Sensibilità ai farmaci del micobatterio tubercolare: approccio genotipico con l’impiego di microchip Enrico Tortoli

Le resistenze del bacillo tubercolare cromosomiche sviluppo spontaneo di mutanti resistenti con frequenza compresa fra 1x10-5 e 1x10-6 selezione dei mutanti resistenti in caso di terapie incongrue

MDR-TB letalità superiore al 40% altissima incidenza nei paesi in via di sviluppo il genotipo Beijing

L’antibiogramma tradizionale metodo delle proporzioni su Lowenstein-Jensen: 28-42 gg su 7H10/11: 10-21 gg in terreno liquido (radiometrico, MGIT) 5-12 gg

I farmaci antitubercolari maggiori ISONIAZIDE: battericida; attiva sui batteri in rapida moltiplicazione; inibisce la sintesi degli ac. micolici RIFAMPICINA: battericida; attiva sia sui batteri in rapida moltiplicazione che su quelli intracellulari a crescita rallentata; inibisce la sintesi proteica PIRAZINAMIDE: battericida (in associazione con l’isoniazide), a pH acido, sui batteri intracellulari; meccanismo di azione sconosciuto ETAMBUTOLO: batteriostatico; attivo sui batteri in rapida moltiplicazione; inibisce la sintesi della componente glucidica della parete STREPTOMICINA: battericida; attiva solo sui batteri extracellulari in rapida moltiplicazione; blocca la sintesi proteica

Mutazioni e resistenze nella grande maggioranza dei ceppi resistenti ai farmaci antitubercolari sono state individuate mutazioni in determinate regioni geniche per nessun farmaco sono state trovate mutazioni associate al 100% delle resistenze in molti casi il meccanismo di resistenza rimane oscuro

Isoniazide I è noto da tempo che, in molti ceppi isoniazide-resistenti, l’attività catalasica è ridotta o assente tale difetto nella produzione di catalasi è il risultato di mutazioni nel gene katG (gene della catalasi-perossidasi) circa il 55% dei ceppi isoniazide-resistenti presentano mutazioni nel gene katG l’attività battericida dell’isoniazide si manifesta soltanto in seguito all’ossidazione del farmaco operata dell’enzima catalasi-perossidasi circa il 10% dei ceppi isoniazide-resistenti che presentano il gene katG mutato hanno mutazioni anche nel gene ahpC codificante per una alchil-idroperossido reduttasi l’introduzione del gene katG wild-type in mutanti isoniazide-resistenti ripristina la sensibilità al farmaco

Isoniazide II circa il 30% dei ceppi isoniazide-resistenti presentano mutazioni nel gene inhA che codifica per un enzima coinvolto nella sintesi degli acidi micolici; il prodotto del gene inhA potrebbe essere il bersaglio dell’isoniazide; le mutazioni sono responsabili di over-espressione del gene mutazioni del gene kasA, codificante una proteina che regola l’allungamento degli acidi grassi, sono presenti nel 15% dei ceppi isoniazide-resistenti. La proteina suddetta potrebbe essere il bersaglio dell’isoniazide MECCANISMO DI AZIONE: inibizione della biosintesi degli ac. micolici

Rifampicina oltre il 97% dei ceppi resistenti alla rifampicina presentano mutazioni missense nel gene rpoB codificante per la subunità  della RNA-polimerasi le alterazioni nella RNA-polimerasi, conseguenti alle mutazioni, non consentono il legame della rifampicina che non può quindi interferire nella trascrizione del rRNA

Etambutolo il 50% circa dei ceppi resistenti all’etambutolo presentano mutazioni nel gene embB, uno dei geni del locus emb che codifica per varie arabinosil-transferasi le arabinosil-transferasi, che consentono la polimerizzazione dell’arabinano nei polisaccaridi della parete, costituiscono il bersaglio dell’etambutolo; in caso di mutazione si ha over-espressione

Pirazinamide la pirazinamide viene trasformata, dalla pirazinamidasi, in acido pirazinoico che ne costituisce il principio attivo; la maggior parte dei ceppi resistenti alla pirazinamide mancano di pirazinamidasi oltre l’80% dei ceppi pirazinamide-resistenti presentano mutazioni nel gene pncA codificante per la pirazinamidasi

Streptomicina alcuni ceppi streptomicina-resistenti presentano mutazioni nel gene rpsL che codifica per la proteina ribosomiale S12 altri ceppi streptomicina-resistenti presentano mutazioni nel gene rrs che codifica per il rRNA 16S le suddette mutazioni, che si ritrovano complessivamente nel 70% circa dei ceppi resistenti, impediscono il legame dell’antibiotico al 16S rRNA e bloccano quindi il meccanismo con cui la streptomicina inibisce la sintesi proteica nessuna mutazione risulta per il momento associata al rimanente 30% dei ceppi streptomicina-resistentI

Metodi genotipici di ricerca delle resistenze ricerca delle mutazioni associate con le resistenze sequenziamento genico Single Strand Conformation Polymorphism Restriction Fragment Lenght Polymorphism ibridizzazione in fase solida formazione di eteroduplex tutte le tecniche richiedono la preventiva amplificazione delle sequenze in cui si ricercano le mutazioni

Microarray sistemi miniaturizzati in cui su un supporto solido sono immobilizzate, legate alle singole postazioni di una matrice, catene di ac. nucleico microchip: microarray commerciale, preconfezionato, in cui le singole postazioni possono, o meno, essere controllate elettronicamente identificazione, in fasi successive, delle eventuali mutazioni presenti in una determinata regione geniche di vari ceppi (amplicon down) identificazione di una specifica mutazione in molti ceppi contemporaneamente (capture down)

impiego di numerose sonde per ciascuna regione da monitorare Amplicon down legame, a vari microelettrodi, degli amplificati della regione in esame ottenuti da altrettanti ceppi aggiunta di una sonda wild-type marcata ibridizzazione = sensibilità mancata ibridizzazione = probabile resistenza, da confermare cimentando in successione sonde con differenti mutazioni fino al raggiungimento dell’ibridazione (possibilità di usare coppie di sonde marcate con differenti fluorocromi) impiego di numerose sonde per ciascuna regione da monitorare

impiego di numerosi microelettrodi per ciascuna regione da monitorare Capture down legame ai vari microelettrodi di varie sonde, ciascuna specifica per una diversa mutazione della regione genica di interesse aggiunta dell’amplificato in esame aggiunta di una nuova sonda (marcata), specifica per un tratto privo di mutazioni della regione amplificata rivelazione dell’amplificazione grazie alla marcatura impiego di numerosi microelettrodi per ciascuna regione da monitorare

Eteroduplex legame, a ciascun microelettrodo, dell’amplificato di un ceppo in esame aggiunta di una sonda wild-type aggiunta una proteina di E. coli, implicata nei meccanismi di riparazione del DNA, che ha la caratteristica di legarsi alle doppie catene di ac. nucleico che presentano mismatch legame = eteroduplex = resistenza assenza di legame = duplex omogeneo = sensibilità impiego di una sola sonda e di un singolo microelettrodo per ciascuna regione da monitorare

Conclusioni la determinazione genotipica delle resistenze permette di ottenere risultati con un mese di anticipo rispetto ai metodi tradizionali i microarray sono attualmente l’unica tecnologia con potenzialità di monitorare l’intero spettro delle mutazioni associate a resistenze nel bacillo tubercolare la sensibilità genotipica deve sempre essere confermata dal test fenotipico false sensibilità: in caso di resistenze non associate a mutazioni note false resistenze: in presenza di una proporzione di mutanti resistenti al disotto della soglia del 1%