Antibiotici e Chemioterapici

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1 Antibiotici e Chemioterapici Fine 1800: Ehrlich chemioterapia della sifilide con arsfenamina (Salvarsan) 1929: Fleming penicillina G 1940: forma purificata 1935: Domagk prontosil (colorante azotato) trasformato in vivo in sulfanilamide Antibiotici metaboliti secondari di basso peso molecolare, prodotti da batteri e funghi, capaci di inibire, a basse concentrazioni (dell ordine dei µg/ml), la crescita di altri microrganismi attivamente metabolizzanti Non sono prodotti genici; funzione sconosciuta nel produttore Chemioterapici: Antibiotici sintetici Gli antibiotici sono diversi dai disinfettanti (Antimicrobici tossici ed attivi anche su cellule quiescenti)

2 Antibiotici e Chemioterapici Meccanismo d azione: interferiscono con funzioni essenziali specifiche del microrganismo Tossicità selettiva * Assenza del bersaglio nella cellula eucariotica (es. parete) * Minore affinità per il bersaglio stessa funzione ma strutture diverse (es. ribosomi) * Differente permeabilità (es. tetraciclina: trasporto attivo nella cellula batterica)

3 Principali microrganismi produttori di antibiotici Microrganismo produttore Antibiotico prodotto Anno di scoperta Actinomiceti 70% Funghi 20% Eubatteri 10%

4 Siti bersaglio dell attività di antibiotici e chemioterapici antibatterici Membrana esterna:

5 Attività antimicrobica di alcuni antibiotici antibatterici Attività battericida β-lattamici Bacitracina Chinoloni Glicopeptidi Polimixina Rifamicine Sulfamidici + Trimethoprim Fosfomicina Aminoglicosidi Isoniazide Attività batteriostatica Cloramfenicolo Macrolidi Sulfamidici Trimethoprim Tetracicline Nitrofurani Spectinomicina

6 Antimetaboliti Sulfamidici - Trimethoprim Acido folico acido para-aminobenzoico sulfanilamide trimethoprim sulfametossazolo sulfisossazolo

7 Inibitori della sintesi di acidi Folici Acido p-aminobenzoico + Pteridina Sulfamidici Diidropteroato sintetasi acido Diidropteroico + L-glutamato Diidrofolato sintetasi acido Diidrofolico Trimethoprim Diidrofolato reduttasi Timidina acido Tetraidrofolico Purine Metionina, Glicina

8 Sulfamidici - Trimethoprim Modo di azione I sulfamidici sono analoghi dell acido paraaminobenzoico e inibiscono competitivamente la formazione di acido diidropteroico. Il trimethoprim si lega all enzima diidrofolato reduttasi e inibisce la formazione di acido tetraidrofolico. Spettro di attività Ampio spettro nei confronti di batteri Gram-positivi e Gram-negativi; usati principalmente per le infezioni del tratto urinario e infezioni da Nocardia spp. Resistenza - Comune Terapia di Combinazione I sulfonamidi sono usati in combinazione con il trimethoprim; tale combinazione blocca due passaggi distinti del metabolismo degli acidi folici e previene l emergenza di ceppi resistenti. L associazione è efficace anche per il trattamento di pneumocistosi.

9 Acido Para-aminosalicilico (PAS) (batteriostatico) Modo di azione Simile alle sulfonamidi Spettro di attività Specifico per Mycobacterium tuberculosis Dapsone (batteriostatico) Modo di azione Simile alle sulfonamidi Spettro di attività usato nel trattamento della lebbra (Mycobacterium leprae)

10 Agenti attivi sulla sintesi della parete Battericidi Non attivi su micoplasmi e forme L β-lattamici: penicilline, cefalosporine, monobattamici Fosfomicina Cicloserina Vancomicina e teicomicine Bacitracina Isoniazide Etionamide Etambutolo antimicobatterici

11 Penicilline e cefalosporine Penicilline: derivati dell'acido 6-aminopenicillanico ( fusione di L-cisteina e D-valina) Cefalosporine: Derivati dell'acido 7-aminocefalosporanico Contengono un anello β-lattamico Nelle diverse penicilline e cefalosporine viene sostituita la catena laterale La freccia indica il legame nell'anello β-lattamico idrolizzato dalle β-lattamasi (penicillinasi o cefalosporinasi) Acido 6-amino-penicillanico Acido 7-amino-cefalosporanico A: anello tiazolidinico o diidrotiazinico B: anello β-lattamico R: catena laterale

12 Penicilline e cefalosporine catena laterale anello β-lattamico anello tiazolidinico benzilpenicillina o penicillina G Penicillina G: elevata attività verso la maggior parte dei batteri Gram positivi, scarsa attività verso i Gram negativi; distrutta dall acido e dal β-lattamasi catena laterale anello β-lattamico anello diidrotiazinico Cefalosporine: spettro esteso ai Gram negativi; resistenti ad alcune β-lattamasi Cefalosporina C

13 Penicilline Penicillina V, naturale, acido-resistente Ampicillina, semisintetica, acido resistente, spettro allargato Carbenicillina, semisintetica, acido resistente, spettro allargato (Pseudomonas) Meticillina, semisintetica, acido labile, β-lattamasi resistente Ticarcillina, semisintetica, simile a carbenicillina ma più attiva verso Pseudomonas

14 Cefalosporine

15 β-lattamici: Meccanismo d azione Analogia strutturale con D-Ala-D-Ala Meccanismo d azione più complesso: legame con le Penicillin Binding Protein (PBP) Penicillina D-alanil-D-alanina numerose molecole/cellula sono diverse in batteri diversi catalizzano l incorporazione dei precursori nel peptidoglicano e la formazione dei legami peptidici trasversali, regolando la lunghezza delle catene glicaniche il legame con penicilline e cefalosporine oltre a bloccare l attività transpeptidasica determina l attivazione di murein idrolasi e endopeptidasi con conseguente blocco della sintesi ed autolisi

16 β-lattamici: Meccanismo d azione Funzioni delle Penicillin Binding Proteins (PBP) in E. coli Enzimi che intervengono nella sintesi del peptidoglicano in E. coli: Transpeptidasi (TPD): formazione legami peptidici Endopeptidasi (EPD): rompe legami peptidici formati da TPD, consentendo l allungamento del peptidoglicano nella divisione cellulare Carbossipeptidasi (CPD): rimuove una D-ala terminale dal dimero bloccando la TPD; regola la formazione dei legami peptidici

17 Altri antibiotici β-lattamici Carbapenemici Imipenem, Meropenem attivi sui Gram negativi resistenti alle β-lattamasi Monobattamici Aztreonam prodotto da Chromobacterium violaceum attivo sui Gram negativi resistente alle β-lattamasi

18 Inibitori delle β-lattamasi Analoghi strutturali dei β-lattamici che legano irreversibilmente le β-lattamasi, inattivandole: Acido clavulanico, Sulbactam, Tazobactam Sono utilizzati in associazione con antibiotici β- lattamici: Amoxicillina + Ac.clavulanico (Augmentin, Clavulin) Ticarcillina + Ac.clavulanico (Timentin, Clavucar) Piperacillina + Tazobactam (Tazocin)

19 Altri antibiotici attivi sulla sintesi della parete Fosfomicina: Analogo strutturale del fosfoenolpiruvato, blocca la sintesi di UDP-NAM da UDP-NAG Cicloserina: Analogo strutturale della D-alanina, inibisce la conversione di L-ala a D-ala e la formazione del dimero D-ala-D-ala Bacitracina: inibisce la defosforilazione dell undecaprenolo Vancomicina: si lega al dimero D-ala-D-ala e inibisce la transpeptidazione Isoniazide: analogo strutturale di nicotinamide e piridossamina, inibisce la sintesi degli acidi micolici (micobatteri)

20 Antibiotici che agiscono sulle membrane Polimixine polipeptidi ciclici prodotti da vari batteri appartenenti al genere Bacillus Polimixine, aerosporine, colistine attive nei confronti di batteri Gram negativi simili a detergenti cationici (attive anche sui microrganismi non metabolizzanti) causano la formazione di pori (lisi) battericidi poco usate perché tossiche (uso topico)

21 Antibiotici che inibiscono la sintesi proteica (Macrolidi) Spectinomicina Interazione con subunità ribosomiali 30S e 50S Interazione con subunità libere: blocco iniziale della sintesi proteica Interazione con subunità già legate: blocco di allungamento errori di lettura

22 Inibitori delle funzioni della subunità 30S (inizio SP, caricamento AA-tRNA al sito accettare) alcuni antibiotici aminoglicosidici alcune tetracicline

23 Inibitori delle funzioni della subunità 50S Inibizione della formazione del legame peptidico Inibizione del processo di traslocazione Cloramfenicolo Batteriostatico, ampio spettro Tossico per il midollo osseo Attraversa la barriera-ematoencefalica Clindamicina 7-deossi, 7-cloro derivato dalla Lincomicina meno tossica, Gram+ Macrolidi (anello lattone legato a 1 o + zuccheri) prodotti da Streptomiceti batteriostatici Eritromicina, Josamicina, Azitromicina, Claritromicina Gram+ e alcuni Gram- (Brucelle, Emofili) Acido Fusidico Ac. monocarbossilico insaturo (tipo steroideo) si lega al fattore di allungamento G (EF-G) e ne inibisce l attività GTP-asica Gram+ (Stafilococchi)

24 Antibiotici che inibiscono la sintesi degli acidi nucleici Rifampicina (Me=gruppo metile) Rifamicine (naturali) blocco della trascrizione (blocco subunità β RNA-polimerasi) Gram+ (Micobatteri), Gram- Non tossici Facilmente si selezionano resistenze Chinoloni Chemioterapici di sintesi blocco di DNA girasi e topoisomerasi (blocco replicazione DNA) Gram-; Infezioni tratto urinario Fluorochinoloni Più attivi Infezioni anche sistemiche Ampio spettro (anche Micobatteri) Novobiocina inibisce DNA girasi; Gram+ In campo veterinario

25 Antibiotici che inibiscono la sintesi degli acidi nucleici Nitroimidazoli Metronidazolo Attivo su anaerobi obbligati e protozoi Nitrofurani Nitrofurantoina Particolarmente indicata per le infezioni delle vie urinarie Attivi solo nella forma ridotta che si produce in vivo ad opera di nitroreduttasi batteriche

26 Anno di scoperta e di commercializzazione dei farmaci antifungini 1939 Griseofulvina Azoli Polieni Flucitosina Allilamine Echinocandine 2001 modificata da Sheehan D. et al., Clin. Microbiol. Rev., 1999, 12: 40-79

27 Farmaci antifungini: Griseofulvina La griseofulvina inibisce la mitosi fungina provocando distorsione e rottura del fuso mitotico attraverso l interazione con i microtubuli. E utilizzata per la terapia delle dermatofitosi.

28 Farmaci antifungini: Polieni I polieni, che comprendono l amfotericina B e la nistatina, sono molecole amfipatiche che presentano parti idrofobiche ed idrofiliche. I polieni si interpongono nella membrana fungina interagendo con l ergosterolo e formando canali attraverso i quali i componenti cellulari vengono rilasciati con perdita del gradiente protonico.

29 Meccanismo d azione dell amfotericina B

30 Formulazioni lipidiche dell Amfotericina B Abelcet ABLC Amphotec ABCD Ambisome L-AMB Ribbon-like particles Carrier lipids: DMPC, DMPG Particle size (µm): Disk-like particles Carrier lipids: Cholesteryl sulfate Particle size (µm): Unilaminar liposome Carrier lipids: HSPC, DSPG, cholesterol Particle size (µm) : 0.08 DMPC-Dimyristoyl phospitidylcholine DMPG- Dimyristoyl phospitidylcglycerol HSPC-Hydrogenated soy phosphatidylcholine DSPG-Distearoyl phosphitidylcholine

31 Siti bersaglio di farmaci antifungini nella biosintesi dell ergosterolo Ac-CoA: Acetil CoA AcAc-CoA: Acetoacetil CoA HMG-CoA: β-idrossi-β-metilglutaril CoA

32 Farmaci antifungini attivi sulla biosintesi dell ergosterolo Gli azoli agiscono nei confronti del citocromo P 450 che catalizza la reazione di demetilazione del lanosterolo nella via biosintetica dell ergosterolo. Il citocromo P 450 è un enzima che contiene una molecola eme nel sito attivo. Gli azoli si legano con un atomo d azoto all atomo di ferro della molecola eme prevenendo pertanto l attivazione dell ossigeno che è necessario per la demetilazione del lanosterolo. Le allilamine, che comprendono la naftilina e la terbinafina, ed i tiocarbamati, che comprendono il tolnaftato ed il tolciclato, inibiscono la conversione del 2,3-ossidosqualene da parte dell enzima squalene epossidasi che è il prodotto del gene ERG1. Le morfoline, come l amorolfina, inibiscono due enzimi attivi nella via biosintetica dell ergosterolo, la C-14 sterol reduttasi e la C-8 sterol isomerasi.

33 Farmaci antifungini: derivati azolici Imidazoli Triazoli Itraconazolo Posaconazolo Voriconazolo

34 Formula di struttura di allilamine e morfoline Amorolfina

35 Farmaci antifungini: 5-Fluorocitosina La 5-Fluorocitosina (5FC) viene introdotta all interno della cellula fungina da una citosina permeasi e quindi deaminata a 5-fluorouracile (FU) da una citosina deaminasi che è uno specifico enzima fungino. FU viene convertito nel processo cellulare degli enzimi pirimidinici in 5-fluoro-dUMP (FdUMP) che è un inibitore specifico della timidilato sintetasi, un enzima essenziale per la sintesi del DNA, ed in 5-fluoro-UTP (FUTP) che viene incorporato nell RNA inibendo la sintesi proteica. analogo della citosina inibitore della sintesi degli acidi nucleici

36 Farmaci antifungini attivi sulla parete cellulare: echinocandine Caspofungina mannoproteine β1,3 β1,6 glucani membrana cellulare β1,3 glucan sintetasi chitina ergosterolo Le echinocandine, che comprendono la caspofungina, l anidulafungina e la micafungina, sono inibitori specifici degli enzimi deputati alla sintesi dei β-glucani della parete cellulare fungina.