Revista científica digital INSPILIP Código ISSN 2588-0551
DOI: 10.31790/inspilip.v2i2.104
Acceso abierto
Citación
Eva Nicola S. Análisis genético de
la resistencia a isoniacida en cepas
de Mycobacterium tuberculosis.
Revista científica INSPILIP V. (2),
Número 2, Guayaquil, Ecuador.
Correspondencia
Eva Nicola Salas
enicola@inspi.gob.ec
Artículo recibido: 27/08/2018
Artículo aprobado: 26/12/2018
Artículo publicado: 27/12/2018
El autor declara estar libre de cualquier
asociación personal o comercial que
pueda suponer un conflicto de intereses
en conexión con el artículo, así como el
haber respetado los principios éticos de
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Artículo Original
Análisis genético de la resistencia a isoniacida en cepas de
Mycobacterium tuberculosis
Genetic analysis of isoniazid resistance in strains of Mycobacterium
tuberculosis
Nicola-Salas Eva
1
, *, Morey-León Gabriel
2
, Villacís-Alvarado Ninoska
1
, Sánchez-Chóez
Javier
1
1. Centro de Referencia Nacional de Micobacterias. Instituto Nacional de Investigación en
Salud Pública Leopoldo Izquieta Pérez. Julián Coronel, 905 y Esmeraldas, Guayaquil
090514, Ecuador.
2. Carrera de Obstetricia. Facultad de Ciencias Médicas. Universidad de Guayaquil,
Ciudadela Universitaria, avenida Kennedy y avenida Delta. Guayaquil 090514, Ecuador.
*Autor de correspondencia
Eva Nicola-Salas. Centro de Referencia Nacional de Micobacterias. Instituto Nacional de
Investigación en Salud Pública Leopoldo Izquieta Pérez. E-mail: enicola@inspi.gob.ec
Conflicto de interés
Los autores del presente manuscrito declaran no tener conflicto de interés.
Resumen
Objetivo: Analizar genéticamente la resistencia a Isoniacida en cepas de
Mycobacterium tuberculosis mediante PCR-RFLP de la región S315T del
gen katG.
Materiales y métodos: El estudio se realizó a partir de cultivos positivos de
Mycobacterium tuberculosis receptados en el Centro de Referencia Nacional
de Micobacterias, durante el período 2013 2014. El ADN extraído fue
cuantificado y evaluada su pureza, por espectrofotometría. Para determinar el
polimorfismo en la región 315 del gen katG a partir de un producto de
amplificación de 630 pb se realizó digestiones con las enzimas de restricción
MspI y SatI.
Resultados: Del total de 498 cepas analizadas, 215 cepas presentaron
características fenotípicas de resistencia a isoniacida (32,6 %
monorresistencia, 19,5 % MDR y 47,9 % polirresistencia), 283 cepas eran
sensibles. 251 cepas correspondieron a pacientes vírgenes al tratamiento
(VT); 174 fueron pacientes antes tratados (AT) y 73 fueron pacientes se
encontraban con tratamiento (CT). La mayoría de los casos provenía de la
provincia del Guayas (77,2%)
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La PCR-RFLP-SatI presentó alto porcentaje
de sensibilidad (98,6 %) y especificidad
(98,2 %), mientras que con la enzima MspI
el porcentaje de sensibilidad fue 88,8 % y
7,4 % de especificidad.
Conclusión: La PCR-RFLP-SatI demostró
ser específica y económica para la detección
de resistencia a isoniacida, proporcionando
resultados de forma rápida, la aplicación de
esta técnica como apoyo para el diagnóstico
permitiría al paciente acceder a un
tratamiento más oportuno.
Palabras claves: Mycobacterium
tuberculosis, catalasa, isoniacida, digestión
enzimática.
Abstract
Objective: Genetically analyze the Isoniazid
resistance in Mycobacterium tuberculosis
cultures by PCR-RFLP of the S315T region
of the katG.
Materials and methods: The study was
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carried out in positive cultures of
Mycobacterium tuberculosis, received at the
National Reference Center of Mycobacteria,
during the period 2013-2014. The DNA
extracted was quantified and its purity was
evaluated by spectrophotometry. To
determine the polymorphism in the 315
region of the katG gene, digestions were
made with the restriction enzymes MspI and
SatI from a 630 bp amplification product.
Results: Of 498 culture strains analyzed,
215 strains showed phenotypic
characteristics of resistance to Isoniazid
(32,6 % monoresistance, 19,5 % MDR and
47,9 % polyresistance) and 283 strains were
sensitive. 251 strains corresponded to virgin
patients to treatment (VT); 174 were patients
before treated (AT) and 73 were patients
treated (CT). The majority of cases came
from the province of Guayas (77,2 %). The
PCR-RFLP- SatI presented a high
percentage of sensitivity (98,6 %) and
specificity (98,2 %), while with the MspI
enzyme the sensitivity percentage was
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88,8 % and 7,4 % specificity. patient to access a more timely treatment.
Conclusion: The PCR-RFLP-SatI proved to
be specific and economical for the detection Keywords: Mycobacterium tuberculosis,
of resistance to isoniazid, providing results catalase, isoniazid, enzymatic digestion.
quickly, the application of this technique as
a support for the diagnosis would allow the
Introducción
La tuberculosis (TB) sigue siendo un gran
problema de salud a nivel global, es una de
las principales causas de muerte. En 2016, la
Organización Mundial de la Salud estimó
que hubo 10,4 millones de casos de TB, de
las cuales 1,8 millones de personas
fallecieron, existiendo el porcentaje mayor
de muertes por tuberculosis (95 %) en países
de ingresos bajos y medianos
1
. En Ecuador
durante el año 2016 se estimó existieron
8.200 casos nuevos de TB (50 casos por
cada 100 mil habitantes) y en 2015 se
reportó 4,6 % de TB- MDR
2
.
Esta enfermedad infecciosa es curable, sin
embargo, su control se dificulta debido a la
circulación de cepas resistentes a los
fármacos del tratamiento, esto como
consecuencia directa de tratamientos
terapéuticos no adecuados y poca adherencia
al mismo, o por la transmisión directa de las
cepas resistentes con mutaciones que
circulan en la población, estas pueden darse
de manera espontánea en el ADN, o
inducida por presión de selección,
modificando la estructura de la proteína
objetivo, lo que provoca que el fármaco no
tenga efectos sobre ella
3-5
.
La isoniacida junto a rifampicina son los
medicamentos de primera línea más eficaces
frente a una infección por Mycobacterium
tuberculosis, sin embargo, existen varias
mutaciones específicas a las que se les
atribuye la expresión fenotípica de
resistencia. La isoniacida, una vez captada
por el bacilo como prodroga, es activada por
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el sistema catalasa-peroxidasa, interfiriendo
con la biosíntesis de los ácidos micólicos de
la pared celular de las micobacterias
6
.
Diversos estudios muestran que la
resistencia a isoniacida está vinculada con la
existencia de mutaciones específicas en
varios genes de Mycobacterium tuberculosis,
tales como katG, ahpC, nhd, kasA, oxyR,
furA, fabG1
7-16
. Así también que la
aplicación de la técnica RFLP para detección
de genes de resistencia a isoniacida
utilizando enzimas de restricción brinda
resultados rápidos y confiables, con alto
porcentaje de especificidad y sensibilidad
comparado con métodos convencionales,
permitiendo su aplicación en el tamizaje de
la enfermedad
17-20
. Basado en la
aplicabilidad de la PCR-RFLP para la
identificación de la mutación S315T
presente en cepas resistentes a isoniacida,
esta investigación plantea analizar
genotípicamente cepas de Mycobacterium
tuberculosis mediante la identificación de
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perfiles de restricción del codón 315 del gen
katG.
Materiales y métodos
El e s t u d i o se realizó a partir de
cultivos positivos de Mycobacterium
tuberculosis receptados en el Centro de
Referencia Nacional de Micobacterias,
durante el período 2013 2014,
caracterizados fenotípicamente, mediante
pruebas bioquímicas de tipificación y
susceptibilidad a drogas antituberculosas
(isoniacida (H), rifampicina (R),
estreptomicina (S), etambutol (E) y
pirazinamida (Z)) por el método de las
proporciones Canetti, Rist & Grosset
21
. Los
cultivos fueron inactivados a 80°C por 30
min y almacenados a -20°C en el laboratorio
de Biología Molecular. Se verificó la
información clínica del material inactivo
utilizando el Sistema de datos Zinexta.
Extracción del ADN
La extracción del ADN se realizó empleando
el kit Illustra bacteria genomic Prep Mini
Spin (GE, Healthcare Life Science) de
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acuerdo con las indicaciones del proveedor.
El ADN fue eluido en un volumen final de
200 μL, cuantificado y evaluado su pureza
por Espectrofotometría a 260 nm y 280 nm
utilizando espectrofotómetro Biophotometer
plus (Eppendorf, Hauppauge, NY).
Amplificación del gen katG
Para la amplificación de la región 315 del
gen katG (630 pb) se utilizó un juego de
iniciadores modificados
8
los cuales
reconocen una región circundante del codón
315 katG904: 5-
AGCTCGTATGGCACCGGAAC-3 y
katG1533rUT2: 5-
CGTCGGGGTCGTTGACCTCCCA -3. La
reacción de amplificación fue realizada en
un volumen final de 50 μL conteniendo 1X
de GoTaq Colorless Master Mix, 3mM
MgCl
2
(Promega, Madison, USA), 0,25 μM
de cada iniciador (IDT DNA Technologies,
Coraville, USA) y 1μL de ADN extraído. La
amplificación se realizó en un termociclador
C1000 (Biorad Laboratories, CA, USA) bajo
las siguientes condiciones: 94°C por 4 min,
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40 ciclos a 94°C por 45 s, 65°C por 45 s,
72°C por 1 min y 72°C por 5 min.
10 μL de cada producto de PCR fue
separado en gel de agarosa al 2% con SYBR
safe a 100 voltios por 45 min, se utilizó 10
μL de marcador de peso molecular de 100
pb (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA
USA) para verificar los tamaños
correspondientes de los productos. Los
resultados de PCR fueron digitalizados en un
fotodocumentador de geles Molecular
imager Gel Doc
TM
XR (Biorad
Laboratories, CA, USA).
PCR- RFLP del gen katG
Los productos amplificados fueron digeridos
con las enzimas de restricción Mspl y Satl
acorde a Leung et. al
9
. Se trabajó en
reacciones con un volumen final 20 μL
conteniendo por separado, 3.0 U de enzima
MspI (Promega, Madison, USA), 1X del
Buffer 10X, 2 μg de BSA acetilado; 2U de la
enzima Satl (Thermo Fisher Scientific,
Waltham, USA), 1X Buffer Anza
TM
siguiendo las indicaciones del proveedor, e
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incubadas a 37 C por 4 horas. Los productos
digeridos fueron separados en gel de agarosa
al 3 % a 100 voltios por 3 horas, los perfiles
de digestión obtenidos fueron digitalizados
en el fotodocumentador de geles Molecular
imager Gel Doc
TM
XR (Biorad
Laboratories, CA, USA).
Análisis estadístico
La comparación entre los resultados
obtenidos de los aislados sensibles y
resistentes fue realizada empleando OpenEpi
(Open Source Epidemiologic Statistics for
Public Health, Version 3.0.1.
www.OpenEpi.com, updated 2013/04/06).
Los resultados de resistencia genotípica
(PCR-RFLP) fueron comparados con el
método de las proporciones (regla de oro).
La concordancia entre los resultados del
método de las proporciones y los métodos
moleculares fue evaluada utilizando el
coeficiente Kappa (κ). Los valores de
concordancia kappa fueron clasificados
como débil (≤0.40), moderada (0.41–0.60),
fuerte (0.610.80) y excelente (>0.80).
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Resultados
De las 498 cepas evaluadas, 215 presentaron
resistencia a isoniacida (70 monorresistentes,
42 multidrogorresistentes MDR y 103
polirresistentes) y 283 sensibles de acuerdo
con la prueba fenotípica de las proporciones,
con edad promedio de pacientes de 42,7 ±
14,32 años. Analizando la información
epidemiológica, 251 casos correspondían a
pacientes sin tratamiento previo (VT), 174 a
pacientes con tratamiento previo (AT), 73
pacientes en tratamiento (CT) (tabla 1).
Mayoritariamente los pacientes provenían de
la provincia del Guayas (368/498), seguido
de Machala (26/498), Quito (17/498),
Esmeraldas (9/498), Babahoyo (8/498) y
Nueva Loja (8/498). 38/498 casos
correspondieron a pacientes privados de
libertad y 81/498 casos eran de pacientes con
VIH.
De los 215 casos con resistencia el 30,23 %
correspondía a mujeres (42,27 ± 14,38 años)
y 69,76 % a hombres (42,15 ± 14,35 años).
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Los casos resistentes fenotípicamente, en su
mayoría, eran de pacientes que habían
recibido un tratamiento previo (44,65 %),
seguido de las pacientes sin antecedentes de
tratamiento (34,88 %) (tabla 2). 36 casos de
pacientes con VIH presentaron resistencia a
isoniacida, de las cuales 9 fueron
monorresistentes, 9 multidrogorresistentes
(MDR) y 18 polirresistentes.
Tabla 1. Distribución de los aislados de Mycobacterium tuberculosis de acuerdo con el tipo
de tratamiento y sexo del paciente
Fenotipo
Tratamiento
Mujeres Hombres
VT
18
57
Resistentes AT
28
68
CT
19
25
VT
53
123
Sensibles
AT
15
63
CT
11
18
VT: Sin tratamiento previo; AT: Tratamiento previo; CT: en tratamiento
Se determinó que 43,57 % y 90,96 % de la Los aislados resistentes presentaron mejor
totalidad de los aislados presentó el codón patrón de mutación (98,6 %) con la enzima
mutado en la posición S315T al emplear las SatI concordando con el método de las
enzimas SatI y MspI; mientras que 56,43 % proporciones, mientras en los sensibles el
y 9,03 % no presentaron la mutación con 1,77 % presentó el patrón de mutación con la
SatI y MspI. misma enzima (tabla 3).
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Tabla 2. Distribución de los aislados de acuerdo a sus patrones de resistencia y correlación
con el tipo de tratamiento
n
Tratamiento
VT
AT
CT
70
36
27
7
Multidrogorresistencia
H-R
Polirresistencia
H-S
H-Z
H-R-E
H-R-S
H-R-Z
H-S-E
H-R-S-E
H-R-S-Z
H-S-E-Z
H-R-S-E-Z
42
18
14
10
23
5
12
5
-
1
-
-
2
-
8
17
9
50
3
7
3
-
-
1
4
3
4
-
5
4
30
-
1
-
-
7
2
VT: Sin tratamiento previo; AT: Tratamiento previo; CT: en tratamiento. H: Isoniacida; R:
Rifampicina; E: Etambutol; S: Estreptomicina; Z: Pirazinamida. N: número de cepas
Para determinar la confiabilidad de la PCR-
ensayos. Se obtuvo 98,6 %, 98,2 % y 88,8
RFLP en comparación con el método de las
%, 7,4 % de sensibilidad y especificidad con
proporciones (prueba de referencia) se
SatI y MspI, respectivamente, para la
determinó el nivel de sensibilidad,
detección de la resistencia a isoniacida en
especificidad y concordancia entre ambos
Mycobacterium tuberculosis.
Además, al
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utilizar la enzima SatI, se obtuvieron evidenciando excelente concordancia de
mejores valores predictivos positivo y resultados (tabla 4).
negativo, adicionalmente se observó un
mejor valor de Kappa de Cohen´s,
Tabla 3. Análisis comparativo de la resistencia a isoniacida en aislados de Mycobacterium
tuberculosis, mediante métodos genotípicos y fenotípicos.
Métodos fenotípicos y genotípicos
Método de las
PCR-RFLP
N° de aislados (%)
Proporciones
MspI (n; %)
SatI (n; %)
215 (43,17)
R
R (191/215; 88,83)
R (212/215; 98,60)
R
S (24/215; 11,16)
S (5/215; 2,33)
S
R (262/283; 92,58)
R (5/283; 1,77)
283 (56,83)
S
S (21/283; 7,42)
S (278/283; 98,23)
R, resistente; S, sensible.
Discusión
La detección oportuna de la resistencia a
drogas es primordial para combatir la
creciente prevalencia de tuberculosis
resistente a drogas. En los últimos años ha
incrementado los estudios al respecto, lo que
ha permitido el desarrollo de nuevos y
mejores métodos diagnósticos fenotípicos y
genotípicos
23
con el propósito de brindar al
paciente una detección rápida y específica de
la resistencia a medicamentos.
En nuestro estudio se evidenció que la PCR-
RFLP es altamente reproducible para el
diagnóstico de la resistencia a isoniacida en
Mycobacterium tuberculosis, sin embargo,
su especificidad dependería de la enzima que
se emplee y la región estudiada. Resultados
similares
8, 17, 24
muestran que la enzima
MspI detecta únicamente la sustitución
AGC→ACC, mientras que SatI puede
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detectar las sustituciones adicionales que se ACG, ACA, ACT).
presentan en el codón 315 (AGC→ACC,
Tabla 4. Parámetros estadístico descriptivo de la PCR-RFLP-MspI y PCR-RFLP-SatI en
relación con el método de las proporciones para la detección de la mutación del gen katG en
aislados resistentes y sensibles a isoniacida de Mycobacterium tuberculosis.
PCR-RFLP MspI
PCR-RFLP SatI
Parámetros estadísticos
(n =500, 95% IC)
(n =500, 95% IC)
Sensibilidad (%)
88,84
(83,93 - 92,38)
98,6 (95,98 - 99,52)
Especificidad (%)
7,42 (4,904
- 11,08)
98,23 (95,93 - 99,24)
Valor predictivo positivo (%)
42,16
(37,7
- 46,76)
97,7 (94,72 - 99,01)
Valor predictivo negativo (%)
46,67
(32,93 - 60,92)
98,93 (96,91 - 99,64)
Precisión diagnóstica (%)
42,57
(38,3
- 46,95)
98, 39 (96,86 - 99,18)
Razón probabilística positiva
0,9596
55,81
Razón probabilística negativa
1,504
0,0142
Kappa de Cohen´s
-0,033
0,9673
Se conoce que la resistencia a fármacos se
produce principalmente como consecuencia
directa de tratamientos terapéuticos no
adecuados, poca adherencia al mismo o por
la transmisión directa de las cepas resistentes
con mutaciones que circulen en la
población
25-
27
, en nuestro estudio se
observó que 79,54 % de las muestras que
presentaron la mutación en el codón 315
correspondió a pacientes con tratamiento
previo (44,65 %) y sin tratamiento previo
(34,88 %), esto sugiere una posible baja
adherencia al esquema de tratamiento o
calidad del medicamento, lo que habría
generado cepas resistentes a esta droga,
adicionalmente, que existan pacientes sin
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tratamiento previo (VT) infectados con
cepas que presenten la mutación S315T
sugeriría la circulación dentro de la
población de cepas de M. tuberculosis
resistentes a la isoniacida, lo que haría poco
eficiente el tratamiento brindado al paciente.
Las mutaciones presentes en otros genes
contribuyen al desarrollo de la resistencia a
isoniacida en micobacterias
7-16
, siendo
necesario realizar estudios que incluyan
otros genes relacionados a la resistencia,
permitiendo mejorar la identificación de
mutaciones presentes en los linajes de
Mycobacterium tuberculosis circulantes en
el Ecuador.
Conclusiones
La isoniacida es uno de los medicamentos
más importante y eficaz en el control de la
infección tuberculosa, tiene una baja tasa de
efectos adversos y no puede aún ser
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sustituido por otra alternativa igualmente
efectiva
28
, lo cual la convierte en un aliado
idóneo en el control de la enfermedad. Las
mutaciones en el gen katG en
Mycobacterium tuberculosis, principalmente
la S315T, están asociada con una amplia
gama de resistencia a isoniacida de nivel
moderado a alto, sobre las concentraciones
habitualmente evaluadas, lo cual estaría
influyendo en su efectividad dentro de la
terapia antituberculosa, por lo que la
identificación de mutaciones circulantes en
el país sería primordial. Este estudio
permitió evidenciar que la PCR-RFLP-SatI
para la detección de mutación S315T del gen
katG es específica y económica para la
detección de resistencia a isoniacida,
obteniendo un resultado rápido que permita
brindar el tratamiento oportuno y específico
al paciente.
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