DEL PEPTIDOGLICANO: I β-lattamici. Nicasio Mancini 16/10/2008

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1 INIBITORI DELLA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO: I β-lattamici Nicasio Mancini 16/10/2008 1

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4 On the antibacterial action of cultures of a penicillium, with special reference to their use in the isolation of Binfluenzae B. British Journal of Experimental Pathology (10: , 1929) Sir Alexander Fleming ( ) 4

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6 STRUTTURA E FUNZIONI DELLA PARETE BATTERICA Conferisce forma e dimensioni alla cellula Lipoteichoic acid GRAM-POSITIVI Peptidoglycan-teichoic acid Protegge dalla lisi osmotica Cytoplasmic membrane Cytoplasm Costituita prevalentemente da strati sovrapposti di un polimero non riscontrabile in nessuna altra struttura: il PEPTIDOGLICANO Outer Membrane Inner (cytoplasmic) membrane Presenza di altri polimeri nei gram-positivi:acidi TEICOCICI Perip plasmic space GRAM-NEGATIVI Porin Braun lipoprotein Cytoplasm Lipopolysaccharide 6

7 PEPTIDOGLICANO E ACIDI TEICOICI: molecole non presenti nelle cellule eucariotiche BERSAGLI IDEALI 7

8 IL PEPTIDOGLICANO NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM L-R1 D-Glu L-R3 D-Ala NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM 8 NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM NAG NAM

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10 DIVERSE STRUTTURE DI BASE DEL MONOMERO DI PEPTIDOGLICANO 10

11 SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO: FASE CITOPLASMATICA MurA D-Ala D-Ala Citoplasma NAG UDP MurB NAM UDP Ligasi specifiche 11

12 SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO: FASE CITOPLASMATICA 12

13 SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO: FASE DI MEMBRANA Membrana Carrier lipidico NAM NAG NAG TRANSGLICOSILAZIONE 13

14 SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO: FASE CITOPLASMATICA 14

15 SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO: FASE EXTRACELLULARE TRANSPEPTIDAZIONE 15

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17 Le reazioni di TRANSGLICOSILAZIONE e di TRANSPEPTIDAZIONE sono a carico di proteine della membrana batterica chiamate PBP = penicillin binding proteins 17

18 PBP DI E. coli 18

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20 EQUILIBRIO DINAMICO TRA ATTIVITÀ BIOSINTETICHE E DEGRADATIVE DELLA PARETE - Transpeptidasi p - Transglicosilasi IDROLASI - Muramidasi - Glucosaminidasi - Amidasi - Endopeptidasi - Carbossipeptidasi 20

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22 LE PENICILLINE NATURALI Capostipiti dei β-lattamici Acidi forti = Difficoltà ad attraversare le membrane lipidiche Nessun problema per i gram-positivi Necessità di porine per i gram-negativi Ampio spettro Anello β-lattamico 22

23 MECCANISMO D AZIONE ANCORA NON BEN CHIARITO I β-lattamici sono inibitori irreversibili dell attività transpeptidasica e carbossipeptidasica delle PBP L anello β-lattamico mimerebbe la conformazione del dimero D-Ala D-Ala riconosciuto dalle PBP 23

24 LO SPETTRO D AZIONE DI OGNI β-lattamico è INFLUENZATO DALLA AFFINITÀ DELLE VARIE MOLECOLE PER LE DIVERSE PBP 24

25 EMERGENZA DELLA RESISTENZA Antibiotico Anni per Anni per Anno di osservare osservare 25% introduzione resistenza di resistenza in ospedale Anni per osservare 25% di resistenza in comunità Penicillina Oggi circa il 95% di isolati di S. aureus è resistente alle penicilline naturali 25

26 β-lattamasiβ Enzimi secreti nello spazio periplasmico dei gram-negativi o nel medium extracellulare dei gram-positivi Descritte più di 400 molecole diverse Idrolizzano inattivandolo l anello β-lattamico MECCANISMO PIÙ DIFFUSO DI RESISTENZA 26

27 DEGRADAZIONE DELL ANTIBIOTICO 27

28 NON TUTTI I β-lattamici SONO UGUALMENTE SUSCETTIBILI AI DIVERSI TIPI DI β-lattamasi 28

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30 Cefalosporine: antibiotici inizialmente non idrolizzabili dalle β-lattamasi selezionate dai primi i β-lattamici STRUTTURA BASE DELLE DIVERSE CLASSI DI β -LATTAMICI 30

31 CLASSIFICAZIONE DELLE β-lattamasi 31

32 CLASSIFICAZIONE DELLE β-lattamasi β-lattamasi a serina: sito attivo con caratteristiche simili a quello delle PBP. Possibile loro evoluzione da PBP ancestrali dimostrata da regioni altamente conservate. SONO LE PIU DIFFUSE. Metallo-β-lattamasi: β lattamasi: sito attivo contenente residui capaci di legare come cofattori due ioni Zn 2+. AMPIO SPETTRO D AZIONE. 32

33 ESBL: β-lattamasi A SPETTRO ESTESO Enzimi capaci di idrolizzare un numero più ampio di antibiotici β-lattamici Maggiore diffusione in ambiente ospedaliero Associate a maggiori morbidità e mortalità Origine da β-lattamasi a spettro ristretto con mutazioni puntiformi che modificano il sito attivo dell enzima AMPLIANDONE LO SPETTRO D AZIONE 33

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35 LE ESBL (A SERINA) CONFERISCONO DI SOLITO RESISTENZA A TUTTI I β- LATTAMICI TRANNE COMBINAZIONI CON INIBITORI E CARBAPENEMICI LE ESBL (METALLOENZIMI) CONFERISCONO DI SOLITO RESISTENZA A TUTTI I β- LATTAMICI TRANNE AZTREONAM 35

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38 GENETICA β-lattamasiβ Cromosomiche (soprattutto in alcune specie di gram-negativi: g RESISTENZE COSTITUTIVE) PIÙ FREQUENTEMENTE PLASMIDICHE (rapida diffusione) Contenute in frammenti trasmissibili Possibili meccanismi di induzione controllati da geni regolatori (blai; blar) 38

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40 METICILLINA Antibiotico non sensibile alle β- lattamasi più diffuse Introdotto nel 1960 per far fronte al dilagare delle resistenze mediate dalle β-lattamasi negli stafilococchi 40

41 EMERGENZA DELLA RESISTENZA Antibiotico Anni per Anni per Anno di osservare osservare 25% introduzione resistenza di resistenza in ospedale Anni per osservare 25% di resistenza in comunità Penicillina Meticillina Oggi fino al 60-70% degli stafilococchi ospedalieri è resistente alla meticillina 41

42 MECCANISMO DELLA METICILLINO-RESISTENZA Sintesi di una PBP (PBP2a) caratterizzata da una minore affinità per i β-lattamici a fronte di una sufficiente attività transpeptidasica Resistenza codificata dal gene meca descritto unicamente all interno di una cassetta genica particolare (SCC staphylococcal cassette chromosome) 5 diversi tipi di cassette sulla base del tipo di ricombinasi presente e dell organizzazione generale 42

43 SINTESI DI UN TARGET ALTERATO 43

44 LA RESISTENZA meca-mediata ALL OXACILLINA COMPORTA LA RESISTENZA A TUTTI I BETA-LATTAMICI DISPONIBILI FREQUENTISSIMA ASSOCIAZIONE CON RESISTENZE AD ALTRE CLASSI DI ANTIBIOTICI 44

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46 CASSETTA SCCmec Frammento di DNA di lunghezza variabile (21-67 kb) integrato nel genoma degli stafilococchi meticillino- resistenti (MRSA) Integrazione costante nei pressi dell origine di replicazione del cromosoma Presenza ai due lati della cassetta di una sequenza conservata di 15 bp (attbscc) 46

47 CASSETTA SCCmec Elemento mobile atipico per l assenza di elementi caratteristici di trasposoni, integroni, plasmidi integrati o geni fagici Es. una delle due sequenze attbscc si trova all interno della cassetta (a differenza delle DR dei trasposoni) Presenza di inverted repeats incomplete probabilmente riconosciute dalle ricombinasi codificate dalla cassetta Assenza di geni per fattori di patogenicità (come nelle pathogenicity islands) 47

48 CASSETTA SCCmec geni ccr: enzimi i di mobilizzazione i geni mec: meca e geni regolatori (meci e mecr) geni codificanti resistenze ad altre classi di antibiotici 48

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50 DIFFUSIONE CLONALE DELLA METICILLINO-RESISTENZA 50

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