ANTIBIOTICI. Antibiotico anti-bios (in antagonismo con sin-bios) = fenomeno di antagonismo tra organismi viventi

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1 Antibiotici

2 ANTIBIOTICI Metaboliti secondari prodotti da microrganismi capaci di interferire, anche a basse concentrazioni, con il metabolismo di altri microrganismi (o più in generale organismi) Antibiotico anti-bios (in antagonismo con sin-bios) = fenomeno di antagonismo tra organismi viventi Gli antibiotici, intesi come composti naturali, insieme a composti di sintesi da essi derivati o non correlati, hanno azione antimicrobica, ma solo pochi di tali composti naturali hanno poi applicazione come agenti terapeutici Perché?

3 ANTIBIOTICI Più di recente: qual è vero ruolo in natura degli antibiotici? -Che concentrazione raggiungono nell ambiente? -Quale conseguenze può avere? quorum sensing - modulazione dell espressione

4 ANTIBIOTICI Innanzi tutto, cosa si intende per metaboliti secondari - non essenziali alla crescita e alla riproduzione, prodotti al termine della fase esponenziale di crescita -ogni metabolita secondario è sintetizzato da pochi ceppi, ma alcuni gruppi microbici (ad esempio attinomiceti) sono estremamente versatili - la produzione di metaboliti secondari è strettamente dipendente dalle condizioni di crescita/coltivazione I metaboliti secondari, ad esempio gli antibiotici, sono prodotti come famiglie di composti strutturalmente molto simili (complex)

5 Breve excursus storico - I: ANTIBIOTICI Ehrlich (primi del 900): primo ad utilizzare termine chemioterapia Attraverso l utilizzo di coloranti selettivi, ha intuizione cura sifilide con un composto poco tossico per uomo 1 concetto chiave Domagk (1935): prosegue studi, e con colorante Prontosil (sulfonamide) riesce a curare topi da infezioni batteriche, ma solo in vivo (Nobel) Woods (1938): chiarisce il motivo dell azione benefica del prontosil, è un analogo di un fattore di crescita 2 concetto chiave

6 ANTIBIOTICI Fattore essenziale per la produzione di acido folico, altrettanto indispensabile Batteri lo devono produrre, noi abbiamo trasportatori Modello per ricercare nuove sostanze con meccanismo d azione simile

7 ANTIBIOTICI Breve excursus storico - II: Fleming (1929): Penicillum notatum Florey e Chain (1939): riprendono studi su penicillina e nel 1940 comincia produzione su scala industriale (Nobel) Schatz e Waksman (1944): Streptomyces griseus (Nobel) Da questo momento in poi scoperte e applicazioni si susseguono, e più di nuovi antibiotici sono stati identificati da organismi del suolo. Di questi circa 300 sono diventati farmaci e sono stati commercializzati

8 ATTIVITA ANTIBIOTICA Una sostanza antimicrobica (antibiotico) per essere utile come farmaco deve avere particolari requisiti: 1) deve avere una tossicità selettiva 2) deve avere un alto indice terapeutico, cioè un rapporto tra dose tossica (concentrazione tossica per l ospite) e dose terapeutica (concentrazione necessaria per eliminare il patogeno) 3) deve essere caratterizzata per lo spettro d azione (ampio oppure ristretto) ed il tipo di attività

9 ATTIVITA ANTIBIOTICA Tali definizioni però non dipendono solo dall antibiotico, ma anche - dal microrganismo - dalle condizioni colturali (terreno) - dalla fase di crescita

10 ANTIBIOTICI: determinazione della mic Importante sia in terapia sia per applicazioni di microbiologia industriale, biologia molecolare e genetica

11 ANTIBIOTICI: test di Kirby-Bauer o antibiogramma Importante sia in terapia sia per applicazioni di microbiologia industriale, biologia molecolare e genetica Analogamente, è possibile stimare in modo approssimativo una produzione

12 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA BIOSINTESI DEL PEPTIDOGLICANO: RIASSUNTO Antibiotico Organismo produttore Reazione bersaglio Citoplasma: FOSFOMICINA Streptomyces spp. piruvato UDP-NAG transferasi D-CICLOSERINA Streptomyces lavendulae racemizzaz D-L ala S. orchidaceus, S. garyphalus sintesi D-Ala:D-Ala Membrana: VANCOMICINA Amycolatopsis orientalis transglicosilazione BACITRACINA Bacillus licheniformis, subtilis defosforilazione bactoprenolo-p-p Parete: -LATTAMICI Penicillium, Streptomyces assemblaggio monomeri peptidoglicano

13 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO fase citoplasmatica FOSFOMICINA: analogo strutturale di PEP non si forma NAM Prodotta da diversi Streptomiceti, è antibiotico ad ampio spettro D-CICLOSERINA: analogo strutturale di D-Alanina, impedisce sia la racemizzazione che la dimerizzazione, mostrando alta affinità per entrambi gli enzimi. Prodotta da diversi Streptomiceti, o per sintesi, è antibiotico ad ampio spettro

14 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO fase di membrana VANCOMICINA: antibiotico glicopeptidico (inizialm troppo tossico), prodotto da Streptomiceti. Si attacca a pentapeptide per legame indiretto e impedisce aggancio efficace contro Gram+, no Gram- BACITRACINA: dodecapeptide prodotto da molti Bacilli, necessita di ioni bivalenti (sopratt Zn 2+ ) per espletare sua azione si lega a bactoprenolop-p e impedisce la perdita di un P (ma agisce anche su permeabilità di membrana). Attivo soprattutto verso i Gram+, ma anche contro metanogeni di gruppo I

15 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO fase di membrana vancomicina

16 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO fase esterna ANTIBIOTICI -LATTAMICI: famiglia caratterizzata dalla presenza nella molecola di anello -lattamico. Prodotti sia da funghi (es: Penicillum) che da batteri (es Attinomyces). Il nucleo della molecola funziona come analogo strutturale del dimero D-Ala-D-Ala, impedendo quindi la formazione del 2 legame fondamentale del peptidoglicano Agiscono attraverso il legame a PBP (penicillin binding proteins), tra cui troviamo transpeptidasi e carbossipeptidasi tagliano anello e così si forma legame covalente con enzima

17 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO fase esterna PENICILLINE

18 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO fase esterna PENICILLINE

19 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO fase esterna PENICILLINE

20 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO fase esterna CEFALOSPORINE

21 ANTIBIOTICI CHE AGISCONO SU MEMBRANA CITOPLASMATICA - Si legano a membrana grazie a natura della molecola ed alterano diverse funzioni - Numerosi, ma scarsamente utilizzati in terapia perché molto tossici anche per noi Tre gruppi 1) Polimixine 2) Polipeptidi ciclici 3) Polieni

22 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI DI ACIDI NUCLEICI - inibiscono diverse tappe della sintesi a) metabolismo nucleotidi (es AZASERINA) b) interferenza con funzione di stampo (es ATTINOMICINA D) c) interferenza con sintesi di DNA batterico (es: inibitori delle girasi) d) interferenza con sintesi RNA (es RIFAMICINE) - Numerosi, ma scarsamente selettivi - Alcuni usati in chemioterapia

23 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI PROTEICA - Importanti tanto per ricerca (1961: sintesi proteica in vitro), quanto per terapia, poiché differenza tra ribosomi di eucarioti e procarioti permette di avere selettività

24 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI PROTEICA Inibiscono diverse tappe della sintesi a) inibizione dell inizio della sintesi proteica Bloccano la sintesi proteica interagendo con la subunità 30S del ribosoma e bloccando il processo o causando errori di lettura dell mrna

25 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI PROTEICA a) inibizione dell inizio della sintesi proteica da S. venezuelae Ampio spettro, si lega a 50S e inibisce peptidil-transferasi

26 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI PROTEICA a) inibizione dell inizio della sintesi proteica Eritromicina da S. erithreus Meccanismo d azione simile a streptomicina, più batteriostatico che battericida

27 ANTIBIOTICI CHE INIBISCONO LA SINTESI PROTEICA b) inibizione allungamento polipeptide: TETRACICLINE Numerose, sia naturali che di sintesi, caratterizzate da struttura a 4 anelli condensati Ampio spettro, inibiscono attacco di EFTu-GTPaminoaciltRNA al ribosoma c) inibizione attraverso interazione con rrna

28 ANTIBIOTICI AD AZIONE ANTIBATTERICA - riassunto

29 AGENTI ANTIFUNGINI Moltissimi, ma altrettanto pochi quelli con applicazione terapeutica a causa di scarsa selettività POLIENI: poco solubili, poco diffusibili, inattivati dal siero, tossici! Trattamento micosi profonde. Contraggono legame con steroli di membrana, alterandone la permeabilità. Utilizzate in laboratorio

30 AGENTI ANTIFUNGINI COMPOSTI AZOLICI: Es: miconazolo, benomil

31 AGENTI ANTIFUNGINI inibitori della sintesi della parete è convertito dai funghi in 5- fluoro uracile che si incorpora nell RNA al posto dell uracile (effetti collaterali)

32 ANTIBIOTICI spettro d azione

33 ANTIBIOTICI MECCANISMI DI RESISTENZA 1) Ridotta permeabilità 2) Efflusso 3) Inattivazione dell antibiotico 4) Alterazione del bersaglio 5) Vie biochimiche alternative

34 ANTIBIOTICI MECCANISMI DI RESISTENZA

35 ANTIBIOTICI AUMENTO DI RESISTENZE

36 ANTIBIOTICI AUMENTO DI RESISTENZE *= varianti non trattabili da antibiotici in uso

37 ANTIBIOTICI AUMENTO DI RESISTENZE

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