Coût biologique de la résistance aux antibiotiques : vancomycine

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Coût biologique de la résistance aux antibiotiques :
vancomycine-dépendance, le prix ultime bactérien ?
! F. Van Bambeke*, P. Courvalin**
RÉSUMÉ. Depuis quelques années, on isole chez des patients traités par les glycopeptides des entérocoques dépendant de la présence de vancomycine pour leur croissance. L’analyse moléculaire du mécanisme responsable de ce phénotype a révélé dans chaque cas une mutation inactivant la D-alanine:D-alanine ligase impliquée dans la synthèse des précurseurs du peptidoglycane. Ces bactéries requièrent donc la présence
de vancomycine pour induire l’expression des gènes conférant la résistance aux glycopeptides en permettant la synthèse de précurseurs terminés par D-alanine-D-lactate. Les entérocoques dépendants posent donc de façon critique la question du prix que les bactéries sont prêtes
à payer pour s’adapter aux modifications de leur environnement. De manière préoccupante, ces souches, a priori vulnérables en raison de
leurs exigences de croissance, sont capables d’acquérir, par mutation supplémentaire, un phénotype de résistance de haut niveau tout en perdant leur caractère dépendant. En effet, ont été obtenus in vitro des révertants ayant recouvré une D-alanine:D-alanine ligase fonctionnelle,
mais exprimant à un haut niveau les protéines de résistance, et des révertants constitutifs synthétisant du D-alanine-D-lactate en l’absence de
vancomycine.
Mots-clés : Entérocoques - Vancomycine-dépendance - Vancomycine-résistance - D-alanine:D-alanine ligase.
L
a résistance aux antibiotiques est un problème qui va
sans cesse en s’aggravant. Toutes classes d’antibiotiques confondues, on assiste, en effet, à une constante
progression non seulement de la proportion de souches résistantes, mais aussi du nombre de mécanismes conférant la résistance. Ces deux phénomènes sont d’ailleurs étroitement liés.
Ainsi, la capacité de multiplication d’une souche résistante est
l’indicateur du profit qu’elle retire de l’expression de cette résistance pour sa survie et sa propagation dans un environnement
hostile. En contrepartie, les modifications génétiques et métaboliques nécessaires à la résistance sont une mesure de l’investissement concédé par la bactérie pour acquérir la capacité
de multiplication en présence d’une concentration définie d’antibiotique. Mettant de côté les bactéries qui requièrent d’emblée une CMI élevée parce qu’elles sont intrinsèquement résistantes à un antibiotique, on peut distinguer celles qui montrent
une CMI progressivement croissante, généralement par mutations successives de la cible de l’antibiotique, de celles pour
lesquelles la CMI augmente par paliers suite à l’acquisition de
matériel génétique étranger.
l’homme impose à leur environnement. Devenues incapables
de croître en l’absence de vancomycine, elles posent de façon
critique la question du coût de la résistance : quel prix la bactérie est-elle prête à payer pour survivre aux antibiotiques ?
Paradoxe de l’évolution, la dépendance pourrait n’être en fait
qu’une étape transitoire vers une résistance de très haut niveau
(figure 1). C’est du moins ce que suggère l’histoire d’une
CMI
Mutation
Mutation
1 000
Transposon
100
10
1
Combinant ces deux modalités de modification génétique,
les entérocoques vancomycine-dépendants représentent un
exemple de l’adaptabilité des bactéries aux changements que
* Unité de pharmacologie cellulaire et moléculaire, Université catholique
de Louvain, Bruxelles, Belgique.
** Unité des agents antibactériens, Institut Pasteur, Paris.
La Lettre de l’Infectiologue - Tome XV - n° 7 - septembre 2000
Vm S
Vm r
Vm D
Vm R
Figure 1. Antibiogramme avec un disque de vancomycine et
CMI de la vancomycine pour un isolat clinique de Enterococcus
faecalis présentant divers phénotypes : VmS, sensible aux glycopeptides ; Vmr, résistant de bas niveau à la vancomycine ; VmD, dépendant de la présence de vancomycine dans le milieu pour sa croissance ; VmR, révertant in vitro hautement résistant.
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patiente chez laquelle a été isolé un entérocoque dépendant de
la vancomycine pour sa croissance [(1) pour la description clinique ; (2) pour la description mécanistique].
Cette patiente, hospitalisée pour une pancréatite fulminante
compliquée d’une septicémie puis d’une pneumonie nosocomiale contractée dans une unité de soins intensifs, a reçu une
antibiothérapie prolongée à large spectre comprenant de l’imipénème, de la gentamicine, de la ciprofloxacine et de la vancomycine. Cette dernière a été administrée de J14 à J61. À J68,
un Enteroccocus faecalis résistant à la vancomycine, de génotype vanB (CMI de la vancomycine, 32 µg/ml ; CMI de la teicoplanine, < 1 µg/ml) est isolé des urines, des fèces, de plaies,
d’abcès et des voies respiratoires. Le traitement par ciprofloxacine et gentamicine est maintenu, tandis que la vancomycine est, elle, réadministrée à nouveau de J74 à J150. À J79, la
culture des urines est négative pour l’entérocoque résistant.
Pourtant, l’examen microscopique direct des urines montre la
persistance de coques à Gram positif. Une culture primaire des
urines sur une gélose au sang permet de mettre en évidence
quelques colonies, qui disparaissent à la première subculture.
Ces colonies retrouvent leur capacité de croissance autour d’un
disque imprégné de vancomycine ou de D-alanine-D-alanine
(D-Ala-D-Ala). Le même organisme est isolé cinq fois dans les
urines entre J79 et J145. À J145, on isole à nouveau un entérocoque résistant à la vancomycine dans le sang (CMI non
déterminée). Le traitement par la vancomycine est alors interrompu et remplacé par de l’imipénème, qui éradique enfin l’infection. En parallèle, la mise en culture de l’entérocoque dépendant en l’absence de vancomycine a rapidement permis de
sélectionner au laboratoire des révertants (c’est-à-dire des
mutants de la souche dépendante ayant perdu le caractère
dépendant, mais ayant conservé une résistance élevée à la
vancomycine).
tés D-Ala-D-Ala des précurseurs pentapeptidiques exposés à
la face externe de la membrane. Elle s’y lie avec une haute affinité par l’intermédiaire de cinq ponts hydrogène, prévenant
l’accès des enzymes qui catalysent les étapes de réticulation.
Voie chromosomique
de synthèse
du peptidoglycane
Voie acquise
de synthèse
du peptidoglycane
D-alanine
D-Ala:D-Ala
ligase
D-lactate
D-Ala:D-Lac
ligase
VmS
UDP
UDP
VmR
UDP
P-P
P-P
D-alanine
286
Acide muramique
D-lactate
N-acétylglucosamine
Autre acide aminé
Vancomycine
CH3 O-
H
Vancomycine et activité antibiotique (3)
Les glycopeptides (vancomycine et teicoplanine) inhibent la
synthèse de la paroi bactérienne en perturbant les réactions de
réticulation (transpeptidation, transglycosylation) des précurseurs du peptidoglycane (figure 2). La synthèse du peptidoglycane commence dans le cytoplasme bactérien par la formation de pentapeptides terminés par un dimère d’acides aminés
de la série D (D-Ala-D-Ala). La formation de ce dimère nécessite l’action d’une enzyme appelée la D-alanine:D-alanine
ligase (Ddl). Le dimère se fixe ensuite sur un précurseur
tripeptide-acide muramique qui, après addition d’une acétylglucosamine, se lie à un transporteur lipidique permettant son
exposition sur la face externe de la membrane. Le précurseur
est alors soumis à l’action de transglycosylases qui catalysent
la formation de ponts entre glucides et de transpeptidases qui
assurent la condensation des chaînes peptidiques en éliminant
la D-alanine terminale. La vancomycine, incapable en raison
de sa taille de pénétrer dans la bactérie, reconnaît les extrémi-
P-P
P-P
H
VANCOMYCINE-DÉPENDANCE OU LA GENÈSE
D’UN PROCARYOTE “DROGUÉ” :
MÉCANISMES MOLÉCULAIRES ÉTAPE PAR ÉTAPE
UDP
VmD
O
CH3 OH
C
N
H
O
O
NH CH3 O
X
D-Ala-D-Ala
Liaison de forte affinité
activité de l'antibiotique
C
O
H
O
NH CH3 O
X
D-Ala-D-Lac
Liaison de faible affinité
résistance à l'antibiotique
Figure 2. Comparaison des voies de synthèse des précurseurs du
peptidoglycane chez des entérocoques vancomycine-sensibles (VmS),
vancomycine-résistants (VmR) ou vancomycine-dépendants (VmD).
Chez l’entérocoque sensible, la voie chromosomique de synthèse
conduit à la production de précurseurs terminés par le dimère Dalanine-D-alanine (D-Ala-D-Ala) auquel la vancomycine se lie avec
une forte affinité (panneau inférieur). Chez l’entérocoque résistant,
une voie de synthèse alternative et inductible par de faibles concentrations de vancomycine permet la synthèse de précurseurs terminés par D-alanine-D-lactate (D-Ala-D-Lac) auxquels la vancomycine se lie avec une faible affinité (panneau inférieur). Chez
l’entérocoque dépendant, la voie de synthèse chromosomique est
non fonctionnelle suite à l’inactivation de l’enzyme dimérisant la
D-alanine (Ddl ou D-Ala:D-Ala ligase). La synthèse des précurseurs
n’est alors possible que par la voie alternative inductible par la vancomycine.
La Lettre de l’Infectiologue - Tome XV - n° 7 - septembre 2000
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Vancomycine et résistance bactérienne (génotype vanB) (4)
Connaissant le mode d’action des glycopeptides, on comprend
qu’une résistance puisse résulter de la production de précurseurs de faible affinité pour la vancomycine. Ainsi, le remplacement de la D-alanine terminale par un D-lactate suffit à
réduire l’affinité de l’antibiotique pour sa cible d’un facteur
1 000, parce que la reconnaissance moléculaire ne met plus en
jeu que quatre ponts hydrogène (figure 2).
vanR
vanS
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La résistance résulte de l’acquisition de matériel génétique
étranger codant pour des protéines qui doivent agir de
manière coordonnée. L’ensemble des gènes correspondants
(figure 3) est porté par un transposon, élément génétique
mobile de onze kilobases, capable de s’intégrer dans le chromosome ou dans un plasmide. Sur la base de la séquence des
gènes de résistance, on distingue actuellement cinq génotypes (vanA, vanB, vanC, vanD et vanE) qui diffèrent par le
niveau de résistance conféré et le type de précurseur produit
(D-Ala-D-Lac ou D-Ala-D-sérine). Le génotype vanB, qui
nous concerne ici, confère une résistance de niveau variable
à la vancomycine uniquement [le niveau de résistance dépend
essentiellement du rapport entre la quantité de précurseurs
terminés par D-Ala-D-Ala et ceux terminés par D-Ala-DLac, qui résulte du niveau d’expression des gènes de résistance ; la résistance à la teicoplanine n’apparaît que lorsque
ce rapport est très largement en faveur du D-Ala-D-Lac (4)].
Outre les gènes codant pour les enzymes impliquées dans la
résistance, le transposon porte aussi ceux responsables de la
La synthèse de la paroi à partir de précurseurs terminés par
D-Ala-D-Lac nécessite la mise en place d’une nouvelle voie
métabolique (figure 3). Celle-ci requiert des enzymes, d’une
part pour la synthèse des précurseurs terminés par D-Ala-DLac (produits des gènes vanH et vanB ; ce dernier, qui donne
son nom au génotype de résistance, spécifie la ligase permettant la réaction de condensation de D-Ala avec D-Lac
[figure 2]), et d’autre part pour la destruction des précurseurs terminés par D-Ala-D-Ala (produits des gènes vanX
et vanY).
Pyruvate
VanH
I S E
vanY
vanW
vanH
vanB
vanX
RÉSISTANCE
RÉGULATION
D-lactate
Ddl
VanB
VanX
UDP
UDP
P-
Transpeptidase
Pi
UMP
P-P-
-P-P-
UDP
Transglycosylase
UDP
-P-P-
P-PVanY
P-PCytosol
Membrane
Paroi
Figure 3. Structure de l’opéron conférant la résistance à la vancomycine de type VanB et activité des enzymes produites.
vanS et vanR codent pour un système régulateur à deux composants dans lequel VanS est le senseur détectant la présence de vancomycine dans
le milieu et VanR le régulateur activant la transcription des gènes conférant la résistance. VanX et VanY hydrolysent le dipeptide D-Ala-D-Ala
et les précurseurs terminés par D-Ala-D-Ala, respectivement ; VanH et VanB permettent la synthèse du depsipeptide D-Ala-D-Lac. La fonction
de VanW est inconnue. Les symboles sont les mêmes que dans la figure 2.
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régulation de leur expression. Dans ce système à deux composants, le senseur (produit du gène vanS) détecte la présence
de vancomycine au contact de la bactérie et le régulateur (produit du gène vanR) active la transcription des gènes de résistance lorsqu’il est lui-même phosphorylé par le senseur. La
résistance s’exprime donc de façon inductible. Une question
qui se pose est l’origine des gènes constituant ce transposon.
Une hypothèse, basée sur des comparaisons de séquences,
suggère que ceux requis pour la résistance (vanH, vanB et
vanX) pourraient provenir des micro-organismes producteurs
de glycopeptides qui peuvent synthétiser leur paroi également à partir de précurseurs terminés par D-Ala-D-Lac (5)
afin d’échapper à l’action antibiotique de leur propre métabolisme secondaire.
! Rapport coût-bénéfice. La présence de la résistance exige l’ac-
quisition d’un opéron et donc une transmission de matériel génétique entre bactéries. Le niveau de résistance de la bactérie hôte
dépend du niveau d’expression des gènes et de leur nombre de
copies. Lorsque ces gènes sont intégrés dans le chromosome, présents en une copie par bactérie, la résistance est de plus bas niveau
que s’ils sont portés par un plasmide présent en multicopies. Dans
le type VanB, l’expression des gènes est étroitement régulée (4),
entraînant des CMI relativement basses de la vancomycine
( 32 µg/ml) [figure 4] (2). La sensibilité à la teicoplanine est
maintenue, car cet antibiotique n’est pas un inducteur. Le bilan
coût-bénéfice est facile à établir : plus la bactérie investit en termes
de production d’enzymes, plus les concentrations en vancomycine auxquelles elle peut résister seront élevées.
BÉNÉFICE
Phénotype
COÛT
CMI
(Vm)
CMI
(Te)
VmS
Événement
génétique
<1
32
<1
transposon
VmD
512
64
mutation ddI
E
mutation ddI
EYK
R
S
512
8
R
R
1 024
256
Vm Te
Vm Te
mutation vanS
ADP
D251
Niveau d'expression
de l'opéron vanB
Vm(-) Vm(+)
DAK
1
r
Vm
Précurseurs
produits
Vm(-) Vm(+)
Acides aminés
de la DdI
en 251-253
D-Ala-D-Ala-P
DAK
E
E251
ADP
D-Ala-D-Ala-P
K253
D-Ala:D-Ala ligase fonctionnelle
La charge (+) de K253 facilite
le transfert du phosphate de l'ATP
pour la dimérisation de la D-alanine
D-Ala:D-Ala ligase non fonctionnelle
En l'absence de K253, le transfert
du phosphate de l'ATP et la dimérisation
de la D-alanine ne peuvent se faire
Figure 4. Phénotype et génotype d’un entérocoque résistant de bas niveau à la vancomycine (Vmr), d’un mutant vancomycine-dépendant (VmD)
isolé in vivo, et de révertants de ce dernier obtenus in vitro (2, 9). Les révertants ont perdu le caractère dépendant et sont soit résistants de haut
niveau à la vancomycine mais sensibles à la teicoplanine (VmR, TeS), soit résistants de haut niveau à la vancomycine et à la teicoplanine (VmR,
TeR). Le bénéfice et le coût peuvent être déduits des CMI et de la nature des modifications génétiques et du niveau de production des protéines
de résistance, respectivement.
" Phénotype. Les CMI de la teicoplanine ont été déterminées en présence de 4 µg/ml (VmS, Vmr) ou de 10 µg/ml (VmD, VmR) de vancomycine
comme inducteur. Les proportions relatives de précurseurs terminés par D-Ala-D-Ala ou D-Ala-D-Lac sont indiquées en vert et en rouge respectivement. L’activité des protéines de résistance (mesurée par l’activité de VanX) est présentée en fraction de l’activité maximale mesurée
pour le révertant VmR TeR.
" Génotype. Seules sont indiquées les modifications de séquence de la D-Ala:D-Ala ligase (Ddl) détectées en position 251-253 relatives à la
séquence de l’enzyme parentale (Vmr). La modélisation moléculaire (panneau inférieur) de l’enzyme sauvage et celle du mutant dépendant
indiquent comment la mutation DAK-E inactive la Ddl et comment la mutation E-EYK restaure son activité.
.../...
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La Lettre de l’Infectiologue - Tome XV - n° 7 - septembre 2000
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Vancomycine et dépendance bactérienne
L’entérocoque vancomycine-dépendant (phénotype VmD) se
caractérise par son aptitude à pousser uniquement en présence
de vancomycine, ce qui suggère qu’il ne peut synthétiser les
précurseurs de sa paroi que si la vancomycine induit la production des protéines de résistance. Autrement dit, la voie de
synthèse chromosomique “normale” des précurseurs du peptidoglycane doit être inactivée. De fait, si l’on identifie les précurseurs produits, on constate que la souche dépendante synthétise 100 % de précurseurs terminés par D-Ala-D-Lac en
présence de vancomycine (figure 4). La comparaison des voies
de synthèse des précurseurs (chromosomique sensible et alternative résistante) révèle que l’enzyme qui diffère est la ligase
qui catalyse la dimérisation de la D-alanine dans les souches
sensibles ou la fixation du D-lactate à la D-alanine dans les
souches résistantes (figure 2). Le caractère dépendant doit donc
être lié à une inactivation de la D-Ala:D-Ala ligase. La
séquence du gène de structure de cette enzyme a été déterminée pour plusieurs souches dépendantes et a révélé dans chaque
cas une mutation qui affecte un résidu hautement conservé (2,
6, 7) ou provoque l’apparition d’un codon d’arrêt conduisant à
la production d’une protéine tronquée (8). Dans le cas choisi
ici à titre illustratif (2), une délétion de six paires de bases
conduit au remplacement par un glutamate (E) d’un triplet
d’acides aminés comportant une lysine (K) hautement conservée parmi les D-Ala:D-Ala, D-Ala:D-Lac ou D-Ala:D-Sér
ligases. La mutation entraîne donc la perte de deux acides aminés et la substitution d’un troisième acide aminé chargé positivement par un résidu chargé négativement. Au niveau moléculaire, ce changement a des répercussions majeures sur
l’activité de l’enzyme. En effet, le résidu lysine joue un rôle
important dans la réaction enzymatique, facilitant par sa charge
le transfert du phosphate depuis l’ATP vers la D-alanine comme
préliminaire à la réaction de dimérisation (9).
! Rapport coût-bénéfice. L’investissement génétique conduisant au phénotype dépendant est minime (une mutation), de
même que l’effort métabolique (niveau d’expression des
protéines de résistance très bas). Le bénéfice est majeur en
termes de résistance, puisque la CMI de la vancomycine passe
de 32 à 512 µg/ml et celle de la teicoplanine, en présence de
vancomycine comme inducteur, atteint 64 µg/ml. Ce gain s’explique par le fait que seul le depsipeptide D-Ala-D-Lac est produit. L’activité des protéines de résistance, mesurée par celle
de VanX, est cependant faible (figure 4). Toutefois, la bactérie
se trouve fortement pénalisée dans sa croissance, puisqu’elle
ne peut se multiplier qu’en présence de vancomycine.
Vancomycine-dépendance et réversion
La souche résistante isolée en fin de traitement chez la patiente
n’ayant malheureusement pas été conservée, on ne peut affirmer qu’il s’agit d’un révertant de la souche dépendante. Cette
éventualité mérite toutefois d’être retenue. En effet, in vitro, la
culture de mutants dépendants en l’absence de vancomycine
permet de sélectionner aisément des révertants ayant perdu leur
caractère dépendant et acquis un niveau élevé de résistance à
la vancomycine et, dans certains cas, à la teicoplanine (figures 1
et 4, tableau I). À ces deux phénotypes correspondent deux
mécanismes, que l’on peut proposer sur la base de l’analyse
des précurseurs produits et des niveaux d’expression des protéines de résistance. Le phénotype restant sensible à la teicoplanine (VmR TeS) est associé à la production de D-Ala-D-Ala
en l’absence d’inducteur mais à la production essentiellement
de D-Ala-D-Lac en présence d’inducteur, associée à une activité importante des protéines de résistance. Ces propriétés indiquent que la D-Ala:D-Ala ligase est à nouveau fonctionnelle.
La séquence du gène ddl présente en effet une nouvelle mutation à la position altérée chez le mutant dépendant, restaurant
un triplet d’acides aminés différent de celui de la souche sauvage mais présentant la lysine critique en position 253 (figure 4)
(2). Le phénotype résistant à la vancomycine et à la teicoplanine (VmR TeR) est associé à la production exclusive de D-AlaD-Lac et à un niveau élevé d’expression des protéines de résistance, aussi bien en l’absence qu’en présence d’inducteur. Ces
données indiquent que ces révertants conservent une ligase inactive, ce que confirme la détermination de la séquence du gène
correspondant (figure 4), mais que l’expression de leurs gènes
de résistance est désormais constitutive. Cela leur confère la
possibilité d’exprimer leurs protéines de résistance, et donc de
synthétiser du D-Ala-D-Lac, en l’absence de vancomycine. Ce
phénotype est dû à une mutation ponctuelle au niveau du senseur VanS qui conduit à l’activation permanente de l’activateur
de la transcription (figure 5, page 293) (2).
! Rapport coût-bénéfice. L’investissement génétique est à
nouveau limité, impliquant dans les deux cas une seule mutation. L’investissement métabolique est cette fois important,
imposant un niveau d’expression élevé des protéines de résistance. Cependant, le gain pour la bactérie est majeur, puisqu’il
lui assure une résistance de haut niveau à la vancomycine et à
la teicoplanine, tout en abolissant les contraintes de croissance
de la cellule parentale dépendante (figure 4). Deux mutations
successives (c’est-à-dire une première dans le gène ddl conférant le caractère dépendant et une seconde dans le gène vanS
ou le gène ddl assurant la réversion) suffisent donc pour conférer à l’entérocoque au départ faiblement résistant un niveau de
résistance très élevé aux glycopeptides.
VANCOMYCINE-DÉPENDANCE :
UNE CURIOSITÉ DE LABORATOIRE
OU UNE MENACE POTENTIELLE EN CLINIQUE ?
La nécessité de la présence d’antibiotique pour la croissance
bactérienne est pour le moins un paradoxe étonnant. La littérature rapporte des exemples isolés de dépendance aux bêtalactamines (10), aux aminosides (11) ou à la polymyxine (12).
Ces isolats ont été considérés comme des curiosités ne justifiant aucun effort diagnostique ou thérapeutique étant donné
que leur mode de croissance particulier assure en principe leur
élimination spontanée. Depuis la description du premier entérocoque dépendant des glycopeptides pour sa croissance en
1994 (1), de telles souches ont été isolées chaque année chez
des patients qui, en général, ont reçu un traitement prolongé
par la vancomycine (tableau I, page 292) et des antibiotiques
.../...
La Lettre de l’Infectiologue - Tome XV - n° 7 - septembre 2000
291
292
fèces
fèces
E. faecium
E. faecium
sang
E. faecalis
fèces
sang, urines
E. faecalis
E. faecium
sang, urines,
drain de dialyse
E. faecium
urines
fèces
E. faecium
E. faecalis
drain abdominal
E. faecium
sang
sang
E. faecium
E. faecalis
fèces
E. avium
sang
sang
E. faecium
Non déterminé
fèces
E. faecium
oncologie
oncologie
oncologie
non précisé
non précisé
transplantation rénale,
péritonite
leucémie, pneumonie
hémodialyse, bactériémie
complications
postopératoires,
soins intensifs
rupture œsophagienne,
soins intensifs
non précisé
non précisé
non précisé
colite à Clostridium difficile
transplantation hépatique
insuffisance rénale
cholécystite, pancréatite,
pneumonie, septicémie
ceftazidime
ceftazidime
ciprofloxacine
non précisé
non précisé
quinupristine-dalfopristine
triméthoprimesulfaméthoxazole,
gentamicine, nitrofurane,
pipéracilline/tazobactam
amoxicilline
céfotaxime,
ciprofloxacine,
ampicilline,
kétoconazole
céfotaxime, imipénème,
métronidazole, érythromycine
non précisé
non précisé
non précisé
amoxicilline, ceftazidime,
ciprofloxacine
imipénème,
amikacine
non précisé
imipénème, gentamicine,
ciprofloxacine
Antibiotique utilisé
préalablement
vancomycine
(22 jours)
vancomycine
(5 jours)
vancomycine
(46 jours)
vancomycine
vancomycine
vancomycine
teicoplanine
(32 jours)
vancomycine
(usage répété)
vancomycine
(8 jours)
teicoplanine
non précisé
non précisé
non précisé
vancomycine
(10 jours)
vancomycine
(14 jours)
vancomycine
vancomycine
(45 jours)
Glycopeptide utilisé
préalablement
10-2
28
28
28
2
2
13
14
27
26
26
25
10
25
-7
25
24
15
23
1
Référence
10-6
10-2
10-6-7
10
-5-6
10-7
Taux de réversion
A U
urines
urines
E. faecalis
Type de patient
I S E
Non déterminé
Site d’isolement
Espèce bactérienne
Tableau I. Isolats cliniques d’entérocoques vancomycine-dépendants décrits dans la littérature.
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La Lettre de l’Infectiologue - Tome XV - n° 7 - septembre 2000
M
Phénotype
I S E
A U
P O I N T
Acides aminés
de VanS en
232
247
S
S
F
E
E
Vmr ou Vm D
Vm R Te S
Vm R Te R
K
Résistance inductible
ATP
VanS
Résistance constitutive
ADP
H
H-P
H-P
VanR
D-P
D
D-P
VanS
H2 O
Pi
Activation de la transcription
vanY
vanW
vanH
vanB
vanX
Figure 5. Mécanisme d’acquisition in vitro d’une résistance constitutive chez des mutants de l’entérocoque VmD.
" Génotype. Seules sont indiquées les modifications de séquences de VanS détectées en position 232 ou 247 relatives à la séquence de l’enzyme
parentale (Vmr ou VmD). Les deux révertants VmR TeR étudiés présentent chacun une mutation affectant un résidu voisin de l’histidine (H), site
d’autophosphorylation. Le domaine senseur de VanS est représenté en blanc, le domaine kinase en bleu clair avec ses cinq motifs conservés
en bleu foncé.
Dans une souche Vmr, VmD ou VmR TeS (partie gauche du schéma), le senseur est autophosphorylé en présence de vancomycine et d’ATP dans
le milieu et transfère le phosphate activé sur un résidu aspartate (D) du régulateur VanR. VanR phosphorylé active la transcription des gènes
codant pour les enzymes de résistance. En l’absence de vancomycine, VanS déphosphoryle VanR.
Dans une souche VmR TeR (partie droite du schéma), le senseur muté permet la phosphorylation de VanR même en l’absence de vancomycine,
entraînant l’activation permanente de la transcription des gènes codant pour les protéines de résistance.
.../...
à large spectre. La difficulté consiste à mettre ces souches en
évidence puisqu’elles ne croissent qu’autour d’un disque de
vancomycine ou si l’on ajoute dans leur milieu de culture le
dipeptide D-Ala-D-Ala (1, 13). Au laboratoire, la recherche des
entérocoques dépendants ne se justifie que chez les patients
colonisés par une souche résistante (13). Elle doit s’effectuer
par étalement direct du milieu biologique potentiellement
infecté (sang et urines essentiellement en cas d’administration
parentérale et fèces en cas d’administration orale), de manière
à maintenir l’entérocoque en présence de glycopeptide (14). Il
est, en effet, vraisemblable que la distribution du glycopeptide
La Lettre de l’Infectiologue - Tome XV - n° 7 - septembre 2000
dans l’organisme détermine les sites où peut se multiplier
l’entérocoque dépendant. Un entérocoque de ce type peut être
mis en évidence sur une gélose au sang pour l’isolement primaire, puis sur des géloses conventionnelles (BHI, Mueller-Hinton ou gélose au sang) additionnées de 10 µg/ml de vancomycine (1, 15).
Le moyen le plus facile d’éviter la propagation des entérocoques
vancomycine-dépendants consiste à arrêter le traitement par les
glycopeptides, mais cela serait sans compter sur la capacité de
la bactérie à réverter en un mutant plus résistant. La possibilité
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de voir émerger ces révertants pose donc la question de la
manière de traiter les patients infectés par des entérocoques
vancomycine-dépendants pour parvenir à une éradication complète. Les révertants décrits (tableau I, page 292) ont tous été
isolés in vitro, mais cela ne veut pas dire qu’ils ne peuvent survenir in vivo. Le seul moyen d’établir leur filiation avec la
souche résistante initiale et avec la souche dépendante consisterait en une analyse génétique impliquant un typage moléculaire et la recherche de mutations dans les gènes ddl et vanS.
Cette dernière étude est difficile à mettre en œuvre en routine,
et son intérêt serait d’ailleurs limité d’un point de vue clinique.
La présence de révertants peut néanmoins être soupçonnée
lorsque l’on isole des entérocoques résistants de haut niveau,
surtout si leur génotype confère habituellement une résistance
de bas niveau (par exemple, vanB). L’acquisition de ce niveau
élevé de résistance peut toutefois s’observer aussi chez des
mutants dans le senseur VanS de souches résistantes, et ne
nécessite donc pas le passage transitoire par l’état de dépendance (6, 16). L’éradication des entérocoques VmD se heurte
aux mêmes difficultés que celle des entérocoques VmR. L’association fréquente avec une résistance à d’autres classes d’antibiotiques (aminosides, bêtalactamines) impose, en effet, la sélection d’un traitement basé sur l’antibiogramme de l’entérocoque
VmD. De façon à éviter toute interférence de la vancomycine
avec les antibiotiques étudiés, il paraît plus approprié de déterminer la sensibilité à ces antibiotiques sur du milieu enrichi en
D-Ala-D-Ala (1 mg/ml pour la détermination de CMI) (13).
Par ailleurs, la recrudescence des infections dues à des coques
à Gram positif a stimulé la recherche, de telle sorte que de nouveaux antibiotiques actifs sur ces bactéries sont en cours de
développement ou de mise sur le marché : fluoroquinolones,
glycylcyclines, synergistines, oxazolidinones, éverninimycines
(17,18). Les glycopeptides bactéricides (LY333328) seront
peut-être peu utiles dans la mesure où les entérocoques résistants aux glycopeptides peuvent acquérir la résistance à ces
molécules (19). Malgré ces molécules nouvelles, l’exploration
du mécanisme moléculaire conduisant à la dépendance et à la
réversion nous a rappelé l’adaptabilité extrême des bactéries à
leur environnement. Le meilleur moyen d’éviter l’apparition
de bactéries hautement résistantes reste donc l’utilisation rationnelle des antibiotiques en général, et des glycopeptides en
particulier, et le respect des règles visant à limiter la dissémination de souches résistantes (20). Dans le cas des glycopeptides comme dans celui d’autres familles d’antibiotiques, le
développement de la résistance en milieu hospitalier semble
lié à leur utilisation clinique (21, 22). À cet égard, la situation
européenne, actuellement plutôt rassurante, doit nous encourager à persévérer dans la limitation stricte de l’usage de ces
#
antibiotiques.
REMERCIEMENTS
F. Van Bambeke est chargé de recherches
du Fonds national belge de la recherche scientifique.
Nous remercions pour ses commentaires
le Pr P.M.Tulkens.
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É F É R E N C E S
B I B L I O G R A P H I Q U E S
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F ormation M édicale C ontinue
M
C
?
I. Une souche d’entérocoque vancomycine-dépendante :
II. Une résistance
?
de haut niveau
à la teicoplanine :
III. Au laboratoire :
?
a.
b.
c.
d.
e.
est un mutant d’une souche vancomycine-résistante
peut rester sensible à la teicoplanine en présence de vancomycine
présente une mutation inactivant la ligase chromosomique
peut être isolée dans les fèces si le patient a reçu la vancomycine par voie orale
peut transférer le caractère dépendant à un autre entérocoque
a.
b.
c.
d.
est toujours associée à une résistance de haut niveau à la vancomycine
s’observe si les précurseurs terminés par D-Ala-D-Lac sont largement majoritaires
s’observe dans les souches de type VanB
s’observe dans les souches de type VanB chez des dérivés ayant subi deux mutations
successives dans la ligase chromosomique
e. s’observe chez des mutants constitutifs de souches de type VanB
a. les entérocoques vancomycine-dépendants peuvent être isolés par étalement direct d’un
milieu biologique infecté sur gélose au sang
b. il est approprié de déterminer la CMI vis-à-vis d’antibiotiques appartenant à d’autres classes
que les glycopeptides dans du bouillon supplémenté avec 1 mg/ml de D-Ala-D-Ala d’une
souche vancomycine-dépendante
c. les entérocoques vancomycine-dépendants peuvent réverter si on les cultive en l’absence
de vancomycine
d. il est justifié de rechercher un entérocoque vancomycine-dépendant chez tout patient
infecté par un entérocoque
e. la CMI de la teicoplanine vis-à-vis d’un entérocoque vancomycine-dépendant sera
inchangée si le bouillon est additionné de vancomycine ou de D-Ala-D-Ala
Voir réponses page 310
&
À découper ou à photocopier
Tarif 2000
Merci d’écrire nom et adresse en lettres majuscules
% Collectivité .................................................................................
à l’attention de ..............................................................................
% Particulier ou étudiant
Dr, M., Mme, Mlle ...........................................................................
Prénom ..........................................................................................
Pratique : % hospitalière
% libérale
FRANCE / DOM-TOM / Europe
ÉTRANGER (autre qu’Europe)
$ 580 F collectivités (88,42 €)
$ 700 F collectivités
(127 $)
(105 $)
$ 460 F particuliers
(70,12 €)
$ 580 F particuliers
$ 290 F étudiants
(44,21 €)
$ 410 F étudiants
(75 $)
joindre la photocopie de la carte
% autre..........................
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Adresse..........................................................................................
......................................................................................................
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(21,34 €, 26 $)
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