CARACTERIZACIÓN
DE LAS MUTACIONES EN EL GEN rpoB ASOCIADAS A LA RESISTENCIA A RIFAMPICINA Y TIPIFICACIÓN
MOLECULAR MEDIANTE
RFLP (IS6110) EN CEPAS DE M. TUBERCULOSIS DE PACIENTES
CON TUBERCULOSIS PULMONAR
Dr. Juan Agapito1,2, Víctor
Neyra1, Christian Baldeviano4, José R. Espinoza1,
Roberto Accinelli3.
. RESUMEN
. INTRODUCCIÓN
.
MATERIALES Y MÉTODOS
. RESULTADOS
. DISCUSIÓN
RESUMEN
Antecedentes: La resistencia a rifampicina en M. tuberculosis involucra mutaciones en el
gen rpoB que codifica a la sub unidad B de la ARN polimerasa. El Polimorfismo en la
Longitud de los Fragmentos de Restricción utilizando la secuencia de 1,361 pares de bases
(pb) IS6110 (RFLP-IS6110) es un método de genotipaje para diferenciar los polimorfismos
entre una cepa y otra de M. tuberculosis.
Objetivo: 1. Identificar las mutaciones del gen rpoB, en cepas de M. tuberculosis aisladas
de la Sub-Región de Salud Lima Norte. 2. Genotipificar las cepas resistentes a
rifampicina por una huella dactilar (fingerprint) del ADN producido por la hibridación de
una sonda de 245 pb obtenida de la secuencia de inserción IS6110.
Método: Se cultivó en Lowestein-Jenseen 73 muestras de esputo de pacientes con TBC
pulmonar. A 62, con más de 10 colonias por tubo, se les hizo susceptibilidad a:
isoniazida, rifampicina, estreptomicina y etambutol. Se hizo la extracción de ADN, PCR,
clonación en el vector pGEM-T, transformación, selección de clonas recombinantes y
secuenciamiento del ADN plasmídico para la determinación de los polimorfismos del gen
rpoB. Para el RFLP-IS6110 se hizo la digestión con Pvull, PCR, transferencia de ácidos
nucleicos, hibridación y detección del IS6110.
Resultados: 52 (83.9%) cepas fueron resistentes a rifampicina (Rif r) y 10 (16.1%)
susceptibles (Rif5). Se encontró alteraciones en el gen rpoB en 51 de las 52 cepas Rif s.
Se identificaron 20 mutaciones. Las mutaciones más frecuentes fueron encontradas en los
codones Ser-531 (62.7%), His-526 (15.72%), Asp-516 (11.78%) y Gln-513 (5.88%). No se
observó mutación alguna en diez cepas susceptible a rifampicina 94.2% de nuestras cepas
Rif r fueron también resistentes a isoniazida. Se observaron 25 patrones diferentes de
RFLP-IS6110 en las 27 cepas Rif r analizadas. Cuatro de ellas presentaron dos patrones
idénticos y 23 tuvieron patrones diferentes entre sí.
Conclusiones: 1 . Mutaciones en el gen rpoB están presentes en casi todas las cepas Rif r
2. Casi todas las cepas Rif r son también resistentes a isoniazida. 3. La presencia de
cepas Rif r no se debe a la transmisión en la comunidad de una única cepa resistente.
Palabras claves: M. tuberculosis, gen rpoB, rifampicina resistente.
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Hoy en día, las enfermedades producidas por micobacterias siguen siendo de gran
importancia en la medicina y salud pública a nivel mundial. El reciente resurgimiento de
la tuberculosis en países desarrollados ha sido acompañado por un incremento en la
prevalencia de la resistencia a drogas. De acuerdo a estimados de la Organización Mundial
de la Salud (OMS), un tercio de la población mundial está infectada por Mycobacterium
tuberculosis. En América latina, la Organización Panamericana de la Salud (OPS) estima
que la tuberculosis ocasionó la muerte de más de 75,000 personas en 1995 y que 400,000
personas contrajeron la enfermedad. Este importante reservorio de infectados está
originando que se produzcan más de 8 millones de nuevos casos cada año en todo el mundo,
lo que sumados a los que no se curan y a los que recaen de años previos, hacen estimar
una prevalencia actual de 16 millones de enfermos, convirtiendo a M. tuberculosis en un
patógeno altamente infectivo y de gran importancia en el ámbito mundial. La aparición
de epidemias de tuberculosis con cepas multidrogorresistentes en los países desarrollados
es sin duda, uno de los principales riesgos para la salud pública en todo el mundo.
Asociándose este problema con la epidemia del VIH/SIDA; quienes en la mayoría de casos
fueron pacientes que presentaban la coexistencia de ambas enfermedades (8).
En Nueva York, se han presentado más del 80 % de nuevos casos de tuberculosis, asociado
con resistencia por lo menos a isonizida y rifampicina, con la consiguiente alta
mortalidad y diseminación de estas cepas (8).
A partir del año 1972, Rifampicina (Rif) ha sido utilizada como una droga para el
tratamiento de cepas sensibles, así como también para aquellos pacientes que tienen
resistencia por lo menos a isoniazida o estreptomicina (30). Su capacidad bactericida ha
hecho posible su utilización en los tratamientos de corta duración para cepas sensibles;
sin embargo su uso es más prolongado en el tratamiento para los pacientes que tienen
aislamientos resistente a isoniazida (30). La eficacia de este régimen de tratamiento
está cambiando en regiones donde la resistencia inicial a rifampicina (Rif) es alta. En
estas regiones, la rápida detección de resistencia a rifampicina (Rif r ) es una
necesidad urgente. De particular importancia la resistencia a rifampicina ha sido
considerado como un marcador de cepas de tuberculosis multidrogoresistentes (MDR-TB), ya
que ha sido asociado con brotes de enfermedad en hospitales, prisiones y otras
instituciones a nivel mundial (9).
La resistencia a rifampicina ha sido atribuida a mutaciones puntuales, inserciones y
deleciones en una región limitada del gen rpoB que codifica a la subunidad B de la ARN
polimerasa (24, 29). Por lo menos el 95% de los aislamientos para resistencia a
rifampicina tienen mutaciones en este gen (31, 42). Estas mutaciones asociadas con
resistencia fenotípica a rifampicina son generalmente localizadas en una región de 81
pb. con mutaciones frecuentemente en los codones: Ser-531, His-526 y Asp-516 (24, 42, 53).
Diferentes variaciones alélicas han sido detectadas en esta región y genotipos
específicos del gen rpoB son conocidos por estar asociados con altos índices de
resistencia a rifampicina en cepas de M. tuberculosis aisladas de diferentes partes del
mundo (24).
La aplicación de métodos genéticos para un test rápido de susceptibilidad a
rifampicina tiene importancia para la eficacia del tratamiento y control de tuberculosis
drogo-resistente. En el presente estudio se evaluó las mutaciones del gen rpoB de cepas
resistentes a rifampicina (Rif r) y en cepas susceptibles a M. tuberculosis aisladas de
pacientes diagnosticados con tuberculosis pulmonar. El primer objetivo de este trabajo fue
el de identificar las mutaciones del gen rpoB, asociadas con resistencia a rifampicina en
cepas de M. tuberculosis aisladas de la Sub- Región de salud Lima Norte.
El desarrollo de métodos de genotipaje dirigido a diferenciar los polimorfismos entre una
cepa y otra, mediante la presencia de elementos repetitivos en el cromosoma de M.
tuberculosis, son utilizados como marcadores genéticos que facilitan enormemente su
tipificación , sí como su estudio epidemiológico (11, 50, 53).
El método más usado es el Polimorfismo en la Longitud de los Fragmentos de Restricción
(RFLP), con el cual se analiza el número y localización de elementos de inserción
dentro del cromosoma de M. tuberculosis (6, 15, 25).IS6110 es una secuencia de 1,361 pb
específica para M. tuberculosis, el cual es utilizado para la identificación de patrones
específicos de transmisión, pues es el fragmento de DNA que más veces se repite en el
cromosoma de M. tuberculosis (11, 15, 27, 51). Otra aplicación está dirigida al
entendimiento de la dinámica epidemiológica y al estudio de la transmisión de la
tuberculosis en grandes poblaciones (5, 7, 57). La combinación del número de fragmentos
y el tamaño de los mismos proporciona un patrón de bandas específico para cada
aislamiento, donde el número de bandas corresponde al número de elementos IS6110 y la
distancia de las bandas en el blot nos permite determinar el peso molecular del fragmento
conteniendo a la secuencia IS6110 (25). El segundo objetivo de este trabajo fue tipificar
las cepas resistentes mediante la producción de una huella dactilar (fingerprint) en el
ADN producido por la hibridación de una sonda de 245 pb obtenida de la secuencia de
inserción IS6110 del cromosoma de M. tuberculosis que es utilizado como un marcador
genético específico.
Se cultivó en medio de Lowestein Jensen 73 muestras de esputo de pacientes diagnosticados
de tuberculosis pulmonar provenientes de la Sub-Región de salud Lima Norte. Sólo 62 de
estas muestras fueron sometidas a la prueba de susceptibilidad a drogas de primera línea:
isoniazida, strepromicina, rifampicina y etambutol, pues las 11 restantes no pudieron ser
incluidas al haber crecido menos de 10 colonias (2 a 4), número mínimo para realizar
estudios de sensibilidad por el método de las proporciones. En 52 (83.9%) muestras la
cepa aislada fue resistente a rifampicina (Rif r) y 10 (16.1 %) fue sensible (Rif s ).
Baciloscopía, Cultivos.
Todas las muestras respiratorias fueron examinadas mediante la técnica del examen directo
(Baciloscopía) y teñidas con la coloración de Ziehel-Nelseen. Los esputos fueron
descontaminados con NaOH al 4% (w/v), de acuerdo al método de Petroff (24) y cultivadas
por duplicado sobre el medio de Lowenstein Jensen e incubadas a 37°C. Los cultivos fueron
examinados a las 48 y 72 hrs. de haber sido sembrados para verificar posibles
contaminantes por flora secundaria. Revisiones posteriores se realizaron a los 30, 45 y 60
días, hasta obtener cultivos positivos.
Susceptibilidad a Drogas.
Los aislamientos de M. tuberculosis fueron evaluados para susceptibilidad a rifampicina
(Rif), isoniazida (INH), streptomicina (SM) y etambutol (EMB) (Tablas N°
1, 2 y 3).
La resistencia a rifampicina fue determinada sobre el medio de Lowestein-Jensen por el
método de las proporciones. Para las cepas resistentes a rifampicina la mínima
concentración inhibitoria (MIC) fue de 40 mg/ml (12). Fueron consideradas como
resistente, en el medio conteniendo rifampicina, las muestras cuyo crecimiento fue mayor
del 1% , comparado con un control sin antibiótico.
Extracción del ADN genómico de cultivos Mycobacterianos.
En las 62 muestras se hizo la extracción de ADN en una cabina de Bioseguridad Tipo
II,
(Labconco Purifier Class II) de acuerdo a lo descrito por Van Soolingen et. al (49). Las
colonias fueron transferidas con una asa de siembra a un tubo de microcentrífuga de 1.5
ml, conteniendo 400 ml de solución de lísis (10 mM de TE pH 8.0, 10mM de Tris-HCl, 1 mM
de EDTA pH 8.0) y calentadas a 80°C por 20 min, luego fueron enfriadas a temperatura
ambiente, posteriormente se le agregó 50 ml de lysozyma (10mg/ml) incubándose a 37°C
por 16 h. Finalmente el lisado celular fue incubado por 10 min a 65°C con 75 ml de una
solución de SDS al 10% conteniendo 50 mg de proteinasa K. Al contenido celular se le
agregó 100 ml de NaCl 5M y 100 ml de la solución CTAB/NaCI, incubándose por 10 min. a
65°C .
El ADN fue extraído en dos pasos: la primera con una mezcla de
fenol-cloroformo-alcoholisoamílico (25:24:1) y la segunda con
cloroformo-alcoholisoamílico (24:1). Luego el ADN fue precipitado con dos volúmenes de
etanol absoluto y acetato de sodio 3 M (pH 5.2), a -70°C durante 30 min, y
centrifugación a 12000 x g por 5 min. El pellet de ADN fue lavado dos veces con etanol al
70% (v/v), secado a temperatura ambiente, resuspendido en 50 ml de buffer TE e incubados a
37°C por 30 min. para disolver el pellet. El ADN purificado fue guardado a 4°C para su
posterior uso.
Diseño de Cebadores (Primer')
Los primers para el PCR fueron diseñados basándose en la secuencia del gen rpoB que
codifica a la sub unidad b de la ARN polimerasa (Figura N°1) (Número de acceso a la base
de datos en el Gen Bank N° U12205). Los primers fueron diseñados con la ayuda de los
programas OLIGOTM versión 4.0 y OLIGO calculator. Se comprobó la especificidad de los
oligonucléotidos mediante el uso de los programas BLAST, de acceso libre en Internet, con
el fin de encontrar posibles secuencias homólogas con otros organismos.
PCR y cuantificación de los productos amplificados.
Los primers Forward F1 (5'-CAGACGTTGATCAACATCCGC-3') y Reverse F2
(5'-CAGGTACACGATCTCGTCGCTAA-3') fueron sintetizados por Applied Biosystems, Foster City
California.
Un producto de amplificación de 350 pb del gen rpoB fue obtenido por PCR utilizando los
primer descritos anteriormente (Figura N° 2). Para la reacción se utilizó 50 ng de ADN
genómico de M. tuberculosis, las condiciones estandarizadas del ensayo de PCR fueron: 0.5
mM de cada primer F1/F2, buffer de PCR (50 mM KCL, 100 mM Tris-HCI (pH 8.3), 0.1 %
gelatina), 2.5 mM de MgCl2, 50 mM de cada dNTP y 0.5 U de Amplitaq ADN polimerasa (Perkin
Elmer). La reacción se llevó a cabo en un termociclador GenAmp PCR System 2400 (Perkin
Elmer, USA), bajo las siguientes condiciones de temperatura: denaturación inicial 94°C
por 3 min., seguido de 35 ciclos de amplificación (94°C por 1 min, 65°C por 1 min, y
72°C por 1 min.) y finalmente un ciclo de 72°C por 10 minutos. Los productos de
amplificación obtenidos mediante la reacción de PCR fueron visualizados por
electroforesis en geles de agarosa al 1 % en buffer de corrida TBE (tris-acetato 0.089 M,
ácido bórico 0.089 M y EDTA 0.002 M). La electroforesis fue realizada en una cámara de
electroforesis horizontal (Modelo H5, GIBCO BRL) a 60 V por 45 min, en presencia de un
marcador estándar de peso molecular (lHind III). Los geles fueron teñidos con bromuro de
etidio (0.5 mg/ml.) durante 3 min. y visualizados en un transluminador de luz UV (UVP,
Modelo TM-20 San Gabriel USA.). Los resultados fueron fotografiados en una cámara digital
Kodak Digital Science ID (Instituto de Medicina Tropical "Alexander Von
Humboldt", UPCH). Todas las fotos obtenidas son mostradas en negativo para un mejor
contraste de las bandas.
Ligación de los productos de PCR en el vector de clonación pGEMâ -T.
Los productos de amplificación (350pb) del gen rpoB de cada una de las 62 cepas fueron
ligados en un vector de clonación pGEMâ-T (PROMEGA).
La reacción de ligación fue realizada en proporción de vector: inserto (1:6), en un
volumen final de 10 ml (2 ml de buffer de ligación, 2 ml de vector (5ng/ml), 2.5 ml de
producto de amplificación (5ng/ml) y 0.5 ml de la enzima ADN ligasa) e incubados a 4°C
por 16 h, luego fueron almacenados a -20°C hasta su posterior uso.
Preparación de células competentes.
Se usó la cepa de E. coli DH5a. Estas bacterias se hicieron crecer en una placa
conteniendo LB-agar (medio Luria-Bertani) por 16 h a 37°C, luego se tomó una colonia y
se hizo crecer en 3ml de solución LB en agitación por 16 h. a 37°C. Se tomó 1 ml del
preinóculo y se colocó en 100 ml de caldo de cultivo LB, incubándose a 37°C por 3-4 h,
en agitación constante hasta que el cultivo alcance una DO600nm. entre 0.5 y 0.7. Luego
el medio de cultivo fue transferido asépticamente a tubos de centrífuga estéril y
centrifugados a 3,500 x g durante 20 min a 4°C, el pellet celular fue resuspendido en 10
ml. de CaCl2 0.1M y luego centrifugado a 4000 x g durante 10 min. a 4°C. Se eliminó el
sobrenadante y se resuspendió el pellet en 2 ml de glicerol al 15% en CaCl2 0.1M, las
bacterias competentes fueron alicuotadas (300 ml) y criopreservadas a -70°C hasta su uso
(todo el procedimiento se realizó en frío).
Las bacterias competentes fueron sometidas a evaluación para medir su eficiencia de
transformación utilizando el plásmido pUC (19).
Proceso de transformación de E. coli por el método de CaCl2.
Se transfirió 150 ml de células competentes en un tubo de 1.5 ml. y se mezcló con el
producto de ligación, incubándose en hielo por 30 min. Luego fueron sometidos a un
choque térmico por 90 s. a 42°C y colocados rápidamente sobre hielo por 2 min. El tubo
de reacción fue centrifugado a 13,000 rpm por 20 s. Luego se adicionó 800 ml de medio
SOC ( Bacto tryptona 2%, extracto de levadura 0.5%, NaCl 10 mM y KCI 2.5 mM), conteniendo
3.5 ml de una solución estéril de MgCl2 2M y 14ml de una solución estéril de glucosa
1M. e incubado a 37°C en agitación constante por 1 h.
Luego las bacterias fueron recuperadas por centrifugación a 13,000 rpm por 30 s, se
eliminó el sobrenadante y el pellet fue resuspendido en 100 ml de medio LB conteniendo:
35 ml de solución IPTG (100 mM isopropyIthio-B-D- galactoside) y 25 ml de la solución
X-gal (20 mg/ml en dimetilformamida), las bacterias fueron resuspendidas suavemente y
sembradas por diseminación en placas LB-agar con ampicilina (50, mg/ml) incubándose a
37°C por 16 h.
Selección de clonas recombinantes.
Las clonas recombinantes (plásmido-inserto) fueron seleccionadas teniendo como agente
selectivo a la ampicilina y al sustrato cromogénico IPTG.
Las colonias blancas fueron seleccionadas para el análisis de transformantes. Las
colonias seleccionadas fueron replicadas en 3 ml de LB/ampicilina (50 mg/ml) incubándose
a 37°C por 16 h. en agitación constante. Para su posterior verificación del inserto
(350 pb del gen rpoB)
Ensayo de PCR para verificar las clonas recombinantes.
Una vez crecidas las clonas recombinantes, fueron lisadas por calor (500ml de agua
ultrafiltrada y 20ml de medio conteniendo las bacterias). Se incubó por 15 min a 100°C,
a fin de liberar el contenido citoplasmático. Una vez lisadas las bacterias, se procedió
a verificar el inserto mediante una reacción de PCR, para ello se utilizaron los
siguientes primers T7 (5'-TAATACGACTCACTATAG- 3') y SP6 (5'-AGCTATTTAGGTGACACTATAG- 3').
Estos primers flanquean el sitio de clonación del vector pGEMâ -T.
Las condiciones de PCR fueron: 0.5 mM de cada primer T7/SP6, buffer de PCR (50 mM KCL, 100
mM Tris-HCI (pH 8.3), 0.1% gelatina), 2.5 mM de MgCl2, 50 mM de cada dNTP y 0.5 U de
Amplitaq ADN polimerasa (Perkin Elmer). La reacción se llevó a cabo en un termociclador
GenAmp PCR System 2400 (Perkin Elmer, USA), bajo las siguientes condiciones de
temperatura: denaturación inicial 94°C por 3 min., seguido de 30 ciclos de
amplificación (94°C por 30 s, 55°C por 45 s, y 72°C por 30 s) y finalmente un ciclo de
72°C por 10 minutos.
Los productos de amplificación obtenidos mediante la reacción de PCR fueron visualizados
por electroforesis en geles de agarosa al 1%, en presencia de un marcador estándar de
peso molecular conocido (Figura N° 03). Un control de autoligamiento del vector fue
incluido en el experimento. Una vez verificado las clonas recombinantes, las bacterias
fueron criopreservadas (glicerol 15%) y colocadas a -70°C.
Purificación del ADN plasmídico.
Las bacterias recombinantes fueron descriopreservadas, crecidas en placas de agar
LB/ampicilina a 37°C por 16 h. Una vez crecidas se tomó una colonia y se hizo crecer
hasta su saturación en 100 ml de caldo de LB/ampicilina (50 mg/ml), a 37°C por 16 h. en
agitación constante.
Para purificar los plásmidos se utilizó el Kit Wizardâ Plus Midipreps DNA purification
system (Promega). Las bacterias recombinantes crecidas en medio LB/ amp fueron
centrifugadas a 10,000 x g por 10 min. a 4°C, el pellet obtenido fue resuspendido en 3ml
de una solución de resuspensión celular, luego las bacterias fueron lisadas con 3ml de
una solución de lisis mezclándose por inversión durante 10 min, hasta obtener una
solución viscosa, luego se le agregó 3 ml de una solución neutralizante, mezclándose
suavemente por inversión durante 10 min, hasta obtener una masa floculosa que fue
separada por centrifugación a 10,000 x g durante 15 min. a 4°C. al sobrenadante obtenido
se le agregó 10 ml de resina, mezclándola suavemente. Toda la mezcla de ADN/ resina fue
transferida a una columna, y aplicando vacío fue retenido el ADN en un filtro provisto
por la columna, este fue lavado con 30 ml. de una solución de lavado conteniendo etanol.
La columna fue separada y transferida a un tubo de 1.5 ml y centrifugada a 10,000 x g por
2 min. para remover cualquier residuo de la solución de lavado. Se transfirió la columna
a un nuevo tubo y se agregó 300 ml de agua libre de nucleasas. El ADN plasmídico fue
eluido por centrifugación a 10,000 x g por 20 s. y almacenado a -20°C, hasta su uso.
Secuenciamiento del ADN plasmídico.
El secuenciamiento de los plásmidos purificados fueron realizados en el secuenciador
automático ALF express (Amershan Pharmacía Biotech) de la División de Biología
Molecular del Instituto Nacional de Salud.
La reacción de secuenciamiento se realizó con el kit Cys Autocycl TM (Amersham Pharmacia
- Biotech), se utilizó 1 mg de ADN plasmídico. La reacción se llevó a cabo en un
termociclador GenAmp PCR System 2400 (Perkin Elmer, USA), bajo las siguientes condiciones
de temperatura: denaturación inicial 94°C por 120 s., seguido de 30 ciclos de
amplificación (94°C por 40 s, 51°C por 50 s, y 72°C por 80 s) y finalmente 72°C por
10 minutos. Las reacciones fueron mantenidas a 4°C, hasta la adición de la solución de
parada (100% de formamida desionizada, azul de dextrano 5mg/ml).Las reacciones fueron
calentadas a 80°C por 2 min. y colocadas en hielo antes de ser colocadas en gel de
secuenciamiento.
Los fragmentos de ADN de diferente tamaño formado por las reacciones, fueron separados
por electroforesis en gel denaturante de poliacrilamida al 6% con 7M de urea en buffer TBE
0.6X (Tris 0.6M, ácido bórico 49.8 mM, EDTA 0.6 mM), a 58°C durante 12 horas a 1500 v,
60 mA y 25 w.
Análisis de RFLP-IS6110.
Digestión con endonucleasa de restricción
4.5 mg de ADN cromosomal de Mycobacterium tuberculosis resistente, fue digerido con 1 ml
de la enzima de restricción Pvu II Promega (10 U/,ml) a 37°C por 4 horas en un volumen
final de reacción de 20 ml. Así mismo 4.5 mg de ADN de la cepa estándar referencial de
M. tuberculosis Mt. 14323, también fue digerida.
El proceso de digestión fue resuelto mediante electroforesis en geles de agarosa al 0.8 %
en un buffer de corrida TAE y posteriormente teñidos con bromuro de etidio (0.5 mg/ml),
para verificar la digestión.
Preparación de la sonda de ADN por PCR
IS6110 es una secuencia de inserción específica en el ADN cromosomal de M. tuberculosis
de 1.3 Kb aproximadamente. Se utilizaron los oligonucleótidos: INS-1(5'CGT GAG GGC ATC
GAG GTG GC 3') e INS-2(5'GCG TAG GCG GTC GGT GAC AAA 3')(Hermans et al 1990) para
amplificar un segmento de 245 pb el cual fue purificado mediante electroforesis en agarosa
de bajo punto de fusión y mediante el uso del Kit Wizardâ DNA purification system
(Promega) y marcado con peroxidasa siguiendo las recomendaciones del kit ECL TM Direct
nucleic acid labelling and detection system (Amersham Pharmacia Biotech).
Transferencia de ácidos nucleicos.
El gel de agarosa conteniendo los fragmentos de ADN separados electroforéticamente fue
tratado con una solución depurinadora conteniendo HCI 0.25 M, pH 1.2 por 15 min. luego
fue lavado con agua destilada y tratado con una solución denaturante (NaCI 1.5 M, NaOH
0.5 M), mediante agitación constante por 20 min. Seguidamente fue lavado con agua
destilada y neutralizado con una solución de NaCI 1.5 M y Tris-HCI 0.5 M, a pH 7.5.
Después del tratamiento previo, el gel fue montado en un sistema de transferencia y los
fragmentos de ADN transferidos a una membrana de Nylon Hyboond N (Amersham), mediante
capilaridad por 4 horas a temperatura ambiente.
Hibridación y detección
Luego de la transferencia la membrana de Nylon(+) conteniendo los fragmentos de ADN, fue
lavado con una buffer salino 5x SSC (20x SSC contiene NaCl 3M y citrato de sodio 0.3 M pH
7) y secada a 42 °C por 30 min. El ADN fue fijado mediante exposición a UV por 5 min.
Luego fue colocado en una solución de pre-hibridación el cual contenía ADN de esperma
de salmón como agente bloqueador. Para el proceso de hibridación se utilizó la soda
(IS6110 de 245 pb) marcada con peroxidasa y para la detección se usó las recomendaciones
del kit de ECL TM (Amersham, RPN 3001).
62 cepas de M. tuberculosis fueron utilizadas para este estudio. Con respecto a la
rifampicina 52 (84%) fueron cepas resistentes y 10 (16%) cepas sensibles (Tabla
N°1).
Resistencia primaria tuvo 27 (52%) de las cepas resistentes a rifampicina y adquirida 25
(48%) (Tabla N° 2). Se encontró que las cepas con resistencia primaria 1 tuvo
resistencia sólo a una droga, 3 a dos, 11 a tres y 12 a cuatro. Mientras que para la
resistencia adquirida 1 cepa fue para una droga, 5 para dos, 8 para tres y 11 para cuatro
drogas. La resistencia simultánea por lo menos a rifampicina e isoniacida
(multidrogoresistencia) fue de 41.93% entre las cepas con resistencia primaria y 37.09%
entre las de secundaria. (Tabla N° 3 y
4).
Todos los productos de
amplificación obtenidos por PCR mostraron un mismo tamaño (350pb) para la región del
gen rpoB en todas las cepas aisladas (Figura
N°2). En el secuenciamiento de los productos
de amplificación de 62 cepas de M. tuberculosis (52 Rif r 10 Rif s) (Tabla
N°5), se
halló varias mutaciones en una región corta de 81 pb del gen rpoB. El 62.7% de las
mutaciones ocurrió en el codón 531(58.8% cambió Ser-Leu y 3.9% de Ser-Trp). El 15.72%
de las mutaciones ocurrió en el codón 526 (7.86% cambió His-Leu, 5.9% de His-Tyr y
1.96% cambió His-Asp). El 11 .78% de las mutaciones ocurrió en el codón 516 (5.9%
cambió Asp-Val, 1.96% Asp-Tyr, 1.96% Asp-His y 1.96% cambió Asp-Ala). El 5.88% de las
mutaciones ocurrió en el codón 513(1.96% cambió Gln-Pro, el 1.96% Gln-Lys y 1.96%
cambió Gln-Leu). Para los codones 522, 527, 533, 520, 511, 512 la frecuencia de mutación
fue de 1.96% respectivamente. (Figura 4). De las 52 cepas resistentes a rifampicina, 46
aislamientos tuvieron una mutación puntual en un solo codón y 5 cepas presentaron doble
mutación en codones separados: (511-Leu y 516-Asp), (516-Asp y 526-His), (516-Asp y
527-Lys), (520-Pro y 526-His) y (511-Leu y 512-Ser).Hubo una cepa resistente a las 4
drogas probadas (cepa 62 del HNCH) en la que no se encontró ninguna mutación en la
región corta de 81 pb del gen rpoB. la ausencia de mutación en una cepa resistente no
fue observada. No se encontró ninguna mutación en las diez cepas susceptibles (Rif s)
estudiadas (Tabla N°5)
Mediante análisis de RFLP
basado en la secuencia de inserción IS6110 se determinó la relación clonal entre 27 de
los 52 aislamientos resistentes a rifampicina. El número de copias de IS6110 en las cepas
estudiadas osciló entre 2 y 17 (promedio: 9 ± 4). Sólo 3 cepas tuvieron menos de seis
copias, dos de ellas con únicamente 2 copias de IS6110. Hubo cuatro cepas con 13 copias
de IS6110, siendo este grupo el de mayor frecuencia de presentación. Se observaron 25
patrones diferentes de RFLP-IS6110 en las 27 cepas analizadas. Cuatro de ellas presentaron
dos patrones idénticos, designados como patrón A y B, con dos cepas cada uno. Un total
de 23 cepas tuvieron patrones diferentes entre sí. (Figuras I,
1, 2,
3
,4 y 5)
Este es el primer trabajo realizado en el país en el que se han caracterizado las
mutaciones que ocurren en un gen que confiere resistencia bacteriana en cepas de M.
tuberculosis. Hemos podido determinar las mutaciones en el gen rpoB de M. tuberculosis en
las cepas aisladas de 62 pacientes con diagnóstico de tuberculosis pulmonar del Cono
Norte de Lima (Figura 4). Hallamos un total de 20 diferentes alteraciones genéticas. En
un 96.1% de los aislamientos resistentes las variaciones encontradas estuvieron en los
codones 531, 526, 513 y 516 y en un 3.9% en los codones 522, 527, 533, 520, 511 y 512.
Nuestros hallazgos coinciden con los reportes de estudios realizados en otros países, en
donde se ha encontrado que más del 96% de cepas de M. tuberculosis RIFr tienen mutaciones
en una región hipervariable del gen rpoB (24,28) y que ³70% de esas mutaciones ocurre en
los codones 531 y 526 (24, 42). Solo existe otro trabajo latinoamericano hecho por
Spindola de Miranda (40) en Brasil , quien ha reportado mutaciones similares a las
encontradas por nosotros.
Las mutaciones en los codones Ser-531 e His-526 dentro de la región hipervariable de 81
pb del gen rpoB son las más frecuentes , y su frecuencia relativa es muy similar en
distintas regiones geográficas (16, 17, 18, 45, 52, 36, 42). En contraste, la frecuencia
relativa de las mutaciones en los codones Asp-516, Gln-513 y Leu-533 varían según las
regiones del mundo. En el único estudio hecho en los Estados Unidos de Norteamérica con
cepas de M. tuberculosis de pacientes peruanos residentes en Lima y Cuzco se encontró, al
igual que nosotros, que las mutaciones más frecuentes estuvieron en los codones Ser-531 y
His-526, pero en las cepas de M. tuberculosis Rif r estudiadas por nosotros la frecuencia
de la mutación en His-526 fue la mitad (16). Además, nosotros encontramos que un 6% de
las cepas estudiadas tuvieron mutaciones en el codón Gln-513, lo que no había sido
reportado previamente en cepas de pacientes residentes en el Perú (16).
En este estudio encontramos una de nuestras cepas resistentes a rifampicina con ausencia
de mutación en el gen rpoB de M. tuberculosis. Significa que mutaciones en otros genes
son responsables de esta resistencia (42). Telenti en 1993 (42) no identificó mutaciones
en la región de 305 pb del gen rpoB en 2 (3%) cepas de 66 de M. tuberculosis resistentes
a rifampicina. A su vez William en 1994 (54), encontró que el 7% de cepas M. tuberculosis
resistentes a rifampicina tampoco mostró mutación en una región de 305pb del gen rpoB
(8)
En cinco cepas RIF r encontramos una doble mutación en codones separados, como resultado
de la sustitución de dos aminoácidos para cada cepa (Leu-511 y Asp-516, Asp-516 y
His-526, Asp-516 y Lys527, Pro-520 y His-526 y por último Leu-511 y Ser-512).
Mutaciones puntuales en los codones Ser-531, His-526, Gly-513 o Asp-516 han sido
reportadas por tener altos niveles de resistencia en E. coli (20 mg/ml) y M. tuberculosis
(22, 41).
La descripción de las bases moleculares de resistencia a rifampicina y el reporte por
Telenti (43) sobre mutaciones en el gen rpoB en M. tuberculosis ha servido para el
desarrollo de nuevas y rápidas estrategias para la detección de esta resistencia, como
la desarrollada por nosotros. La capacidad para determinar la sensibilidad a rifampicina y
a otras drogas por métodos microbiológicos implica 4 a 6 semanas y hasta 3 meses, debido
al crecimiento lento del bacilo de la tuberculosis, que se duplica cada 18-20 hrs (48).
Todas nuestras cepas aisladas resistentes a rifampicina, con excepción de 2 (3.85%)
tenían resistencia a por lo menos un fármaco más. La multidrogorresistencia entre estas
cepas fue de 98% (49/50). Significa que si nosotros detectamos una cepa resistente a
rifampicina tenemos una probabilidad del 96.15% de que este paciente tenga al menos
resistencia a un fármaco más y una probabilidad del 98 % de que ese fármaco sea
isoniazida. Entonces, el encontrar que la cepa de un paciente de Lima Norte presenta
resistencia a rifampicina nos indica, con una probabilidad cercana al 100% que lo sea
también a isoniazida.
Nuestros resultados demuestran alta asociación entre las mutaciones en el gen rpoB y el
desarrollo de resistencia fenotípica de M. tuberculosis. Significa que podemos utilizar
las determinaciones de las mutaciones en el gen rpoB en cepas de M. tuberculosis para
conocer cuáles de ellas son resistentes antes de obtener los resultados de las pruebas de
sensibilidad por métodos bacteriológicos.
El secuenciamiento es aplicable para cualquier gen y es rápidamente adaptable para la
identificación de mutaciones puntuales asociadas con resistencia a otras drogas
antituberculosas, como isoniazida y estreptomicina.
El análisis de RFLP-IS6110 mostró una alta diversidad genética en 27 cepas estudiadas,
pues entre ellas hubo 25 patrones diferentes, lo cual indica que la mayoría de cepas del
estudio han adquirido la resistencia a drogas de manera independiente. Entre estas cepas
resistentes a la rifampicina no se observó evidencia de cepas altamente diseminadas en la
población o provenientes de brotes epidémicos, pues sólo 2 pares de cepas tuvieron el
mismo patrón, a lo que hemos denominado A y B.
En el patrón B las dos cepas presentaron el mismo patrón de resistencia fenotípico (H,
S, R, E) y genotípico para el rpoB (Ser-531 Leu). (Figura N°
5).
En cambio en el patrón A las dos cepas mostraron un patrón de resistencia fenotípico
diferente (H,S,R, E para el caso R44 e H, R, E para el caso R 25) y también genotípico
diferente para el rpoB (Ser-531 Leu para el caso R 44 e His-526 Tyr) (Figura N°
5). Todas
estas cuatro cepas fueron aisladas en fechas diferentes, lo cual hace improbable que haya
ocurrido una contaminación cruzada en el laboratorio.
Este alto polimorfismo genético en las cepas estudiadas, aunque para tener resultados
definitivos deberíamos estudiar marcadores de subtipificación adicionales al IS6110, nos
estaría indicando que la multidrogorresistencia observada en la Sub-Región de Salud de
Lima Norte se debería a la emergencia simultánea de cepas resistentes. La única forma
de explicar esto sería que por el manejo inadecuado de los pacientes con tuberculosis se
ha ocasionado una presión de selección generando cepas resistentes.
Esta presión de selección puede haber ocurrido antes de la década pasada, cuando a lo
sumo sólo la mitad de los pacientes diagnosticados de tuberculosis contaban con las
medicinas para su tratamiento, o por que en la actualidad se ha dado un inadecuado manejo
de los pacientes. Como hoy el Perú tiene uno de lo mejores Programas de control de
tuberculosis del mundo estaríamos tentados de pensar que la irregularidad del tratamiento
y el abandono por haber tenido durante varias décadas una mala provisión de medicamentos
sería la causa . Pero Accinelli encontró que en el Perú los pacientes nunca tratados
que recibían tratamiento directamente observado de corta duración (DOTs) usando 2RHZE
4R2H2 han ido anualmente incrementando su porcentaje de fracasos, pasando de un 1.13% en
1996 al 1.83% en el 2000 (p 0.0001)2
Además, en los estudios de resistencia inicial realizados en muestras de esputo en todo
el Perú se encontró que hubo un incremento de la multidrogoresistencia del 2.1% en 1995
al 3% en 1999 (p=0.05) (46, 47). La aplicación de un esquema inadecuado de re-tratamiento
(1 SRHZE 2RHZE 4R2H2E2) para los pacientes que fracasaban con DOTs (2RHZE 4R2H2) con el
que sólo ha curado uno de cada dos que lo recibió, con la consiguiente amplificación de
la multidrogorresistencia, es uno de los factores más importantes para explicar este
incremento en los fracasos (4). el otro sería el inadecuado nivel de curación logrado en
los pacientes que fracasaron a este esquema de re-tratamiento (1 SRHZE 2RHZE 4R2H2E2).
Accinelli encontró que sólo curaba el 41.5 % de la cohorte nacional del esquema
estandarizado de re-tratamiento (1). Y en un estudio para evaluar los factores de riesgo
para fracasar, en pacientes con tuberculosis de la Sub-región de salud II -Lima Norte, se
encontró que el contacto cercano con pacientes que habían fracasado (RR 3.6), teniendo
una cepa MDR (RR 3.1), que eran trabajadores de salud (RR 2.3) o muertos por TB (RR 2.3),
fueron los factores de riesgo, indicando un fracaso por resistencia primaria (3). Entonces
en el Perú se da la paradoja de tener un excelente Programa de Control de Tuberculosis
que cura a los sensibles, pero que ha amplificado la multidrogorresistencia por tanto la
causa de que en Lima Norte los pacientes con resistencia rifampicina tengan múltiples
patrones de resistencia por RFLP-IS6110 es la propagación y selección en la comunidad de
estas cepas, que son en un 94,2% multidrogoresistentes, al haber utilizado el Programa
Nacional de Control de Tuberculosis inadecuadas estrategias de manejo en estos pacientes.
En resumen, nuestros resultados confirman que el análisis genético del gen rpoB basado
en el secuenciamiento de la región hipervariable de 81 pb es aplicable universalmente a
cepas de distintas regiones geográficas para detectar de manera rápida la resistencia a
rifampicina Haber encontrado que nuestras cepas son en un 94.2% resistentes también a
isoniazida nos indica que con muy alta probabilidad al detectar una cepa resistente a
rifampicina estamos detectando una cepa MDR. Los resultados de RFLP-IS6110 nos indica que
la presencia de cepas resistentes de M. tuberculosis a la rifampicina se debe a la
presión de selección y no a la transmisión en la comunidad de una cepa resistente.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue financiado por el Proyecto VIGIA/ MINSA/ USAID/ INS- 2001 y fue llevado a
cabo en los Laboratorios de Investigación y Desarrollo de Ciencia y Tecnología (LID) de
la Unidad de Biotecnología Molecular (UBM) de la Universidad Peruana Cayetano Heredia,
Laboratorio de Mycobacterias del Hospital Nacional Cayetano Heredia y en la División de
Biología Molecular del Instituto Nacional de Salud (INS). juancagapito@hotmail.com
Bibliografía
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1. Unidad de
Biotecnología Molecular (UBM), Laboratorios de Investigación y Desarrollo de Ciencia y
Tecnología (LID), Universidad Peruana Cayetano Heredia.
2. Laboratorio de Mycobacterias, Hospital Nacional Cayetano Heredia
3. Laboratorio de Respiración, Instituto de Investigaciones de Altura,
Universidad Peruana Cayetano Heredia
4. División de Biología Molecular, Instituto Nacional de Salud (INS).
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