بتالاکتاماز
بتالاکتاماز آنزیم‌هایی هستند که توسط برخی باکتری‌ها تولید شده و باعث تخریب حلقه بتالاکتام موجود در آنتی‌بیوتیک‌های گروه بتالاکتام شامل پنی‌سیلین‌ها و سفالوسپورین‌ها می‌شوند. بتالاکتامازها حلقه β-lactam را هیدرولیز میکنند. براساس عملکرد بتالاکتامازها به چهار گروه تقسیم می‌شوند.
مکانیسم‌های مقاومت باکتریایی در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها، متفاوت بوده و یکی از مهم‌ترین آن‌ها تولید آنزیم‌های بتالاکتاماز توسط باکتری‌هاست که عامل مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام است. این آنزیم‌ها از طریق هیدرولیز هسته مرکزی آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام باعث از بین رفتن اثرات آن‌ها و غیر فعال شدن آن‌ها می‌شوند. متالوبتالاکتامازها، از جمله آنزیم‌های بتالاکتامازی هستند که توسط برخی باکتری‌های مقاوم ترشح شده و باعث مقاومت به اکثر آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام می‌شود. این آنزیم‌ها به‌طور وسیعی در میان باکتری‌ها توزیع شده‌اند و نقش اصلی را در مقاومت ذاتی و اکتسابی باکتری‌ها ایفا می‌کنند. متالوبتالاکتامازها طیف سوبسترایی وسیعی دارند و قادر به هیدرولیز تمام بتالاکتام‌ها به جز منوباکتام‌ها هستند. این آنزیم‌ها داخل اینتگرون قرار گرفته و می‌توانند در پلاسمید یا کروموزوم ادغام شوند، لذا قابلیت انتقال به سایر سویه‌های سودوموناس و باکتری‌های دیگر از جمله انترو باکتریاسه‌ها را دارند. اما به‌طور برجسته و شاخص ژن این آنزیم در سویه‌های"سودوموناس آئروژینوزا" به وفور مشاهده می‌شود. آنزیم‌های متالوبتالاکتاماز، اولین بار در سال 1991 در ژاپن از باکتری "سودوموناس آئروژینوزا" گزارش شد. پس از آن از نواحی مختلف دنیا شامل آسیا، اروپا، استرالیا، امریکای شمالی و جنوبی نیز گزارش شده‌است. در حال حاضر سویه‌های "سودوموناس آئروژینوزا" تولیدکننده متالوبتالاکتامازها از سراسر دنیا گزارش می‌شود. الگوهای متفاوتی برای طبقه‌بندی آنزیم‌های بتالاکتاماز وجود دارد. یکی از این روش‌ها که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد به وسیله Bush- Jacoby- Medeiros ابداع گردیده است که بر اساس نوع سوبستراها، ممانعت‌کنندگی و خصوصیات فیزیکی مانند وزن ملکولی و نقطه ایزوالکتریک بنا شده است. متالوبتالاکتامازها از جمله آنزیم‌های بتالاکتاماز هستند که در گروه 3 از طبقه‌بندی Bush و کلاس B از طبقه‌بندی Ambler قرار گرفته‌اند، و به کاتیون­های دو ظرفیتی (مانند فلز روی) به عنوان کوفاکتور برای فعالیت آنزیمی خود نیاز دارند. امروزه شاهد روز افزون مقاومت‌های باکتریایی و عفونت‌های ناشی از آن‌ها در جهان هستیم. این مسئله یکی از بحران‌های موجود در درمان عفونت‌های ناشی از این باکتری‌هاست. انتقال و انتشار سریع ارگانیسم‌هایی که قادر به تولید آنزیم‌های مذکورند، باعث بالا رفتن میزان عفونت‌های بیمارستانی مربوط در سراسر دنیا شده‌است. از جمله باکتری­هایی که در ایجاد عفونت­های بیمارستانی دخیل است، می­توان به "سودوموناس آئروژینوزا" اشاره کرد.
باکتری­ها موجودات هوشمند زنده‌ای هستند که وقتی در مقابل ناسازگاری محیطی قرار می‌گیرند، عکس‌العمل نشان می‌دهند. به بیان دیگر تغییرات ژنتیکی که در باکتری‌ها رخ می‌دهد، منجر به مقاوم شدن آن‌ها و ظهور اشکال مقاوم به آنتی‌بیوتیک­ها می‌شود. بیشتر باکتری‌ها به‌طور ذاتی حساسند وقتی باکتری در معرض آنتی­ بیوتیک قرار می‌گیرد، امکان بروز جهش در آن وجود دارد یعنی تغییر در اطلاعات ژنتیکی باکتری، توانایی مقاومت به آنتی‌بیوتیک­ را به باکتری می‌دهد. بتالاکتام‌ها داروهای مناسبی جهت درمان عفونت‌های باکتریایی هستند که در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مکانیسم اصلی مقاومت باسیل­های گرم منفی به عوامل ضد میکروبی بتالاکتام، تولید آنزیم­های بتالاکتاماز است. بتالاکتامازها پروتئین‌های گلوبولاری هستند که دارای 11 هلیکس آلفا و5 صفحه بتا می‌باشند و تاکنون ساختمان سه بعدی تعدادی از آن‌ها تعیین شده‌است. این آنزیم‌ها پیوند آمیدی حلقه بتالاکتام را شکسته و آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام را برای باکتری بی اثر می‌کنند، در نتیجه درمان آنتی‌بیوتیکی را با شکست مواجه می‌کنند .
مکانیسم‌های مقاومت باکتریایی در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها، متفاوت بوده و یکی از مهم‌ترین آن‌ها تولید آنزیم‌های بتالاکتاماز توسط باکتری‌هاست که عامل مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام است. این آنزیم‌ها از طریق هیدرولیز هسته مرکزی آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام باعث از بین رفتن اثرات آن‌ها و غیر فعال شدن آن‌ها می‌شوند.
با پیدایش آنزیم‌های بتالاکتاماز در میان باکتری‌ها پدیده مقاومت در بسیاری ازآنها، بخصوص باکتری‌های ایجادکننده عفونت‌های بیمارستانی در حال افزایش است. در نتیجه درمان عفونت‌های ناشی از آن‌ها را با مشکلات جدی روبرو ساخته است. بتالاکتامازها به دو صورت مولکولی (Ambler) و عملکردی (Bush- Jacoby- Medeiros) طبقه‌بندی می‌شوند. طبقه‌بندی مولکولی توسط Ambler در سال 1980، هنگامی که فقط سکانس چهار اسید آمینه از بتالاکتامازها شناسایی شده بود، صورت گرفت. بتالاکتامازها براساس ساختاراولیه به چهار کلاس مولکولی A تا D تقسیم می‌شوند.
کلاس A: باعث هیدرولیز پنی سیلین‌ها و سفالوسپورین‌ها می‌شود.
کلاس B: متالوبتالاکتامازهای وابسته به روی (zn) می‌باشد که قادر به هیدرولیز کارباپنم‌ها بوده و در باکتری‌هایی مانند "سراشیامارسسنس" و "سودوموناس آئروژینوزا" گزارش شده‌اند. کلاس B بر اساس تفاوت آمینواسیدی که در جایگاه فعال این آنزیم‌ها وجود دارد به 3 زیر کلاس B، B،B تقسیم می‌شود.
کلاسC : که از آن‌ها می‌توان به Ampc بتالاکتامازها اشاره نمود که توانایی هیدرولیز سفالوسپورین‌ها و سفومایسین­ها را دارند .
کلاس D : بتالاکتامازهایی با قدرت هیدرولیز فراوان مثل اوکساسی لیناز علیه کلوکسازینها و اکساسیلین‌ها هستند.
در طبقه‌بندی Bush، که در سال 1995 ارائه شد بتالاکتامازها براساس پروفایل سوبسترایی و پروفایل مهارکنندگی به سه گروه و چندین زیر گروه تقسیم می‌شوند:
گروه1: سفالوسپورینازهایی هستند که توسط مهارکننده‌های بتالاکتامازی مانند کلاولانیک اسید مهار نمی‌شوند.
گروه2: پنی سیلینازها یا سفالوسپورینازها یا هر دو را شامل می‌شود. توسط مهارکننده‌های بتالاکتامازی مهار می‌شوند. بر اساس سوبسترای خود به 8 زیر گروه2 f ،2e ،2d،2c، 2br 2be، 2b ،2a تقسیم می­شوند.
گروه3: شامل متالوبتالاکتامازهایی هستند که در سایت فعال آن‌ها فلز روی وجود دارد که برای تخریب حلقه بتالاکتام مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آنزیم‌ها طیف سوبسترائی وسیعی دارند و قادر به هیدرولیز تمام بتالاکتام‌ها به جز منوباکتام (آزترئونام) هستند. این آنزیم‌ها داخل اینتگرون قرار گرفته و می‌توانند در پلاسمیدها یا کروموزوم ادغام شوند. لذا قابلیت انتقال به سایر سویه‌های سودوموناس و باکتری‌های دیگر از جمله انتروباکتریاسه‌ها را دارند. متالوبتالاکتامازها توسط مهارکننده‌های بتالاکتامازی مهار نمی‌شوند. بلکه توسط شلاته کننده­های فلزی از قبیل اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA) و گروه تیول مهار می‌شوند .
یکی از مهم‌ترین دستاوردهای علم پزشکی، کشف و معرفی آنتی­بیوتیک­های بتالاکتام بود که در اواخر جنگ جهانی دوم صورت گرفت. ظهور مقاومت در میان باکتری‌ها نسبت به داروها، به ویژه آنتی‌بیوتیک‌های خانواده بتالاکتام به زمان استفاده بی‌رویه پنی‌سیلین در جنگ جهانی دوم برمی‌گردد. در آن دوران، پنی‌سیلین به عنوان داروی اعجاز قرن معرفی شد اما در اثر مصرف بیش از حد این دارو گزارش‌هایی مبنی بر مقاومت افراد نسبت به این دارو در نقاط مختلف جهان گزارش شده‌است. یکی از مهم‌ترین مکانیسم‌هایی که، باکتری‌ها علیه آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام به کار می‌برند تولید آنزیم‌های بتالاکتاماز است. از آنزیم‌های بتالاکتاماز، می‌توان به متالوبتالاکتامازها اشاره کرد که توسط برخی باکتری‌های مقاوم ترشح شده و باعث مقاومت به اکثر آنتی‌بیوتیک‌های بتالاکتام می‌شود. متالوبتالاکتامازها طیف سوبسترایی وسیعی دارند و قادر به هیدرولیز تمام بتالاکتام‌ها به جز منوباکتام‌ها هستند. ژن این آنزیم‌ها داخل اینتگرون قرار گرفته و می‌توانند در پلاسمید یا کروموزوم ادغام شوند، لذا قابلیت انتقال به سایر سویه‌های سودوموناس و باکتری‌های دیگر از جمله خانواده انترو باکتریاسه‌ها را دارند. اما به‌طور برجسته و شاخص ژن این آنزیم در سویه‌های "سودوموناس آئروژینوزا" به وفور مشاهده می‌شود . آنزیم‌های متالوبتالاکتاماز، اولین بار سال 1991 در ژاپن از باکتری "سودوموناس آئروژینوزا" گزارش شد. پس از آن از نواحی مختلف دنیا شامل آسیا، اروپا، استرالیا، امریکای شمالی و جنوبی نیز گزارش شده‌است. در حال حاضر سویه‌های "سودوموناس آئروژینوزا" مولد متالوبتالاکتامازها از سراسر دنیا گزارش می‌شود .
در سال 1980 آموکسی سیلین-کلاولانات معرفی شد این دارو، حاوی یک بتالاکتام (آمپی سیلین) و مهارکننده بتالاکتامازی (کلاولانیک اسید) است. و در درمان عفونت‌های ناشی از باکتری‌های مقاوم به ESBL مورد استفاده قرار می گیرد. . مهار کننده‌هایی از این قبیل و یا مهار کننده‌هایی مثل سولباکتام و تازوباکتام که برای مهار ESBLها بکار می‌رود، در مورد MBLها کاربردی ندارد. بلکه این آنزیم‌ها توسط شلاته کننده­های فلزی از قبیل اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA)، سدیم مرکاپتو استیک اسید، ۲ مرکاپتو پروپیونیک اسید و گروه تیول مهار می‌شوند .
روش‌های موجود برای تشخیص متالوبتالاکتامازها شامل روش‌های فنوتیپی و روش‌های ژنوتیپی می‌باشد :
متأسفانه روش‌های فنوتیپی استانداری برای تشخیص متالوبتالاکتامازها وجود ندارد. تست­های معتبر برای تشخیص احتمالاً وابسته به ژن‌هایی است که توسط سودوموناس یا تعدادی از اعضای خانواده انتروباکتریاسه‌ها حمل می‌شود و میزان مقاومت را نشان می‌دهد . از روش‌های فنوتیپی که برای تشخیص MBLها به کار می‌رود،می‌توان به روش دیسک دیفیوژن آگار،MIC،Hodge test،
DDST Method،Combined Disk و E- test اشاره کرد.
لیکن پر کاربردترین روش‌های فنوتیپی مورد استفاده، اجرای غربالگری پلیت به روش دیسک دیفیوژن و MIC،همچنین تست­های تاییدی مانند دیسک ترکیبی و E- test است.
تعیین حداقل غلظت بازدارندگی رشد باکتری (MIC):
حداقل غلظتی از دارو که سبب ممانعت از رشد باکتری در محیط شده و به عنوان حداقل غلظت ممانعت‌کنندگی از رشد نامیده می‌شود. تست براث دایلوشن باید در محیط مولر هینتون براث پس از تلقیح سوسپانسیون میکروبی استاندارد و آنتی‌بیوتیک مورد نظر صورت گیرد. پس از 16 الی 18 ساعت انکوباسیون، درصورتی ایزوله­های سودوموناس مولد MBL در نظر گرفته می‌شود که میزان MIC برای سیپروفلوکسازین و سفپیم g/mlμ4