ANTİBİYOTİKLERE KARŞI GELİŞEN DİRENÇ MEKANİZMALARI

      “Antibiyotik tedavi, eğer gelişigüzel bir şekilde kullanılmışsa, geçici olarak temizleyebilen ve iyileştirebilen tıbbi bir sel haline gelebilir, ama sonunda kendi yaşamını yok edebilir.”   Felix Marti-Ibanez, 1955.

      Direnç bakteri ve diğer mikroorganizma­ların bir özelliği olup, genel anlamıyla onların ilaç (antibiyotik) tarafından etkilenmemesi demektir. Klinikte kullanılan anlamıyla direnç, patojen mikroorganizma veya su­şun, kemoterapötik ilacın kullanıldığı doz aralığında serumda meydana getirdiği yoğunluk düzeyinde, ilaç tarafından etkilenmemesi demektir.
Direnç doğal ve kazanılmış (mutasyonal ve aktarılabilir) direnç diye ikiye ayrılır.  Bir ilaca dirençli olan bir bakteri türü benzer yapı veya etki şekline sahip diğer bir ilaca da dirençli olabilir. Bu olay da çapraz direnç olarak bilinir.

      Bazı bakteri türleri belli bir ilaca doğal olarak dirençli olabilirler; bu durum doğal direnç diye bilinir. Bu olayın temelinde mikroorganizmaların metabolik olarak inaktif fazda bulunması veya ilacın etki mekanizmasına uygun hedef yapıların bulunmaması durumu vardır. Bu duruma örnek olarak hücre duvarı olmayan Mycoplasmaların beta-laktam antibiyotiklere olan direnci ve Mycobakterium tuberculosis'in kalsifiye odaklarda metabolizması yavaşlamış olarak uzun süre canlı kalabilmesi ve bunun sonucunda antitüberküloz ilaçlara dirençli olması verilebilir. İlacın bakterilere girememesi veya etkileyebileceği mekanizmaların olmamasından ileri gelen doğal direnç durumu Enterobacteriaceae ailesindeki bakterilerde penisilin G’ye, Gram-pozitif bakterilerde de polimiksin B’ye karşı görülür. Bazı bakteriler belirli antibiyotiklere bölünme ve gelişme dönemlerinde du­yarlı oldukları halde, bu dönemi izleyen "durgunluk" dö­neminde dirençlidirler. Kural olarak, antibakteriyel ilaç­ların spektrumları dışında kalan patojen mikroorganiz­malar onlara doğal olarak dirençli olan mikroorganiz­malardır. Bu nedenle doğal direnç öngörülebilir nite­liktedir ve klinik bakımdan sorun oluşturmaz. Tüm ilaçların etki genişliği aynı olmadığından, bazı bakteriler bazı ilaçlara farklı derecede duyarlı veya tümüyle duyarsızdırlar. Bu durum bakterinin genetik yapısı ve metabolizmasıyla ilgilidir. Gram-negatif bakterilerin hücre duvarında benzilpenisilinlerin geçemedikleri lipopolisakkarid yapıda bir endotoksin tabakası bulunur. Aminopenisilin ve asilüreidopenisilin türevleri bu tabakayı kolay geçer ve Gram-negatif bakterileri de etkilerler.

      Direncin ikinci şekli kazanılmış dirençtir. Bu­rada bakteri popülasyonunun antibiyotik ile ilk temasa gelişinde, ilaç bakteriler üzerinde etkilidir; ancak, temas süresi boyunca veya yinelenen te­maslar sırasında bakteri popülasyonunda ilacın antibak­teriyel etkisine karşı direnç gelişir. Hemen her anti­mikrobik ilaca karşı er-geç direnç gelişebilir. Direnç gelişmesinin göstergesi, ilacın o mikroorganiz­madaki minimum inhibitör konsantrasyon (MİK) ve minimum bakterisid konsantrasyon (MBK) değerlerinin giderek yükselmesi­dir. Bundan dolayı, başlangıçta belirli bakterilere karşı oldukça düşük yoğunluklarda etkili olan bir antibakteriyel ilaç, kısa veya uzun bir süre sonra, aynı bakte­ri türüne karşı, bu yoğunluklarda etkisiz kalabilir. Direnç, bakterinin antibiyotiklere in vitro koşullar altında maruz kalması sonucu gelişebileceği gi­bi in vivo olarak, yani vücut içinde de gelişebilir.

      Bir antibiyotik çeşidine karşı duyarlığını kaybeden bakteri türü, buna yakın kimyasal yapıda olan veya farklı yapıda fakat benzer etki mekanizmasına sahip olan diğer bir antibakteriyel ilaca karşı da direnç kazanabilir. Bu olaya çapraz-direnç adı verilir. Örneğin, oksitetrasiklin'e direnç kazanan bir bakteri bu maddeye benzer kimyasal yapıya sahip tetrasiklin, klortetrasiklin ve doksisiklin'e karşı da direnç kazanmış olur; ayrıca tetrasiklinlere direnç kazanmış gram-negatif bakteriler, benzer bir antibakteriyel etki mekanizmasına sahip olan kloramfenikol'a da genellikle direnç gösterirler. Bakterilerin birden fazla ilaca direnç kazanmasının diğer bir şekli de çoklu (multiple) dirençtir. Bu durum bakterilerin, yapısı ve antibakteriyel etki mekanizması farklı birçok ilaca karşı kazandığı direnç durumudur. Çoklu direnç, genel­likle bakterinin kromozomlarında ve özelikle plazmidlerinde birden fazla türde direnç geninin bulunmasına bağlıdır; örneğin dirençli Enterobacteriaceae türlerinde 10 veya daha fazla antibakteriyel ilaç çeşidine karşı direnç oluşmasına yol açan genleri taşıyan plazmidlerin varlığı gösterilmiştir.

      Kazanılmış direnç, bakterinin kromozomların­da oluşan mutasyon sonucu veya bakterinin ortam­dan ya da diğer bakterilerden, transdüksiyon, transfor­masyon ve konjügasyon olaylarından biri vasıtasıyla, direnç yapan gen paketini alması (yani R plazmidleri ve­ya transpozonlar aracılığı ile olan direnç) sonucu meydana gelir.

Kromozomal Mutasyonla Olan Direnç: Bu şekil dirence yol açan mutasyon olayı bakterinin antibiyotik ile temasına bağlı değildir ve arada bir neden-sonuç ilişkisi bulunmaz. Mutasyon bakteride genellikle spontan olarak oluşur. İlaçla temasta olan ve ol­mayan iki bakteri popülasyonunda mutasyon sıklığının genellikle aynı olduğunu gösteren gözlemler vardır. İlacın etkisi altında gelişme ve üremelerine devam eden dirençli mutant bakteriler, popülasyondan ilaç etkisi altın­da kaybolan duyarlı bakteri suşlarının veya suş içindeki duyarlı bireylerin yerini alırlar; bu durum yanlış olarak direncin ilaçla temastan sonra oluştuğu kanısına varılmasına neden olabilir.

      Kromozomal mutasyonla olan kazanılmış direnç, bir aşamada veya çok aşamada oluşabilir:

Bir aşamalı mutasyon: Antibakteriyel ilaçla bir veya birkaç temastan sonra birden ve ileri derecede bir direnç oluşur. Buna streptomisin-tipi direnç adı da verilir. Streptomisinle sağaltıma başlanmasını takiben 3-4 gün gibi kısa bir süre içinde dirençli suşlar ortaya çıkabilir. E.coli, S.aureus gibi bakterilerde rifampine karşı oluşabilecek direnç bu mutasyon tipine örnek olarak verilebilir. İlacı hızla parçalayan DNA’ya bağımlı RNA polimeraz içeren mutant suşlar da ortaya çıkabilir.

Çok aşamalı mutasyon: Direnç yavaş olarak, derecesi gittikçe artan bir biçimde oluşur. Buna penisilin tipi direnç de denir. Bu tipteki direncin gelişmesi için DNA molekülünde farklı yerlerdeki genlerde birbirini izleyen bir dizi mutasyon olayının meydana gelmesi gerekir. Penisilinlere ve tetrasiklinlere karşı bu tip direnç oluşabilir. Sadece kromozomal mutasyonla meydana gelen direncin terapötik sorun oluşturan başlıca örnekleri; rifampisin, izoniazid veya nalidiksik aside direnç ve S aureus'ta metisiline karşı gelişen dirençtir.

Aktarılabilir direnç (R Plazmidleri ve Transpozonlar Aracılığı ile Olan Direnç): Plazmidler, ekstrakromozomal genetik elemanlar olup, sirküler yapıda çift zincirli DNA molekülleridir. Plazmidlerin molekül ağırlığı 1-200 milyon dalton arasında değişir. Duyarlı bakterilerin direnç kazanmalarından sorumlu faktörler plazmidler veya epizomlar üzerinde yerleşmiş gen paketidir; plazmidlerde 20-500 gen bulunur; bunlar 3-9 arasında antibiyotiğe direnç gösteren gen materyalini taşıyabilirler. Bakterilerde dirençliliği sağlayan genleri taşıyan bu plazmidlere direnç plazmidleri (direnç faktörü, R plazmidleri) adı verilir.

      Transpozonlar, direncin taşınmasında rol oynayan diğer bir özel DNA parçasıdır. Bunlar hem kromozomal DNA üzerine, hem de plazmidler üzerine sokulabilen daha ufak ve hareketli DNA parçacıklarıdırlar ve transpozonlar, plazmidden-plazmide, plazmidden-kromozoma kolayca atlayabildiklerinden, bakteri topluluklarında direnç materyalinin hızla yayılmasına yol açarlar.

Transdüksiyon: Bakteriyofajlar direnç plazmidinin taşıyıcılığını yaparlar. Bakteri içine giren bakteriyofaj onun direnç faktörünü, kendisinin viral protein kılıfı içine alır ve bölünerek plazmidin kopyasını içeren çok sayıda yavru bakteriyofaj oluşturur. Sonuçta bakteri hücresi patlar ve ortama R faktörü içeren yüzlerce yeni bakteriyofaj saçılır. Bunlarda aynı veya farklı türden diğer bakterileri infekte ederler ve onları da dirençli duruma getirirler.

Konjugasyon: Dirençli bakteri, duyarlı bakteriyle sitoplazma köprüsü oluşturur ve R faktörlerinden biri duyarlı hücreye geçer ve onu da dirençli yapar.

Transformasyon: Bakterinin parçalanması sonucu açığa çıkan R faktörleri veya DNA kırıntıları etraftaki duyarlı bakteriler tarafından alınırlar ve bu bakteriler dirençli duruma geçerler.

      R faktörleri ve transpozonlar aynı veya farklı türden bakterilere geçebilir. Örneğin penisilinaz salgılaması nedeniyle penisiline direnç gösteren gonokoklarda bu durumdan sorumlu olan R faktörleri, gonokoklardan Haemophilus influenzae türü bak­terilere de geçebilir ve bu bakterilerde penisilinaz salgılar hale gelebilirler. Aynı şekilde Shigella türü bakterilerde tetrasiklinlere, kloramfenikola, streptomisine ve ampisiline karşı dirençten sorumlu olan faktör, E. coli türlerine geçebilir. Diğer bir önemli nok­tada, R faktörleri bakteride sadece bir antibakteriyel ilaca veya onun yapıca benzerine karşı değil, yapı­ca farklı diğer bir veya birkaç ilaca karşı da direnç oluşturabilirler. Böylece bakterilerde çoklu direnç gelişmiş olur. Çoklu-direnç transpozonlar aracılığı ile olan direnç olayında da görülür.

Kaynak:

Ekici,H. Antibiyotiklere Direnç ve Dirençliliğin Boyutlarının Çok Yönlü Değerlendirilmesi. A.Ü.Sağlık Bilimleri Enstitüsü. Seminer, 2008.

Ekici,H., Yarsan,E. (2008). Antibiyotiklere Direnç ve Dirençliliğin Boyutlarının Çok Yönlü Değerlendirilmesi. Türk Veteriner Hekimleri Birliği Dergisi. 8(3-4):85-93.