بتالاکتامازها، پروتئین‌های گلوبولار(globular)هستند که دارای ۱۱ هلیکس آلفا و پنج BETA-Pleated sheet می باشند و تاکنون ساختمان سه بعدی تعدادی از بتالاکتامازها تعیین شده است [۳۶].
۱-۱۴-۷- تاریخچه مختصر بتالاکتامازها
حدود پنجاه سال قبل با کشف پنی سیلین استفاده از آنتی بیوتیک‌ها در جهان آغاز شد. اولین بتالاکتاماز در E.coli قبل از استخراج پنی سیلین برای درمان در پزشکی ایجاد گردید [۳۳]. از سال ۱۹۸۰ گروه‌های جدید آنتی بیوتیکی به نام اکسی ایمنیو سفالوسپورین‌ها که به فعالیت هیدرولیتیک بتالاکتامازها مقاوم بودند برای درمان عفونت‌های باکتری‌های گرم منفی مورد استفاده قرار گرفت [۳۷، ۳۸]. در اوایل سال ۱۹۹۰ آنزیم بتالاکتاماز وسیع الطیف(ESBLs) تولید شده توسط باکتری‌های گرم منفی، نسبت به سفالوسپورین‌هایی مانند سفتازیدیم و سفوتاکسیم مقاومت نشان دادند [۳۹]. ژن آنزیم ESBLs یک ژن وابسته به پلاسمید است که این آنزیم به راحتی بین باکتری‌ها انتقال پیدا می کند. اغلب این پلاسمیدها علاوه بر ژن آنزیم ESBLs، ژن‌های مقاومت به چندین آنتی بیوتیک بتالاکتام و غیر بتالاکتام (از جمله آمینوگلیکوزیدها، کوتریموکسازول و فلوروکینولون‌ها) را نیز انتقال می دهند. در نتیجه اغلب ESBLsهای ایزوله شده مقاوم به بسیاری از انواع آنتی بیوتیک‌ها هستند [۴۰].
TEM-1 اولین ژن پلاسمید مربوط به بتالاکتاماز در باکتری‌های گرم منفی می باشد که در سال ۱۹۶۰ در ایزوله‌های E.coli جدا شده از کشت خون دختری به نام temoniera در یونان به دست آمد از این رو TEM نامیده شد. پلاسمید و ترانسپوزون‌ها در انتقال TEM-1 به دیگر گونه‌ها و همچنین گسترش آن نقش مهمی داشته اند. پس از سال‌ها از کشف اولین ایزوله بتالاکتاماز TEM-1 در سراسر جهان گسترش یافت و اکنون در خیلی از گونه‌های مختلف خانواده انتروباکتریاسه، pseudomonas aeruginosa، Haemophilus influenza و Neisseria gonorrhoae یافت می شود[۳۳].
۱-۱۴-۸- انواع بتالاکتامازها
بتا لاکتامازها، ابتدا در سال ۱۹۷۳ توسط Richmond، Sykos بر اساس خواص فنوتیپک مثل طرح سوبسترا، حساسیت به مهار کننده‌ها، وزن مولکولی، شباهت ایمنولوژیک و ایزوالکتریک فوکوسینگ آن‌ها طبقه بندی و بر این اساس به چهار گروه (۱-۴) تقسیم بندی شده اند[۳۳].
بیش از ۲۰۰ بتالاکتاماز تا به حال شناسایی شده است.برخی از آن‌ها اختصاص به پنی سیلین داشته(پنی سیلیناز) بعضی مختص سفالوسپورین‌ها (سفالوسپوریناز)هستند، یک سری هم طیف وسیعی از لحاظ فعالیت داشته و قادر به غیر فعال کردن بیشتر آنتی بیوتیک‌های بتالاکتم هستند. بتالاکتامازها به دو صورت مولکولی(Ambler) و عملکردی(Bush-Jacoby-Medeiros) طبقه بندی می شود. طبقه بندی مولکولار ابتدا توسط Ambler در سال۱۹۸۹، هنگامی که فقط سکانس چهار اسید آمینه از بتالاکتامازها شناخته شده بود، پیشنهاد گردید. بتالاکتامازها بر اساس ساختار اولیه به چهار کلاس مولکولی A تا D تقسیم می شوند. کلاس A شامل پنی سیلیناز‌های کروموزومی در باکتری‌های گرم منفی می باشد که حداقل فعالیت را بر ضد سفالوسپورین‌ها دارد. شایع ترین بتالاکتاماز کلاس SHV-1 A و TEM-1 و پنی سیلیناز می باشد. موتاسیون نقطه ای در ژن کد کننده این آنزیم منجر به ایجاد بتالاکتامازی با فعالیتی بر ضد همه پنی سیلین‌ها شده است؛ این گروه را بتالاکتامازهای وسیع الطیفESBLs (ٍExtended Spectrum Beta Lactamases) می نامند. این عوامل بسیار مشکل ساز هستند چرا که توسط پلاسمیدها کد شده و می توانند به راحتی از ارگانیسمی به ارگانیسم دیگر منتقل شوند. این عوامل موجب محدود شدن استفاده از آنتی بیوتیک‌های بتالاکتام در برخی از بیمارستان‌ها شده است. کلاس B متالوبتالاکتاماز‌ها می باشند که بتالاکتامازهای حاوی روی( Zn) می باشند که فعالیت گسترده ای بر ضد تمام آنتی بیوتیک‌های بتالاکتام دارد که شامل سفامایسین و کارباپنم‌ها می باشد. کلاس C سفالوسپوریناز‌های اولیه هستند که توسط کروموزوم باکتری کد می شوند. بیان این آنزیم معمولا سرکوب می شود. هر چند که با در معرض قرار گرفتن در برابر محرک‌های آنتی بیوتیک بتالاکتام یا موتاسیون در ژن کنترل کننده بیان آنزیم تغییرمی کند. بیان این دسته ازآنزیم‌ها بسیار مشکل زا است، چرا که بر علیه اکثر سفالوسپورین‌های وسیع الطیف فعال هستند. کلاس D بتالاکتامازها اگزاسیلینازها (OXA) می باشند. منشأ پلاسمیدی دارند و با کلاولانیک اسید مهار نمی شوند. طبقه بندی بتالاکتامازها به لحاظ عملکردی هنگامی شروع شد که سفالوسپورینازها از پنی سیلینازها متمایز شدند و به چهار گروه عملکردی تقسیم می شوند. گروه اول: سفالوسپوریناز‌هایی که به خوبی توسط کلاولانیک اسید مهار نمی شوند و به کلاس مولکولار C تعلق دارند. گروه دوم: شامل پنی سیلینازها و سفالوسپوریناز یا هر دو که به طور کلی توسط مهارکننده‌های بتالاکتاماز مهار می شوند و متعلق به کلاس مولکولار D یا A هستند.بتالاکتامازهای این گروه (CTX-M,SHV,TEM) همواره در حال افزایش هستند و بر اساس سوبسترای خود به چندین زیر گروه تقسیم می شوند. گروه سوم: متالوبتالاکتاماز بوده و از یون‌های روی(Zn)برای تخریب حلقه بتالاکتام استفاده می کنند. این آنزیم‌ها قادر به هیدرولیز پنی سیلین‌ها و سفالوسپورین‌ها بوده و کارباپنم‌ها نیز مهار می شوند.کارباپنم‌ها توسط زیرگروه ۲f نیز مهار می شوند. اعضای این گروه به کلاس مولکولار B تعلق دارند. گروه چهارم: پنی سیلیناز بوده و توسط کلاولانیک اسید مهار نمی شوند. این گروه به هیچ کلاسی تعلق مولکولی تعلق ندارند [۱۶].
جدول ۱-۲- طبقه بندی انزیم‌های بتالاکتاماز [۱۱]
| Characteristics | Molecular classification | Functional classification |
| ۲۵-۳۲ kDa Narrow spectrum penicillinases carried by Gram-negative. Bacteria and inhibited by active site inactivators(such as clavulanic acid]. Example:Klebsiella pneumonia chromosomal beta-lactamase,LEN-1. |
molecular Class A | Group2a |
| ۲۲-۳۶ kDa Broad spectrum penicillinses,inhibited by clavulanic acid. Example:Enterobacter cloacae plasmid pDSO76 beta-lactamase,OHIO-1. |
molecular Class A | Group 2b |
| ۴۰kDa Cephalosporinases not inhibited by active site inactivators. Example:pseudomonas aeruginosa strain PA01 chromosomal AmpC beta-lactamase. |
molecular Class C | Group 1 |
| ۲۸-۲۹ kDa extended spectrum beta-lactamases(ESBLs) type TEM and SHV,inhibited by active site inactivators. Example:pseudomonas aeruginosa chromosomal beta-lactamase,PER-1. |
molecular Class A | Group2be |
| ۲۴ kDa Broad spectrum beta-lactamases not well inhibited by active site inactivators. Example:Escherichia coli strain GUER plasmid beta-lactamase,TEM-30. |
Molecular Class A | Group 2br |
| ۲۲-۳۴ kDa Carbenicillinase type PSE inhibited by active site inactivators. Example:Acinetobacter calcoaceticus strain A85-145 beta-lactamase,CARB-5. |
Molecular Class A | Group 2c |
| ۲۹-۵۳ kDa Oxacillinases,not well inhibited by active site inactivators. |
