Classification - LA RESISTANCE BACTERIENNE AUX BETA-LACTAMINES

3. LA RESISTANCE BACTERIENNE AUX BETA-LACTAMINES

4.5. Classification

La classification des B-lactamases a été rendue

nécessaire lorsqu'on s'est aperçu de la diversité des protéines appartenant à cette famille d'enzymes. Matthew et Harris (224)

ont reconnu que les B- lactamases sont spécifiques de genres, d'espèces et de sous-espèces bactériennes. A ce niveau, une

distinction précise ne peut être obtenue qu'en comparant le plus de paramètres biochimiques et biologiques possibles (85),

et impliquerait des subdivisions basées sur la taxonomie bacté rienne. Les classifications actuelles tendent au contraire à

regrouper des enzymes possédant un certain nombre de critères

communs. Les principales propriétés utilisées pour classifier

et différencier les B-lactamases comprennent le profil de sub

strat (l'activité relative envers les

B-

1actamines), 1'interac tion avec des inhibiteurs, la nature du gène codant pour la G- lactamase (chromosomique, plasmidique, transposon), le point

isoélectrique, le poids moléculaire, la parenté immunologique,

la séquence en acide aminés et la nature du site actif.

Historiquement, on a considéré séparément les

B -

lactamases des bactéries gram-positives et gram-négatives.

Cette distinction s'explique en partie par la moindre diversité

des B-lactamases du premier groupe par rapport au second. Le

tableau 1 illustre les B-lactamases des bactéries à Gram posi

tif. Les B-lactamases de Staphylococcus aureus sont identiques

bien que l'on distingue quatre types sérologiquement diffé

BETA-LACTAMASE

ORIGINE

SYNTHESE

PROFIL DE SUBSTRAT Km Pour

Pi P.M. REMARQUES

GENETIQUE

PENI AMPI METH COIN PENI (M)

RCF.

Bacillus cereus type I C I 100 194 4 1 6 x 10'5 -9.5 28,000 372

Bacillus cereus type II C I 100 47 120 18 3.3 x 10""3 -8.7 22,500 requiert du zinc 372 Bacillus cereus type III C - 100 71 66 12 1.8x 10"4 -6.8 31,500 2 formes : lipoprotéine mem

branaire et exopénici 11inase

83, 251

Bacillus licheni formis

749/C

C I 100 68 0.5 36 4.9 x 10"5 5.0 29,500 156, 283

373 Bacillus licheni formis

6346/C

C I 100 12 1 165 9.5 x 10"6 28,000 283, 373

Staphylococcus aureus type A P I 100 185 1.5 10 5 x 10"6 8.9 29,600 294, 295

Staphylococcus aureus type B P I 100 - 1.5 - 12 x 10"6 8.9 29,600 294, 295

Staphylococcus aureus type C P I 100 - 0.6 - 7.5 x 10"6 8.9 29,600 294, 295

Staphylococcus aureus type D P NI 100 - - - - 8.9 29,600 309

Clostridium Clostridii forme C ? ~I 100 88 - 2 - - ~21,000 inhibée par le pCMB 94, 402

Clostridium ramosum C + P ? I 100 255 - 100 - - inhibée par le pCMB; pi :

a) 7.0 - 8.0, b) 5.7

94, 402

Clostridium butyri cum C ? ~I 100 150 21 4 - -4.1 214

- 91 40 20 - -82,500 inhibée par le pCMB 145

Streptococcus faecalis P - - - 240

LEGENDE: C = chromosomique PENI = pénicilline Pi = point isoélectrique P = plasmidique AMPI = ampicilline P.H. = poids moléculaire I = inductible METH = méthici 11 ine REF. = références -I = légèrement inductible COIN = céphaloridine

NI = non inductible

Tableau 1.

Les B-lactamases des bactéries à Gram positif

(actinomycètes exceptés ).

32

lactamases de Clostridium et 5 treptococcus sont vagues et in

complètes. Les 3-lactamases de Baci1 lus ont peu ou pas d'impor

tance clinique. Les 3 - lactamases des actinomycètes sont dé

crites au tableau 2. La classification des 3-lactamases de 5 treptomyces est tirée de la revue d'Ogawara (2 67).

La classification des 3-lactamases des bactéries

gram-négatives comporte une grande variété d'enzymes avec des

spectres d'activité très variables. D'ailleurs, l'importance

médicale et la fréquence élevée des infections causées par ces bactéries justifient le nombre important de travaux qui leur

ont été consacrés. Les premières tentatives de classification (14, 157, 327) reposaient surtout sur le profil de substrat.

La classification de Richmond et Sykes publiée en 1973 (301)

constitue, encore aujourd'hui, la classification de référence des 3-lactamases des espèces bactériennes à Gram négatif (59,

364). On y retrouve 15 types enzymatiques répartis en 5 classes

basées sur le profil d'activité et la nature des inhibiteurs. La classification de Sykes et Matthew (367) est une version

simplifiée de la précédente fondée sur les caractéristiques génétiques et l'affinité des 3-lactamases envers les deux prin

cipales familles de 3-lactamines. D'autres revues ont par la suite proposé des mises à jour des connaissances comme celles de Sykes et Smith (369), de Mitsuhashi e_t a_l. (23 3), de Matthew

(223), et plus récemment de Medeiros (225). Cette dernière est

particulièrement utile puisqu'elle fait le point des connais sances actuelles sur les 3-lactamases extrachromosomiques.

L'auteur y évalue plusieurs 3-lactamases de plasmides et de

transposons récemment décrites. Le tableau 3 résume les prin

cipales caractéristiques des 3-lactamases des bactéries gram-

négatives. Il a été établi à partir des revues précédentes (225, 301, 367, 369) et complété avec des travaux récents (31,

85,

102,

108, 118, 146, 207 . 208, 217 , 226 , 231,

256.

318, 319, 338. 350).

Une nouvelle classification a été proposée en 1980. Basée sur la taille, le profil de substrat, mais surtout l'ho-

BETA-LACTAMASE

PROFIL DE SUBSTRAT P°ur

Pi P.M. REMARQUES REF.

PENI AMP1 CARB CL0X METH COIN CFIN CZ0L PENI (pM)

Streptomyces sp. Y-74 100 31 20 0 14 3 2 2 8.6 m 22,000 classe 1 267

S. cellulosae S-127 100 43 28 3 4 1 1 0 8.2 8.7 m 25,000 h S. rimosus Y-114 100 53 15 1 9 2 0 3 - 8.8 m 25,000 » Streptomyces E 750-3 100 28 13 5 0 2 - - 1.9 8.3 m 20,000 " S. thioluteus Y-29 100 49 25 19 13 0 0 2 0.37 7.4, 8.1 m - M S. phaechromoqenes 100 21 26 2 6 6 4 0 - 6.4 m 32,000 classe 2 S. 1avendulae S-55 100 27 3 0 2 0 0 0 5.5, 7.0 25,000 S. fradiae Y-59 100 51 14 3 3 0 0 0 - 5.5, 7.0 22,000 M S. qouqeroti S-136 100 43 26 1 3 5 8 19 - 5.7 m 24,000 classe 3 S. di astati eus S-128 100 33 27 10 11 5 6 24 3.1 6.2 24,000 il

S. coeli col or S-6 100 119 7 0 0 2 0 24 4.3 5.1 25,000 classe 4

S. cacaoi S-352 100 23 54 33 100 4 0 2 0.62 5.1 32,000 classe 5

Actinomadura R-39 100 525 40 30 28 _- 56 - 0.065 5.0 15,200 100

Rothia dentocariosa 100 73 41 - - - céphalosporinase plasmidique 232

Mycobacterium phlei 100 - - - >1 285 47 - _{intrace1lulaire} ₁₇₆

M. fortuitum 100 - - - >1 156 116 - 570 - - il

M. kansasii 100 - - - 32 65 16 - - - - „

M. smeqmatis 100 92 42 - - 128 46 250 71 - 29,000 synthèse constitutive 173

M. tuberculosi s 100 - - " >1 187 67 - 2500 - - 176

LEGENDE: PENI = pénici 11ine G CARB = carbénicilli ne pi = point isoélectrique AMPI = ampicilline COIN = céphaloridine P.M. - poids moléculaire CLOX = cloxacilline CFIN = céphalothine REF. = références METH = méthici 11ine CZOL = céfazoline m = bande majeure

NATURE DU GENE PROFIL D'ACTIVITE SYNTHESE

INHIBITION

Ri P.M. DISTRIBUTION

CLASSIFICATION DE RICHMOND & SYKES pCMB CLOX

Céphalosporinase I ou C R S 3.9 a 9.9 20,000 a 44,000

Cette classe regroupe la grande majorité des bêta-lactamases chromosomiques que l'on retrouve chez la plupart des espè ces gram-négatives étudiées (1).

Chromosomique Pënici 11inase I ou C R S ou R 6.8 â 8.4 15,000 a 118,000

Proteus; Pseudomonas thomasii et Pseudo- monas mal tophi lia LI ; Legionella; Aero- monas hydrophi lia et Aeromonas lique- faciens.

Spectre large C S ou R S ou R 4.8 à 7.5 17,000 a 26,000

Klebsiella sp.; Bacteroides fragilis; Branhamella catarrhal is.

Pénici11inase C S ou R S 5.4 à 8.1 17,000 a TEM-1; TEM-2; SHV-1 ; HMS-1; ROB-1 ; III (spectre large) 44,000 LCR-1 ; BRO-1 ; TLE-1 ; "TEM-1ike".

Plasmidique ou

Oxaci11inase C S ou R R 7.1 â 7.8 23,000 a 44,600

OXA-1; OXA-2; OXA-3; OXA-4; OXA-5; OXA-6; OXA-7; "OXA-1ike".

Transférable

Carbénicillinase C S ou R R 5.7 à 6.9 12,000 à PSE-1; PSE-2 ; PSE-3; PSE-4; AER-1. V 32,000

Céphalosporinase C R R 8.1 36,200 CEP-2 ?

LEGENDE: I = inductible R = résistant pCMB = p-chloromercuri benzoate C = constitutive S = sensible CLOX = cloxaci11ine

Tableau 3. Les B-lactamases des bactéries à Gram négatif.

35

mologie des séquences d'acides aminés, les travaux d'Ambler (8_) puis de Oaurin et ses collègues (3_0, 160) ont permis de regrou

per les B-lactamases en trois classes moléculaires. Elle fut

précisée davantage à la lumière du mécanisme d'action de la protéine enzymatique (185). Cette classification, illustrée au

tableau 4 ne fait pas de distinction entre les B-lactamases des

micro-organismes à Gram positif et à Gram négatif.

La classe A comprend des enzymes qui partagent beau

coup d'homologie entre elles. Les B-lactamases chromosomiques d e Bacillus licheni formis 749/C et de Bacillus cereus type I

ont 60% d'homologie et possèdent une certaine parenté immunolo gique (5_); les deux ont environ 40% d'homologie et aucune

parenté immunologique avec la B-lactamase plasmidique de Sta phylococcus aureus PCI (368). La B~lactamase plasmidique TEM-1

des espèces à Gram négatif possède une homologie de 30 à 35% avec les enzymes précédentes. Ambler (j^) a proposé que ces

enzymes dérivent probablement d'un même gène ancestral. La

classe B est représentée par une seule espèce, Bacillus cereus

type II, qui ne partage pas d'homologie avec les gènes des autres classes ( 8_). Enfin, la classe C appartient aux céphalo-

sporinases chromosomiques des bactéries gram-négatives (160).

Il n'y a pas d'homologie entre les séquences de ces enzymes et

celles des membres des autres classes. Les séquences étudiées

comprennent celles d'Escherichia coli et de Shigella qui parta

gent une grande homologie de séquence, et celles de Klebsiella,

Salmonella, Serratia et Pseudomonas, toutes des sérine-enzymes (30, 160, 184) .

En plus de sa valeur taxonomique, la division des B - lactamases en trois groupes permet de s'interroger sur l'ori

gine de cette protéine: comment trois classes de protéines

génétiquement si différentes peuvent-elles posséder une même

fonction biologique, c'est-à-dire hydro lyser le cycle B-lac-

BÊTA-LACTAMASES

MÉTALLOENZYME

SÉRINE-ENZYMES

CLASSE B CLASSE A CLASSE C

P.M. - 22,500

Bacillus cereus

II

P.M. ~ 30,000

I

Pénici 11inases

Gram-positives

Gram-négatives

I

Staphylococcus aureus

TEM

Bacillus cereus

I et III

Bad l lus licheni formis

P.M. ~ 39,000

I

Cephalosporinases

chromosomiques

I

Pseudomonas aeruginosa Escherichia coli Enterobacter cloacae Shigella sonnei Shigella flexneri Salmonella typhimurium Serratia marcescens Klebsiella pneumoniae

Tableau 4. La classification d'Ambler.

GO CTi

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