広域β-lactamaseのスクリーニング法と確認試験
Ampicillin ペニシリン系 COOH CH3 S N O C N H O H CH3 H C H2N COOH CH2S S N O C N H CH2 O N N S CH3 N N N N Cefazolin セフェム系 COOH SCH2CH2NHCH N O OH C H H3C NH Imipenem カルバペネム系 β-lactam環
βラクタム系
COOH SCH2CH2NHCH N O OH C H H3C NH Imipenem SO3 -CH3 C N O N H C N O S N H2N COOH C H3C CH3 O Aztreonam Faropenem COOH N O OH C H H3C S O モノバクタム系 アズトレオナム カルモナム カルバペネム系 イミペネム パニペネム メロペネム ビアペネム ペネム系 ファロペネム
COOH CH2OCCH3 S N O C N H C N OCH3 O S N H2N O Cefotaxime Cefmetazole OCH3 COOH CH2S S N O C N H CH2 O N N N N N CH3 CCH2S セファロスポリン系 セファマイシン系
Cephem系薬剤
各種β-lactamase特にClassA β-lactamase（特にCxase typeⅠ）に安定で あるため、Bacteroides fragilis, Proteus vulgaris, Klebsiella oxytoca,
Citrobacter koseriおよびESBL産生菌にCephalosporinと比較して強い活性
セファロスポリン（注射用） 第一世代： cefazolin
第二世代： cefotiam, cefuroxime, cefamandole
第三世代： cefotaxime, ceftriaxone, cefodizime, ceftizoxime, cefmenoxime ceftazidime
cefoperazone, cefpimizole, cefpiramide
第四世代： cefpirome, cefepime, cefozopran その他： cefsulodin
セファロスポリン（経口）
第一世代： cephalexin, cefaclor
第二世代： cefotiam*, cefuroxime*
第三世代： cefixime, cefteram*, cefpodoxime* cefdinir, cefditoren*, cefcapene
セファマイシン（注射）
第二世代： cefmetazole, cefoxitin, flomoxef**
第三世代：cefotetan, cefbuperazone, cefminox, latamoxef**
セフェム系の分類
*: prodrug
0 20 40 60 80 100 PM KP KO CK EC CF EA EL SM
Metallo-β-lactamase産生株およびESBL産生
株を除いた株に対する各種薬剤の感受性率
Class A Class C non 染色体上のβ-lactamase ■:ampicillin, ■：cefazolin, ■：cefotiam,
■：ceftriaxon, ■：ceftazidime,■：cefprome 感受性率 (%) P. mirabilis K. pneumoniae K. oxytoca C. koseri E. coli C. freundii E. aerogenes E. cloacae S. marcescens
Clavulanic acid: Class A特異的、AmpC誘導能高い
Sulbactam： 主にClass Aを阻害。弱いながらClass Cも阻害する。
AmpC誘導能なし
Tazobactam： 主にClass Aを阻害。Morganella morganii由来、 Citrobacter freundii由来AmpC β-lactamaseも阻害する。
AmpC誘導能なし
2-mercaptopropionic acid：ClassBβ-lactamaseを阻害する。
O COOH
CHCH2OH
O N
Clavulanic acid Sulbactam
β-lactamase阻害剤
COOH CH3 S N O CH2 O O N N N Tazobactam COOH CH3 S N O CH3 O O CH3CHCOOH SH 2-mercaptopropionic acidOH Ser N O N O O Ser H S S N O OH Ser H S HOH O -PBPとβ-lactam or β-lactamaseとβ-lactamase inhibitor E + S → ES → E-Acyl → E + P β-lactamaseとβ-lactam E + S → ES → E-Acyl → E + P ← ←
×
H2OInteraction of β-lactam
E S S:β-lactam or inhibitor E:PBP or β-lactamaseMitsuhashi 1981 CSase PCaseⅠ PCase Ⅱ PCase Ⅲ PCase Ⅳ PCase Ⅴ PCase (K. pneumoniae) CXase Ⅰ CXase Ⅱ － － Richmond 1973 Ⅰa, Ⅰb, Ⅰd Ⅲ Ⅴa Ⅴb Ⅱ, Ⅴ － Ⅳ Ⅳ Ⅰc － － － Bush et al. 1995 1 2b 2d 2d 2c 2a 2a 2be 2e 3 2f 2br Ambler 1980 C A D D A A A A A B A A β-lactamase
AmpC, FOX-1, MOX-1
TEM-1, TEM-2, SHV-1 PSE-2（OXA-10) OXA-1 PSE-1, 3, 4 Staphylococcal enzyme LEN-1 K-1 P. vulgaris L-1, IMP-1, CcrA NMC-A, Sme-1 TEM-30～36, TRC-1
β-lactamaseの分類
Class A Class C Class D ClassB Serine β-lactamase Metallo-β-lactamase β-lactamase
分子構造に基づいた β-lactamaseの分類
（Amblerの分類）
Class B1 Class B2 Class B3 (Class E) unnamed No sequence homology No structural homologyHydrolyze β-lactam bond
4
腸内細菌科の菌種におけるβ-lactamase
染色体遺伝子AmpC β-lactamase （Class Cβ-lactamase）
penicillin, cephalosporin, cephamycin, monobactamを分解する 抗菌薬の種類により安定性は異なる
SHV-1, LEN-1 （Class Aβ-lactamase）
Klebsiella pneumoniaeが保有。主にpenicillinを分解する。産生量が多い 場合は第一世代cephalosporinも分解する。
広域スペクトルClass Aβ-lactamase
Citrobacter koseri, Klebsiella oxytoca, Proteus vulgarisなどが保有。 penicillin, cephalosporin, monobactamを分解する
外来遺伝子
TEM-1, TEM-2, SHV-1など 主にpenicillinを分解する。
ESBL（基質特異性拡張型β-lactamase） penicillin, cephalosporin,
monobactamを分解する
Class Bβ-lactamase（Metallo-β-lactamase） monobactam以外を分解 Class Cβ-lactamase（由来は異菌種の染色体上のAmpC）
FOX-1 FOX-2 FOX-3 MOX-1 MOX-2 CMY-1 CMY-8～11 AmpC P. aeruginosa AmpC M. morganii DHA-1 DHA-2 MIR-1 ACT-1 AmpC E. cloacae ACC-1 AmpC E. coli AmpC C. freundii CMY-2～-7 CMY-12 LAT-1 LAT-3 CFE-1 a a a a AmpC S. marcescens a a
AmpCβ-lactamaseのdendrogram
T. Muratani ampR ampC AmpR AmpC Murain monomer ampR ampC AmpR 転写促進 AmpG BL BL BL PBP PBP PBP 転写抑制
誘導型AmpCβ-lactamase
Cell wallAmpR: DNA binding protein
ampCのpromotor領域に結合し、ampCの転写を抑制する。 AmpD: N-acetyl muramyl-L-alanine amidase
murain monomerを分解し、peptideglycanの合成に再利用する。 変異するとβ-lactamase増加
AmpG: 膜貫通タンパク質、murain monomerを細胞質内へ取り込む。
欠損株では、β-lactamaseが産生されない。
AmpE: 膜タンパク質、β-lactamとは結合しない。
AmpDの合成に関与している？
AmpC: β-lactamase
Plasmid性Class Bβ-lactamase
(metallo-β-lactamase)
IMP type
IMP-1 type: IMP-1, -3, -6
IMP-2 type: IMP-2, -8, -11, -16 IMP-5 type: IMP-5, -7
IMP-4, IMP-10 VIM type
VIM-1 type: VIM-1, -4, -5 VIM-2 type: VIM-2, -3, -6 SPM type
ペニシリン 第三世代 セファロスポリン Penicillinaseから ESBLへの
mutation
Class A Class A ESBL ESBL ESBL セファマイシン カルバペネムESBLの出現 (TEM, SHV, OXA type)
カルバペネムやセファマイシンを分解するものも存在するが、稀である
OXA型(ClassD)ESBLの出現 CTX-M type(ClassA)の増加
ESBLへのアミノ酸変異
SHV-1 SHV-2 SHV-5 SHV-12 SHV-32 35 L L L Q L 238 G S S S G 240 E E K K E Amino acid at position126 A A A A V 156 G G G G D TEM-1 TEM-2 TEM-3 TEM-26 TEM-52 39 Q K K Q Q 104 E E K K K 164 R R R S R 182 M M M M T 238 G G S G S 6 SHV-59 OXA-35 TEM-138
CTX-M-3 -1, 10, 11, 12, 15, 22, 23, 28, 29, 30, 33 CTX-M-8 -25, 26 CTX-M-9 -13, 14, 16, 17, 18, 19, 21, 24, 27 Toho-2 CTX-M-2 -4, 5, 6, 7, 20, 31, Toho-1
CTX-M type β-lactamaseの系統樹
KLUA1, A2, A5 Kluyvera ascorbata KLUG Kluyvera georgiana KLUC1 Kluyvera cryocrescens OXY1 -3, 4 Klebsiella oxytoca Chromosomal Plasmid mediated CTX-M-52 ペニシリン、セファロスポリン、モノバクタムを分解可能ペニシリンおよび第一世代セファロスポリンのみならず、第二世代以降の セファロスポリンおよびモノバクタムを分解可能な外来性のClass Aおよび
Class D β-lactamaseのことをESBLと呼んでいる。 TEM, SHV, OXA, CTX-M, etc
一般の細菌検査室では遺伝子型までルチンで見ることは出来ない為、
Phenotype (感受性によるスクリーニングとCVAによる確認試験）でESBL
かどうかを決定できるこの定義は合理的である。
つまり、CLAの添加により、セファロスポリンの抗菌力が明らかに回復すれ ば、ESBL産生株と決定できる。
Klebsiella oxytoca, Proteus vulgaris, Bacteroides fragilis,
Stenotrophomonas maltophiliaなどが染色体上に有する広域スペクトル
Class A β-lactamaseは、ESBLとは区別される。
ESBLとは区別される広域スペクトルClass A
β-lactamase産生株
B. fragilis Rbf847 P. vulgaris Rpv1901 A B C D K. oxytoca Rko2250 A B C D A: CTX/CVA B: CTX C: CAZ/CVA D: CAZ E: CPDX/CVA F: CPDX A B C D E F 」」」」」 薬剤感受性パターンとCVAの併用試験のみからはESBL
産生株かどうかは断定できない。PCRなどの遺伝子検査が 必要である。基質特異性拡張型β-lactamase （ESBL）の種類
ESBLのtype TEM type SHV type OXA type CTX-M type CTX-M-2 type CTX-M-3 type UOE-2 type CTX-M-8 type その他 TEM-3,4,5,6 ～ 135 （ただしすべてがESBLではない。 TEM-30 ～ 45など） SHV-11, 12, SHV-2 ～ 46 OXA-2～31 CTX-M-1 ～ 37およびその他 CTX-M-2, 4, 5, 6, 7, 20, 31 およびToho-1 CTEX-M-1,3,10,11,12,22,23,28,29,30,33および UOE-1 (CTX-M-15と同一) CTX-M-9,13,16,17,19,21,24,27およびUOE-2 (CTX-M-14, 18と同一), Toho-2 CTX-M-8,25,26プラスミド性の基質域の広いClassA β-lactamase IMI-1,
0
2
4
6
8
10
UOE-1
UOE-2
CTX-M-2
CTX-M-3
■: CPDX, ■: CTX, ■: CAZ, ■: AZTM, ■: CPR, ■: CMZCTX-M typeの薬剤感受性パターン
CAZ＜CTX >256 128 32 8 2 0.5 MIC ( μ g/ml)0
2
4
6
8
10
TEM-6
TEM-U3
TEM-26
SHV-12
■: CPDX, ■: CTX, ■: CAZ, ■: AZTM, ■: CPR, ■: CMZ
TEM, SHV typeの薬剤感受性パターン
CAZ＞CTX >256 128 32 8 2 0.5 MIC ( μ g/ml)0 100 200 300 400 500 1997 1999 2001 2003 2005
ESBL産生 E. coliの北部九州・山口地区
における年次推移
■:UOE-2 (CTX-M-14), ■:CTX-M-2, ■:CTX-M-3, ■:CTX-M-12■:UOE-1 (CTX-M-15), ■:TEM, ■:SHV, ■:not identified
No. of isolates
2004 2002
2001 1998
0 10 20 30 40
EC EL KO ENT CK KZ CIT others KP CF SM EA PM MM PRO EC:E. coli KP:K. pneumoniae EL:E. cloacae CF:C. freundii KO:K. oxytoca SM:S. marcescens ENT:Enterobacter spp. EA:E. aerogenes CK:C. koseri PM:P. mirabilis KZ:K. ozaenae MM:M. morganii CIT:Citrobacter spp. PRO:Providencia spp. others 便 962, 尿 308, 呼吸器 245, 膿 114, 血液 34 生殖器 29, 胆汁 15, 腹水 15, 耳漏 9, その他 14
臨床材料からの腸内細菌科の分離頻度
(n=1745)
Isolation frequency (%) 産業医科大学病院2005年0 10 20 30 EL KO ENT CK KZ CIT CF SM EA PM MM others
検査材料別腸内細菌科の分離頻度 (n=1745)
E. coli, K. pneumoniae以外
EL:E. cloacae CF:C. freundii KO:K. oxytoca SM:S. marcescens ENT:Enterobacter spp. EA:E. aerogenes CK:C. koseri PM:P. mirabilis KZ:K. ozaenae MM:M. morganii CIT:Citrobacter spp. Isolation frequency (%) ■：呼吸器, ■：尿, ■:便, ■：膿北九州 佐賀県 熊本県 大分県 山口県 周防灘 筑豊 福岡 筑後 日本海
ESBL産生株の分離状況
ひびき臨床微生物研究会共同研究 会員数 23施設（ 5検査センターを含む） 54名 北部九州・山口地区の細菌検査室との共同研究0 50 100 150 200 250 2000 2001 2002 2003 2004 2005 0 20 40 60 80 100 120 140 2000 2001 2002 2003 2004 2005 No. of isolates
ESBL産生P. mirabilisの年次別分離株数
(year) (year) ■:北九州, ■:山口, ■:その他 ■:CTX-M-2, ■:CTX-M-3 ■:UOE-2 参加施設の増減があるため、単純には比較できないが、ESBL産生P. mirabilisは増加している。0 10 20 30 40 50 60 KW S IT K 8657 O A H N SM I 2017 8029 K 8417 8049 N YS 7124 M T 240 ↑ ↑ ↑ ↑ 患者数 （人）
ESBL産生株の施設別分離人数
2004年(1-5月)に4名以上分離された施設
60施設から372人（菌種が異なればカウントした） 4人以上分離されたのは22施設 ■：K. pneumoniae ■：P. mirabilis ■：C. koseri ■：E. coli0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 EC KP EL CF KO SM EA CK PM 420 EC:E. coli KP:K. pneumoniae EL:E. cloacae CF:C. freundii KO:K. oxytoca SM:S. marcescens EA:E. aerogenes CK:C. koseri PM:P. mirabilis ■：ESBL産生株, ■：IMP-1産生株 No. of isolates
北部九州・山口地区におけるESBL産生株の分離数
ひびき臨床微生物研究会共同研究 2005Double disc test and E-test
Amoxicillin /clavulanate cefpirome
Cefepime
A: Cefotaxime, B: Cefotaxime + clavulanate C: Ceftazidime, D: Ceftazidime + clavulanate
Cefepime +clavulanate A B C D UOE-2 producer A B C D SHV-12 producer 21 第4世代セファロスポリンであるCFPMと CVAを用いたE-testが市販されている。 誘導型Class Cβ-lactamase産生株に対し ては、有用と考えられる。
ドライプレート’栄研’DPD1（DPD, 長瀬産業）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
ABPC FMOX S/C
Ａ 32 16 8 2 1 0.5 32 16 8 32/32 16/16
I S
PIPC AZT MINO
B 64 32 16 8 4 2 16 8 4 8 4 >R S S S S S S I S S I S CTX FOM MEPM C 32 16 8 4 2 1 128 64 32 16 8 I I S S S S I S S R I CTX/CVA AMK GM D 4/4 2/4 1/4 0.5/4 0.25/4 0.12/4 32 16 8 8 4 I S S >R I S CAZ LVFX CPFX E 32 16 8 4 2 1 8 4 2 4 2 R I S S S S R I S R I
CAZ/CVA CAZ CAZ ※
F 4/4 2/4 1/4 0.5/4 0.25/4 0.12/4 64 16 8 4 2 R CPDX IPM IPM ※ G 32 16 8 4 2 1 32 8 4 2 1 R CPDX/CVA IPM H 4/4 2/4 1/4 0.5/4 0.25/4 0.12/4 16 8 4 2 1 R I S S S
Microdilution method
CTX-M-15 producer ceftazidime 64 cefotaxime >128 with CVA <0.12 0.5 1 2 4 8 16 32 64 128 μg/ml alone 0.5 1 2 4 8 16 32 0.25 0.12 μg/ml with CVA 4μg/ml with CVA <0.12 22 第4世代セファロスポリンとCVAの併用パネルを考慮すべき CTXは不要？ESBL確認試験
Rec 3557 CSase PCase ControlP/Cアーゼテスト（日水製薬）
ESBL産生株はセフェム系薬に耐性を示すが、CVAが添加さ れているセファロスポリナーゼの部分は変化させない。 Class C同時産生株では、判定できない。 － ＋ － ESBL産生E. coli Rel 4350 CSase PCase Control － ＋ ＋ ESBL産生E. cloacaeCica βtestⅠ/MBL/CVA
Metallo ESBL suspected
HMRZ-86 HMRZ-86 with 2-mercaptopropinic acid
negative Metallo suspected ESBL HMRZ-86 with clavulanate 誘導型Class Cβ-lactamaseの有無に影響されない。 一部のClass Cβ-lactamaseでは擬陽性を示す。
Smear bacteria directly
CAZ CPDX CTX CPR CAZ+CVA CTX+CVA CPDX +CVA
各種ESBL産生株に対するCVA配合ディスクの効果
CAZ CPDX CTX CPR CAZ+CVA CTX+CVA CPDX+CVA
CPR CTX
CTX+CVA
CPDX CPDX+CVA
CPR
CAZ
CAZ+CVA
CPDX CPDX+CVA
