.
A Susi que ha sido mi punto de apoyo desde que nací; me has ayudado a crecer y a
ser como soy. No sólo eres mi hermana, eres una de mis mejores amigas.
A mis padres que me dieron la oportunidad de hacer algo diferente. Con 19 años me
fui a Londres y eso cambió mi vida. Muchas gracias, no hubiera podido hacer esto sin
vuestra ayuda.
To David, what can I say? Thank you for being always there and for your patience
while I was writing this report. You have always been very proud of me and I really
appreciate it. All your positive thoughts towards me have helped me to overcome the
difficult moments.

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If we knew what it was we were doing,
it would not be called research, would it?
Albert Einstein

A person who never made a mistake,
never tried anything new.
Albert Einstein

All truths are easy to understand once they are discovered;
the point is to discover them.
Galileo Galilei

The most exciting phrase to hear in science,
the one that heralds new discoveries,
is not “Eureka!” but “That’s funny…”
Isaac Asimov

TABLE OF CONTENTS
II.. IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN ................................................................................................................................ 1177
1. CHARACTERISTICS OF THE GENUS ACINETOBACTER ....................................... 21
1.1 TAXONOMIC CHARACTERISTICS ......................................................................................... 21
1.2 IDENTIFICATION IN THE LABORATORY .............................................................................. 25

1.2.1 Identification to the genus level .................................................................................................. 25

1.2.2 Identification to the genomic species level.................................................................................. 28
1.3 CLINICALLY IMPORTANT ACINETOBACTER SPP.. ............................................................... 30
1.4 NATURAL AND CLINICAL RESERVOIRS ............................................................................... 31

1.4.1 Reservoirs ................................................................................................................................... 31

1.4.2 Survival in the environment ........................................................................................................ 32
2. EMERGENCE OF A. BAUMANNII AS A NOSOCOMIAL PATHOGEN .................. 34
2.1 EPIDEMIOLOGY .................................................................................................................... 34
2.2 INFECTIONS CAUSED BY A. BAUMANNII .............................................................................. 35

- Nosocomial pneumonia ................................................................................................................... 36

- Nosocomial bloodstream infections ................................................................................................ 36

- Meningitis ........................................................................................................................................ 37

- Urinary Tract Infection ................................................................................................................... 37
2.3 RISK FACTORS FOR INFECTIONS WITH A. BAUMANNII ....................................................... 38
2.4 CLINICAL IMPACT OF ACINETOBACTER SPP.. ..................................................................... 38
2.5 VIRULENCE AND PATHOGENICITY ...................................................................................... 40

- Lipopolysaccharide (LPS) ............................................................................................................... 40

- Quorum-sensing .............................................................................................................................. 41

- Genetic exchange ............................................................................................................................ 41

- Biofilm formation ............................................................................................................................ 41

- Outer Membrane Proteins (OMPs) ................................................................................................. 42

- Stress-response mechanisms ........................................................................................................... 42
2.6 MULTIDRUG RESISTANCE .................................................................................................... 42
2.7 TREATMENT. ........................................................................................................................ 44

- Treatment of pneumonia caused by carbapenem susceptible A. baumannii ................................... 46

- Treatment of pneumonia caused by carbapenem resistant A. baumannii ....................................... 46

- Treatment of bacteraemia ............................................................................................................... 47
2.8 PREVENTION, MONITORING AND CONTROL MEASURES. ................................................... 47

- Prevention ....................................................................................................................................... 48

- Monitoring ...................................................................................................................................... 48

- Control measures. ........................................................................................................................... 50
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TABLE OF CONTENTS
3. ANTIMICROBIAL AGENTS ............................................................................................ 51
3.1 β-LACTAM ANTIBIOTICS ...................................................................................................... 52

- Chemical structure and classification ............................................................................................. 52

- Mode of action................................................................................................................................. 55

- Mechanisms of resistance ................................................................................................................ 56
3.2 AMINOGLYCOSIDES ............................................................................................................. 59

- Chemical structure and classification ............................................................................................. 59

- Mode of action................................................................................................................................. 62

- Mechanisms of resistance ................................................................................................................ 62
3.3 TETRACYCLINES .................................................................................................................. 65

- Chemical structure and classification ............................................................................................. 65

- Mode of action................................................................................................................................. 68

- Development of resistance .............................................................................................................. 68

- Mechanisms of resistance ................................................................................................................ 69
3.4 QUINOLONES ........................................................................................................................ 71

- Chemical structure and classification ............................................................................................. 71

- Mode of action................................................................................................................................. 74

- Mechanisms of resistance ................................................................................................................ 76
3.5 POLYMYXINS ........................................................................................................................ 78

- Chemical structure and classification ............................................................................................. 78

- Mode of action................................................................................................................................. 79

- Toxicity ............................................................................................................................................ 80

- Mechanisms of resistance ................................................................................................................ 81
4. MECHANISMS OF RESISTANCE TO THE ANTIMICROBIAL AGENTS IN
ACINETOBACTER BAUMANNII ............................................................................................. 82
4.1 PERMEABILITY CHANGES AND ACTIVE EFFLUX OF THE ANTIMICROBIAL AGENT ........... 83

4.1.1 PAPER I - Review:

“Porins, efflux pumps and multidrug resistance in Acinetobacter baumannii”. ..................................... 85
4.2 INACTIVATION OR MODIFICATION OF THE ANTIMICROBIAL AGENT ................................ 93

4.2.1 β-lactamases ............................................................................................................................... 93

- Ambler class A β-lactamases ........................................................................................................... 93

- Ambler class B β-lactamases ........................................................................................................... 94

- Ambler class C β-lactamases .......................................................................................................... 94

- Ambler class D β-lactamases .......................................................................................................... 95

4.2.2 Aminoglycosides-modifying enzymes .......................................................................................... 96
4.3 MODIFICATION OR PROTECTION OF THE ANTIMICROBIAL TARGET SITES ...................... 98

4.3.1 Modification of PBPs .................................................................................................................. 98

4.3.2 Methylation of 16S rRNA ............................................................................................................ 98
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