Geovania de Souza Cordeiro [1]
Anna Karolyne de Araujo Medeiros [2]
Daniel Dias da Silva [3]
Maria Betânia Queiroz Rolim [4]
Vilton Edson Figueiroa de Moura [5]
Anísio Francisco Soares [6]
Elizabeth Sampaio de Medeiros [7]
INTRODUÇÃO
Nos últimos anos, é possível observar um aumento da preocupação em relação ao crescente aparecimento e multiplicação de microrganismos resistentes a diversos tipos de antimicrobianos (OMS, 2015); seja pela população, órgãos de saúde ou entidades fiscalizadoras.
O uso massivo e indevido de antimicrobianos tem contribuído para o surgimento de linhagens bacterianas multirresistentes às drogas utilizadas (MDR), esses patógenos apresentam elevada relevância clínica (Brasil, 2020). Práticas que um dia foram amplamente utilizadas, hoje em dia vêm sendo restringidas, visto que favorecem o aparecimento de patógenos resistentes a antibióticos. Como é o caso da utilização de antibióticos como promotores de crescimento, utilização indevida de antimicrobianos de amplo espectro e o comércio descontrolado de antibióticos (Brasil, 2020).
Atualmente, existem dois tipos de ação dos antimicrobianos, podendo ser bacteriostáticos, quando sua ação inibe a multiplicação bacteriana ou bactericidas, quando seu uso gera a morte das bactérias. Entretanto, a capacidade de resistência antimicrobiana vai ter ligação direta com a capacidade de resposta do patógeno em relação a estímulos ambientais (Bessa e Laranjeira, 2020).
Na natureza os microrganismos possuem diferentes mecanismos de resistência e isso se deve a fatores de resistência individuais de cada grupo de bactérias, podendo ser adquiridos ou inerentes. Alguns grupos de bactérias carregam genes que codificam o mecanismo de resistência específico para determinados tipos de antimicrobianos sintéticos, enquanto outras espécies permitem que haja a incorporação desses genes de resistência (Brasil, 2020).
MECANISMO ENZIMÁTICO
As bactérias são capazes de produzir enzimas modificadoras ou inativadoras de antimicrobianos que atuam modificando antimicrobianos de diferentes classes ou degradando-os, o que resulta na inativação do antibiótico antes que ele possa alcançar seu local de ação (Figura 1); é o mecanismo de resistência mais frequente em bacilos Gram-negativos (Silva et al., 2017; Andrade; Darini, 2020; Brasil, 2020). Essa inativação pode ocorrer através de três formas: transferência de grupos químicos, mecanismos de oxidação e hidrólise (Brasil, 2020).
Na transferência de grupos químicos, as enzimas podem atuar através de fenômenos de fosforilação, glicosilação, ribosilação e pela transferência de grupos thiol. Elas são geralmente associadas à resistência aos aminoglicosídeos, fenicóis e macrolídeos. As enzimas modificadoras de aminoglicosídeos (EMAs) aparecem como destaque dentre os grupos de enzimas modificadoras de antimicrobianos e são responsáveis pela alteração na estrutura química dos aminoglicosídeos ao inativar a ligação deste com as subunidades do ribossomo, que é o sítio de ação na bactéria (Brasil, 2020).
A inativação pelo mecanismo de oxidação é bastante estudada na resistência às tetraciclinas. A enzima TetX promove a oxidação da tetraciclina através da monohidroxilação do fármaco, o que resulta no rompimento da ligação do complexo de magnésio ao ribossomo bacteriano, que é importante para sua ação bacteriostática (Fluit; Visser; Schmitz, 2001; Rocha et al., 2011; Baptista, 2013).
Quanto à inativação pela hidrólise, esta ocorre através de uma catálise hidrolítica das moléculas suscetíveis às hidrolases, visto a presença de grupos ésteres e amidas (Baptista, 2013; Andrade, Darini, 2020). Diversas dessas enzimas já foram descritas, dentre elas as penicilinases, cefalosporinases, cefamicinases, beta-lactamases e carbapenemases, que degradam penicilinas, cefalosporinas, cefamicinas, beta-lactâmicos e carbapanêmicos, respectivamente (Bush, 2018; Andrade; Darini, 2020).
As beta-lactamases são as enzimas de maior importância sendo produzidas por bactérias Gram-positivas e negativas, cuja indução é a presença do próprio antibiótico beta-lactâmico ou de precursores da parede celular do meio extracelular, e atuam através da hidrólise do anel beta-lactâmico presente nos antibióticos beta-lactâmicos pela formação de uma ligação éster entre o sítio ativo de serina ou com íons de zinco (para o caso das metalo-beta-lactamases) e o anel, o que provoca a produção de um composto ácido, deixando de possuir atividade antibacteriana (Macedo, 2005; Santos; Nogueira; Mendonça, 2015; Brasil, 2020).
Bactérias como Staphylococcus aureus, Haemophilus influenza e algumas Gram-negativas são exemplos de produtores de penicilimases (Dalmolin et al., 2022). Já Gram-negativos como Escherichia coli e Klebsiella spp, além de bactérias não fermentadoras como Pseudomonas aeruginosa e Acinetobacter são produtoras de cefalosporinases, cefamicinases, carbapenemases e beta-lactamases de amplo espectro (Blair et al., 2015).
MODIFICAÇÃO DE LOCAL DE AÇÃO
A modificação do sítio de ação dos antimicrobianos é um mecanismo que torna as bactérias resistentes a eles, visto que a maioria dos antibióticos faz ligação com um ou mais alvos na célula bacteriana para promover sua ação (Andrade; Darini, 2020). Apesar da alteração, o alvo não sofre interferência no que diz respeito à sua função, fazendo então com que a bactéria consiga manter suas funções ao tempo em que escapa da ação do antimicrobiano (Andrade; Darini, 2020).
A mudança do sítio de ligação pode ocorrer através de mutações genéticas ou pela aquisição de novos genes. Assim, ocorre alteração na estrutura do peptidoglicano, interferência na síntese de proteínas ou na síntese de DNA, resultando na ausência ou alteração do local de ligação (Figura 1) e, assim, no impedimento ou diminuição da afinidade dos antibióticos com esses locais (Brasil, 2020).
Esse mecanismo é reportado em Staphylococcus aureus, Streptococcus spp. e Enterococcus spp., que produzem tipos de proteínas ligadoras da penicilina (PBP) alteradas, ou seja, com mutações, apresentando baixa afinidade pelos beta-lactâmicos, não impedindo a ligação dos polímeros de ácido N-acetilmurâmico e N-acetilglucosamina que formam a parede celular bacteriana (Costa; Silva Junior, 2017; Bessa; Laranjeira, 2020).
ALTERAÇÃO DA PERMEABILIDADE DA PAREDE CELULAR
A membrana externa da parede celular de bactérias Gram-negativas é a primeira linha de defesa contra antimicrobianos pela sua constituição por lipídeos (40% de sua composição é de lipopolissacarídeos), o que limita a entrada de antibióticos. Essa é uma característica inata desses microrganismos, diferente das bactérias Gram-positivas que não possuem essa estrutura, e os torna resistentes a diferentes antimicrobianos, a depender de sua composição química (Pérez-Cano; Robles-Contreras, 2013; Andrade; Darini, 2020; Brasil, 2020).
Os antimicrobianos podem penetrar na membrana celular através da difusão facilitada pelas porinas ou pela difusão simples na bicamada fosfolipídica (Silva et al., 2017). Essa diferença na forma de penetração depende das características moleculares dos diferentes antibióticos (Baptista, 2013). No caso de compostos hidrofílicos, como são os beta-lactâmicos, a penetração pela membrana ocorre a partir das porinas, que são proteínas que formam canais inespecíficos constituídos de água e permitem assim a difusão dos componentes hidrofílicos através da membrana (Baptista, 2013; Brasil, 2020).
Algumas bactérias, então, possuem o mecanismo de resistência que as torna capazes de modificar a estrutura ou a expressão das porinas a partir de mutações nos seus genes codificadores ou reguladores (Brasil, 2020). Com isso, os microrganismos acabam com uma permeabilidade mais seletiva ou até mesmo se apresentam impermeáveis a algumas drogas (Figura 1) (Andrade; Darini, 2020).
Essa alteração pode tornar uma bactéria multirresistente, quando a mesma bactéria possui resistência a classes diferentes de antimicrobianos. Isso ocorre porque diferentes antibióticos podem ter seu acesso através de uma mesma porina. Um exemplo de bactéria multirresistente por esse mecanismo é a Klebsiella pneumoniae, que apresenta resistência a fluoroquinolonas, cloranfenicol, tetraciclina e alguns beta-lactâmicos e carbapenêmicos devido a mutações nos genes codificadores das porinas OmpK35 e OmpK36, acessíveis a esses antibióticos (Brasil, 2020).
Esse mecanismo também pode favorecer outros mecanismos de resistência, visto que ao limitar a entrada de um antibiótico pela membrana bacteriana, permite uma melhor ação de mecanismos como a degradação enzimática e bombas de efluxo (Brasil, 2020).
HIPEREXPRESSÃO DE SISTEMAS DE EFLUXO
As bombas de efluxo são proteínas transportadoras localizadas na parede celular que dependem de energia. A depender da fonte dessa energia, a estrutura e a especificidade de substratos, podem ser classificados em cinco classes: ATP Binding Cassette (ABC), Major Facilitator Superfamily (MFS), Small Multidrug Resistance (SMR), Multi-drug and Toxic Compound Extrusion (MATE) e Resistance-Nodulation Division (RND), sendo a RND a de maior destaque em Gram-negativas (Puzari; Chetia, 2017).
As bactérias Gram-positivas, Gram-negativas e micobactérias utilizam dos sistemas de efluxo para a remoção ativa de compostos tóxicos de seu interior para o meio extracelular, inclusive antimicrobianos (Costa; Silva Junior, 2017; Brasil, 2020). Em bactérias Gram-negativas, o sistema é tripartido, sendo formado por uma proteína transmembrana interna (bomba de efluxo), uma proteína transmembrana externa (porina) e uma proteína de ligação entre as duas anteriores. Já as Gram-positivas possuem um sistema simples, sendo ele a própria bomba de efluxo (Andrade; Darini, 2020).
Os sistemas de efluxo são energia-dependentes, podendo ser classificados de acordo com a origem dessa energia. São classificados como transportadores ativos primários aqueles que utilizam energia de origem da hidrólise de trifosfato de adenosina (ATP), já os que têm como fonte a energia gerada pelo gradiente eletroquímico de prótons são classificados como transportadores ativos secundários (Moreira; Souza; Moraes, 2004).
Os sistemas podem ser inespecíficos ou específicos, ou seja, podem excretar diferentes antimicrobianos de diferentes classes ou um determinado fármaco, classe ou subclasse (Andrade; Darini, 2020). A resistência ocorre principalmente pela hiperexpressão desses sistemas, levando a um aumento de sua atividade, assim como do aumento em si das bombas (Figura 1) (Dalmolin et al., 2022). É o mecanismo de resistência mais comum à maioria dos antibióticos, dentre eles as tetraciclinas, quinolonas, cloranfenicol e beta-lactâmicos, assim como confere também resistência a antissépticos e desinfetantes tipo amônio quaternário (Davies, J.; Davies, D., 2010; Pérez-Cano; Robles-Contreras, 2013).
Figura 1: Mecanismos de resistência antimicrobiana: mecanismo enzimático, modificação de local de ação, alteração da permeabilidade e hiperexpressão do sistema de efluxo
TRANSFERÊNCIA HORIZONTAL DE GENES
A transferência horizontal de genes é o processo em que ocorre a transmissão de informações genéticas entre as bactérias de mesma espécie ou de espécies diferentes a partir dos plasmídeos R, o que permite a adaptação desses microrganismos em relação ao meio, levando à variabilidade genética e disseminação de genes de virulência (Moreno M.; González E.; Beltrán, 2009; Baptista, 2013; Lima; Benjamim; Santos, 2017). É o principal mecanismo responsável pela disseminação acelerada de genes de resistência aos antibióticos entre bactérias (Brasil, 2020).
As vias utilizadas para essa transferência são a conjugação, transdução e transformação (Figura 2) (Lima; Benjamim; Santos, 2017). Essas vias são possíveis por conta de estruturas encontradas no DNA das bactérias, que possuem a capacidade de captura dos genes que conferem a resistência (Baptista, 2013).
Figura 2: Transferência horizontal de genes entre bactérias: conjugação, transdução e transformação
a) Conjugação:
É o mecanismo mais comum de transferência horizontal; há a transferência por contato direto que ocorre através de um canal de conjugação intracelular formado após a aproximação dos pili F, que são apêndices da superfície das bactérias doadoras, permitindo a passagem de uma das fitas do DNA plasmidial para a célula receptora para ser replicada estando ambas as células, ao final, com uma cópia do plasmídeo completo contendo genes de resistência antimicrobiana (Snustad; Simmons, 2020; Paula, 2016; Brasil, 2020).
b) Transdução:
Nesse mecanismo a transferência ocorre com o auxílio de bacteriófagos e pode acontecer de duas maneiras: pelo transporte de um fragmento aleatório do DNA de uma bactéria para outra (transdução generalizada) ou pelo transporte de um cromossomo contendo um trecho do DNA bacteriano, oriundo da recombinação entre o cromossomo hospedeiro e o do fago, para outra bactéria (transdução especializada) (Snustad; Simmons, 2020).
Os bacteriófagos, então, transportam o DNA da bactéria hospedeira destruída para a nova bactéria infectada, receptora, sendo esse fragmento de DNA incorporado na nova hospedeira (Baptista, 2013; Paula, 2016).
c) Transformação:
No mecanismo de transformação as bactérias captam o DNA do meio extracelular, o que beneficia na aquisição de novos genes como os de resistência a antibióticos ou de fatores de virulência, além de servir como matriz para formação de biofilme (Brasil, 2020; Golz; Stingl, 2021). Apenas bactérias competentes são capazes de realizar esse mecanismo, pois são as que possuem genes codificadores de proteínas de competência (Com), que atuam na transformação integrando o DNA livre ao DNA cromossômico (Snustad; Simmons, 2020).
A característica de competência das bactérias pode ser intrínseca ou desenvolvida por condições específicas, como são algumas condições estressantes, presença de peptídeos ou autoindutores, assim como a presença de antimicrobianos (Brasil, 2020).
Algumas bactérias que têm seu mecanismo de transformação bem elucidado são Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Bacillus subtilis e Neisseria gonorrhoeae, sendo o processo bastante semelhante, com exceção de algumas variações como o tipo de DNA que são capazes de captar (Snustad; Simmons, 2020).
d) Formação de biofilmes:
Biofilmes são estruturas complexas formadas por uma comunidade de microrganismos aderida a uma superfície, que se encontra envolvida por proteínas, DNA extracelular, polissacarídeos, lipídios, surfactantes, flagelos e pili que constituem a substância polimérica extracelular (SPE) de forma que fornece proteção a esses microrganismos, sendo então considerada uma estratégia de adaptação e sobrevivência (Abrantes; Nogueira, 2022).
Considera-se que a formação de biofilmes seja um novo mecanismo de resistência, principalmente por servir para contribuir na disseminação dos genes de resistência em condições ambientais adversas, visto a capacidade de garantir a persistência de microrganismos persistentes (Medeiros et al., 2014; Freire et al., 2018).
Essa estrutura pode ser formada por bactérias Gram-positivas, Gram-negativas ou ambas, e ainda podem estar acompanhadas de fungos, vírus, protozoários e algas (Abrantes; Nogueira, 2022). Existe então uma rede de interações complexas chamada quorum sensing que mantém a organização e a sobrevivência da comunidade de microrganismos, além da produção de proteases, sideróforos e síntese de fatores de virulência (Munir et al, 2020).
A formação desses biofilmes ocorre em quatro etapas: (1) adesão das células bacterianas a uma superfície; (2) agregação e proliferação, formando multicamadas celulares; (3) maturação do biofilme e; (4) desprendimento e dispersão de células para início de um novo ciclo em outra superfície (Figura 3) (Silva et al., 2023).
Figura 3: Etapas da formação de biofilmes: (1) adesão bacteriana em superfície, (2) agregação e proliferação, (3) maturação, e (4) desprendimento e dispersão
CONSIDERAÇÕES FINAIS
É extremamente importante conhecer os mecanismos de resistência desses microrganismos para que seja possível frear a multiplicação de bactérias resistentes, uma vez que esses microrganismos são de elevada importância clínica e de saúde pública. Conhecendo os meios de ação poderemos ser capazes de desenvolver antimicrobianos capazes de evitar essa resistência microbiana.
REFERÊNCIAS
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[1] Graduanda em Medicina Veterinária. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5584-9464. Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/1495170820726310.
[2] Graduação em Medicina Veterinária. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9273-5204. Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/8329028352662293.
[3] Doutorando em Ciência Veterinária; Mestrado em Biociência Animal; Especialização em Especialização em Segurança dos Alimentos. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4913-8313. Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/4967459162060058.
[4] Doutorado em Ciência Veterinária. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0072-5103. Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/5676854885081836.
[5] Graduando em Ciências Biológicas. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7149-4931. Currículo Lattes: https://lattes.cnpq.br/2928291078391850.
[6] PhD em Bioquímica e Fisiologia; Mestrado em Fisiologia; Graduação em Biologia. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1493-7964. Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/9044747136928972.
[7] Doutora em Biociência Animal; Mestrado em Medicina Veterinária; Especialização em Saúde Coletiva. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1289-2902. Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/5998863169551704.
