Farmaci antibatterici e resistenza batterica ai chemioterapici
La scoperta della penicillina La storia degli antibiotici comincia nel 1929, quando Fleming, studiando varianti dello Stafilococco, osservò che una muffa che contaminava una delle sue culture aveva inibito intorno a sé la crescita dello stafilococco. Alone di inibizione Inoltre, Fleming osservò che il brodo di coltura in cui erano cresciuti i funghi presentava un potente effetto inibitorio nei confronti di molti microrganismi. Poiché la muffa apparteneva alla specie Penicillum notatum, Fleming chiamò questa sostanza antibatterica Penicillina
Dieci anni dopo la Penicillina fu prodotta come farmaco somministrabile per via sistemica mostrando effetti terapeutici molto significativi quando somministrato per via parenterale in topi in cui era stata indotta una infezione da Streptococchi. Nonostante le enormi difficoltà incontrate nella produzione di Penicillina in laboratorio, nel 1941 fu possibile ottenerne una quantità sufficiente per iniziare gli studi su pazienti affetti da gravi infezioni da Stafilococchi e Streptococchi, resistenti a tutte le altre terapie.
Definizione e caratteristiche Antibiotici: sostanze prodotte da varie specie di microrganismi (batteri o funghi) che inibiscono o sopprimono la crescita di altri microrganismi e ne possono causare la distruzione. Chemioterapici: farmaci antibatterici prodotti per sintesi chimica. Antimicrobici: sostanze utilizzate nel trattamento delle malattie infettive. Nel contesto delle malattie infettive, implica che l agente non è un antibiotico in senso stretto, ovvero che origina da batteri e funghi, ma che è ancora utilizzato nel trattamento delle infezioni. Oggi gli antibiotici sono in gran parte prodotti industrialmente per sintesi, e gli Antibiotici e Chemioterapici in uso sono derivati semisintetici delle molecole prodotte dai microrganismi, pertanto la distinzione non è assoluta.
Dal punto di vista pratico i farmaci antibatterici possono essere divisi in due categorie: Farmaco batteriostatico: inibisce/ferma la replicazione batterica, permettendo alle difese dell ospite di reagire, ma non uccide le cellule Farmaco battericida: uccide i microrganismi Questa classificazione ha però delle limitazioni poiché la distinzione dipende anche dalla specie batterica, infatti, alcuni farmaci considerati batteriostatici per alcuni possono essere battericidi per altri batteri. L azione può, inoltre, dipendere anche dalla concentrazione dell antibiotico i farmaci batteriostatici a concentrazioni elevate finiscono con l uccidere il batterio.
Dal punto di vista terapeutico, comunque, sia i farmaci batteriostatici che quelli battericidi sono ugualmente efficaci in quanto anche un batterio inibito nella sua moltiplicazione, e non solo un batterio ucciso è facilmente eliminato dalle difese dell organismo. Quindi le due classi di farmaci sono equivalenti per il trattamento di molte malattie infettive in individui immunocompetenti.
Spettro - un espressione che definisce le categorie di microrganismi versi i quali un antimicrobico è tipicamente attivo. Un antibiotico a spettro-ristretto è attivo solo nei Un antibiotico a spettro-ristretto è attivo solo nei confronti di un ridotto tipo di microrganismi, mentre un antibiotico ad ampio-spettro è attivo contro diversi tipi di microrganismi (ad esempio sia Gram-positivi che Gram-negativi).
Selettività Idealmente, una sostanza ad azione antimicrobica dovrebbe avere effetto massimo sulla cellula batterica e scarso o nessun effetto sulle cellule umane. Alcune attività metaboliche della cellula batterica differiscono significativamente da quelle delle cellule umane. Le cellule procariotiche hanno inoltre differenze sostanziali dal punto di vista strutturale rispetto ad una cellula eucariotica. Le molecole ad attività antibiotica o chemioterapica sfruttano queste differenze.
Una caratteristica che accomuna tutti i farmaci antibatterici è rappresentata dal fatto che di norma essi agiscono inibendo una determinata via metabolica essenziale per il batterio; E sono attivi solo nei confronti di batteri attivamente metabolizzanti; Ciò li differenzia dai disinfettanti Molecole che agiscono denaturando alcuni componenti strutturali della cellula batterica e sono, pertanto, attivi nei confronti dei batteri indipendentemente dalla loro situazione metabolica. Antibiotici vs batteri attivamente metabolizzanti Disinfettanti vs batteri indipendentemente dal metabolismo
Un bilanciamento delicato: Antibiotici vs Microbiota Gli antibiotici sono uno strumento valido e potenzialmente salva-vita che ha ridotto significativamente la mortalità e la morbilità umana. Purtroppo l uso di antibiotici può anche avere conseguenze non intenzionali dovute ai loro effetti off-target che possono aumentare il rischio di comparsa di molte condizioni a lungo termine. Numerose evidenze e recenti studi epidemiologici hanno individuato un possibile collegamento fra l utilizzo degli antibiotici nell infanzia e malattie metaboliche come l obesità. Si ritiene che il dissesto (squilibrio) del normale microbiota intestinale ne sia la causa più probabile.
Classificazione dei farmaci ad azione antimicrobica Target verso cui sono diretti 1. Inibizione della sintesi della parete cellulare batterica; 2. Alterazione della permeabilità e della struttura delle membrane cellulari; 3. Inibizione della sintesi proteica: alterazione delle funzioni delle subunità ribosomali 30S e 50S; 4. Inibizione della sintesi degli acidi nucleici; 5. Attività anti-metabolica;
Bersagli degli antibiotici
Antibiotici che agiscono sulla sintesi della parete cellulare Il peptidoglicano della parete cellulare batterica non è presente nelle cellule umane, pertanto esso rappresenta un bersaglio ideale per l antibiotico terapia.
La sintesi del peptidoglicano può essere suddivisa in 3 tappe 1. Sintesi dei precursori nel citoplasma 2. Trasporto dei precursori attraverso la membrana citoplasmatica 3. Inserimento dei precursori nella parete cellulare
Inibitori della prima tappa
Inibitori della seconda tappa Inibitori della terza tappa
Inibitori della prima tappa del metabolismo del peptidoglicano La prima tappa nella sintesi del peptidoglicano avviene nel citoplasma, dove vengono sintetizzate le unità fondamentali (Nucleotide di Park) della struttura portante del peptidoglicano: NAG e NAM La D-cicloserina è un analogo strutturale della D-alanina. Inibisce in maniera competitiva due enzimi coinvolti nella formazione del dipeptide D-alanil-Dalanina: -La Racemasi che converte la L-alanina nel suo stereoisomero D, - La Sintetasi che catalizza la formazione del legame peptidico tra le due molecole di D-alanina
Cicloserina La Cicloserina è una molecola ciclica. La stabile struttura dell anello favorisce il legame alla Racemasi e alla Sintetasi, preferenzialmente rispetto ai substrati naturali. Ciò risulta in una inibizione competitiva di questi enzimi. La Cicloserina è neurotossica, attraversa efficacemente la barriera ematoencefalica, penetra facilmente all'interno del SNC, provocando svariati effetti collaterali. E poco usata clinicamente, eccetto per il trattamento delle infezioni da Mycobacterium tuberculosis resistenti agli altri farmaci. Antitubercolare
Inibitori della prima tappa del metabolismo del peptidoglicano La Fosfomicina è un analogo strutturale del fosfoenolpiruvato. La reazione di condensazione tra UDP-Nacetil glucosamina e fosfoenolpiruvato negli stadi iniziali della sintesi del peptidoglicano rappresenta il target d azione della Fosfomicina. Impedisce la sintesi dell acido N-acetilmuramico, legandosi covalentemente al sito attivo dell enzima piruvato-udp-nag trasferasi.
Caratteristiche della fosfomicina La Fosfomicina è un antibiotico naturale a carattere acido, ad ampio spettro, prodotta da alcune specie di Streptomyces. Al giorno d'oggi la molecola viene ottenuta mediante sintesi chimica. Nel corso degli anni Fosfomicina ha sostanzialmente mantenuto il suo spettro di attività e la percentuale di ceppi batterici resistenti si è mantenuta stabile. E solitamente indicata nel trattamento delle infezioni del tratto urinario (cistite). Il farmaco è ben tollerato e presenta una bassa incidenza di effetti collaterali ed avversi. Tuttavia, l insorgere di resistenza in corso di terapia è un evento relativamente frequente e rende tale antibiotico inadatta per il trattamento prolungato di infezioni gravi.
Inibitori della seconda tappa del metabolismo del peptidoglicano La seconda tappa della sintesi del peptidoglicano avviene sulla superficie interna della membrana citoplasmatica dove l N-acetilmuramil-peptide viene legato da un trasportatore lipidico BACTOPRENOLO, questo trasloca la subunità completa all esterno della membrana citoplasmatica.
Caratteristiche della bacitracina La Bacitracina è un antibiotico polipeptidico prodotto da un ceppo di Bacillus subtilis, Inibisce la defosforilazione del trasportatore lipidico di membrana il bactoprenolo Lega il bactoprenolo-difosfato e blocca la rigenerazione del bactoprenolo-monofosfato. E un polipeptide ciclico si utilizza spesso il sale di zinco della Bacictracina in combinazione con altri antibiotici per curare una serie di infezioni di occhi e pelle. Viene spesso usato per trattamenti topici.
Test della bacitracina
Inibitori della terza tappa del metabolismo del peptidoglicano La terza tappa avviene nel contesto del peptidoglicano e nello spazio periplasmico (Gram-), dove l unità basale, liberata dal legame del trasportatore lipidico, si unisce all estremità in accrescimento di una catena di peptidoglicano (transpeptidazione). Molti antibiotici agiscono su questa tappa. I glicopeptidi come la Vancomicina, Teicoplanina e la Ristocetina
Caratteristiche dei glicopeptidi I glicopeptidi legano l estremità D-alanina-D-alanina del pentapeptide ed impediscono l azione della transpeptidasi sequestrandone il substrato. L effetto è l impedimento della formazione dei legami trasversali del peptidoglicano. Sono Battericidi ed attivi soprattutto contro i batteri Gram-positivi Sono utilizzati in infezioni da batteri Gram-positivi Multi drug resistant (MDR) (ceppi di S. aureus MRSA) Nessuno di questi agenti viene assorbito per via orale Un farmaco correlato, la Telavancina, è stato creato addizionando una coda lipidica nello scheletro glicopeptidico, dando così un vantaggio teorico nella sua attività sulla membrana cellulare e sulla parete cellulare; il suo utilizzo clinico resta tuttavia da definire.
Inibitori della terza tappa del metabolismo del peptidoglicano: Antibiotici β-lattamici Tutte le operazioni terminali di polimerizzazione, transpeptidazione ed inserimento delle unità peptidoglicaniche nella parete cellulare sono catalizzate da una serie di enzimi, Transpeptidasi, che presentano la caratteristica assolutamente peculiare di legare covalentemente la Penicillina ed altri antibiotici β-lattamici e sono noti, pertanto, come: Proteine leganti la Penicillina o PBP (Penicillin-binding proteins). Gli antibiotici β-lattamici sono analoghi strutturali del dipeptide D-alanina- D-alanina, devono la loro azione antibatterica proprio alla capacità di legarsi alle PBP inibendo la sintesi del peptidoglicano. I β-lattamici inibiscono le penicillin binding proteine coinvolte nella transpeptidazione.
Antibiotici β-lattamici Le proprietà farmacologiche includono la resistenza agli acidi gastrici, che permette la somministrazione orale dell antibiotico ed una diversa distribuzione nei compartimenti del corpo (sangue, liquor, articolazioni). Gli antibiotici β-lattamici sono generalmente il farmaco di elezione per le infezioni causate da organismi sensibili grazie alla loro azione battericida e alla bassa tossicità. Inoltre presentano anche un grande valore nella prevenzione di molte infezioni, come ad esempio le infezioni nei siti chirurgici. Molti di essi sono inoltre secreti dal rene e raggiungono elevati livelli nelle vie urinarie.
Tutti i batteri posseggono un numero variabile di PBP. Le PBP differiscono in base alla loro affinità per i diversi antibiotici β-lattamici. Le PBP ad elevato peso molecolare comprendono la Transpeptidasi responsabile della sintesi del peptidoglicano. Le altre PBP sono enzimi necessari per il mantenimento della forma del batterio e per il processo di formazione del setto al momento della divisione. E. coli possiede almeno 7 PBP
L inibizione delle PBP, può portare ad un difetto della parete cellulare e conseguente lisi cellulare ritardata oppure può determinare una perdita di forma ed allungamento della cellula. Spesso l azione dei β-lattamici causa la rapida lisi del microrganismo. β-lattamico
Caratteristiche degli Antibiotici β lattamici Gli antibiotici β-lattamici sono battericidi l evento finale del loro meccanismo d azione è la lisi della cellula batterica. L uccisione dei batteri comporta assottigliamento o rottura del peptidoglicano e attivazione e liberazione di enzimi autolitici. E infatti noto che la lisi cellulare non è solo la conseguenza dell arresto della sintesi del peptidoglicano, Ma è anche il risultato dell attivazione di enzimi in grado di depolimerizzare il peptidoglicano stesso: mureina-idrolasi o autolisine. Le mureina idrolasi potrebbero svolgere attività nei processi correlati alla divisione cellulare; non è nota la relazione esistente tra inibizione dell attività delle PBP e attivazione delle autolisine. Evidenze sperimentali suggeriscono che l esposizione dei batteri agli antibiotici β-lattamici comporti la perdita di un inibitore delle autolisine.
Antibiotici β lattamici: meccanismo dell azione battericida
Gli antibiotici β-lattamici sono accomunati dalla presenza di un anello tetratomico azetidinico β-lattamico. Le 4 classe principali: Penicilline, Cefalosporine, Carbapenemi, Monobattami differiscono per la struttura legata all anello β-lattamico. All interno di queste classi principali differenze nel sito di attacco delle catene laterali al doppio o singolo anello possono determinare differenze nello spettro d azione e nelle proprietà farmacologiche.
Spettro d azione Le varie penicilline differiscono per il radicale acilico condensato con il gruppo amminico. La Pennicillina G è attiva contro i batteri Gram-positivi, ma non è attiva contro i Gram-negativi per la difficoltà ad attraversare la membrana esterna e per la presenza delle b-lattamasi nel periplasma. Le Pennicilline semisintetiche, resistenti alle beta-lattamasi, sono state ottenute per modificazione della catena laterale legata al gruppo amminico: Meticillina; Oxacillina; Dicloxacillina, e agiscono contro un ampio range di batteri. Tra le pennicilline ad ampio spettro le più efficaci sono le aminopennicilline, come: Ampicillina e Amoxicillina. Queste sono attive anche contro i batteri Gram-negativi ma sono tuttavia sensibili alle beta-lattamasi batteriche.
Cefalosporine Le cefalosporine sono classificate in generazioni: prima, seconda, terza, quarta o quinta. Il termine generazione è correlato alle scoperte che storicamente hanno portato all espansione del loro spettro d azione attraverso la modificazione delle catene laterali. In generale una cefalosporina di più alta generazione ha uno spettro d azione più ampio, e in alcuni casi, maggiore attività quantitativa (MIC più bassa) contro i batteri Gram-negativi. Se da un lato lo spettro d azione contro i batteri Gram-negativi aumenta, dall altro lato questi agenti tipicamente perdono parte della loro efficacia (MIC più alta) contro i batteri Gram-positivi. Cefalosporine di quarta-generazione hanno una maggiore capacità di penetrazione nella membrana esterna. Cefalosporine di quinta-generazione hanno la capacità unica di uccidere ceppi MRSA.
Carbapenemi. I carbapenemi l imipenem, il meropenem e il doripemen hanno uno spettro d azione più ampio rispetto agli antibiotici β-lattamici. Questa proprietà sembra essere dovuta alla combinazione di una facile capacità di penetrazione nelle cellule batteriche sia di Gram-positivi che Gram-negativi e ad alti livelli di resistenza alle β-lattamasi. Monobattami. L Aztreonam è il primo tra i monobattami ad essere stato autorizzato negli Stati Uniti, ha uno spettro d azione limitato a batteri Gram-negativi aerobi ed anaerobi facoltativi, incluso Enterobacteriaceae, P. aeruginosa, Haemophilus e Neisseria. I monobattami hanno una scarsa affinità per le PBPs di batteri Grampositivi e di anaerobi stretti e ciò è evidenziato dalla scarsa attività contro di essi. Tuttavia i monobattami sono altamente resistenti all idrolisi determinata dalle β-lattamasi di bacilli Gram-negativi.
Resistenza ai β lattamici: β-lattamasi L anello β-lattamico è il punto debole degli antibiotici β-lattamici, Il legame CO-N può essere attaccato da alcuni enzimi, le β-lattamasi con conseguente produzione di acido penicilloico inattivo. I diversi microrganismi elaborano distinte β-lattamasi. La specificità di substrato di alcuni di questi enzimi è relativamente ristretta, per questo motivo alcuni di questi enzimi sono spesso definiti penicillinasi, cefalosporinasi o carbapenemasi Altri enzimi ad ampio spettro d azione sono meno discriminanti e possono idrolizzare differenti antibiotici β-lattamici. Una serie di β-lattamici hanno tuttavia la capacità di legare irreversibilmente gli enzimi β-lattamasi rendendoli inattivi. Tra questi composti l acido clavulonico e il tazobactam sono noti come inibitori suicidi, cioè in seguito alla loro idrolisi da parte di una β-lattamasi ne diventano efficaci inibitori.
Il meccanismo centrale della resistenza agli antibiotici β-lattamici consiste certamente nella produzione di β-lattamasi, enzimi largamente diffusi sia tra i batteri Gram+ che Gram-; Esse sono in grado di idrolizzare il legame amidico dell anello β-lattamico delle penicilline e delle cefalosporine con produzione di un derivato inattivo. I batteri Gram+ producono una gran quantità di β-lattamasi che sono, di regola, inducibili ed esocellulari: secrete nello spazio extracellulare. La maggior parte di questi enzimi sono Penicillasi. Nei batteri Gram- le β-lattamasi possono essere sia inducibili che costitutive, sono a codificazione sia cromosomica che plasmidica e sono intracellulari essendo localizzate nello spazio periplasmico.
Le β-lattamasi sono: Inducibili ed Esocellulari nei Gram-positivi Endocellulari Inducibili o Costitutive nei Gram-negativi
Antibiotici che agiscono sulla membrana citoplasmatica: le Polimixine Le polimixine sono un gruppo di antibiotici, prodotti da Bacillus polymyxa, attivi solo nei confronti dei batteri Gram-negativi alla cui membrana esterna si legano specificamente distruggendone le proprietà osmotiche e provocando la fuoriuscita di composti intracellulari. Il loro meccanismo d azione è abbastanza peculiare in quanto sono antibiotici che agiscono in maniera analoga ai disinfettanti, sono agenti tensioattivi cationici e provocano l alterazione di strutture cellulari piuttosto che inibire i processi biosintetici. Esse, pertanto, sono attive anche nei confronti di batteri non metabolizzanti. In conseguenza del loro meccanismo d azione le Polimixine sono piuttosto tossiche anche per le cellule eucariotiche e il loro impiego è limitato ai trattamenti topici, spesso in combinazione con altri agenti antimicrobici, nel trattamento di infezioni a carico della cute, dell'occhio e dell'orecchio.
Struttura chimica di una Polimixina Le polimixine sono molecole costituite da un peptide ciclico, legato a un polipeptide lineare che termina con una molecola di acido grasso. La presenza nella molecola di una porzione idrofila e una idrofoba consente a questi antibiotici di inserirsi tra lo strato proteico e quello lipidico alterando la permeabilità della membrana. Le polimixine fungono da detergenti cationici e agiscono rimpiazzando competitivamente gli ioni Mg 2+ e Ca 2+ dei gruppi fosfato carichi negativamente delle membrane lipidiche. Il risultato è la distruzione delle membrane.
Antibiotici attivi sulla sintesi proteica Un gruppo assai numeroso di antibiotici deve la propria azione antibatterica all interferenza con la sintesi proteica intervenendo con diversi meccanismi di cui i principali sono rappresentati dalla interazione con l una o l altra delle subunità ribosomali. Poiché i ribosomi batterici sono significativamente diversi dai ribosomi delle cellule eucariotiche, tutti gli antibiotici che interagiscono con le subunità ribosomali sono abbastanza selettivi per poter essere impiegati nella terapia antibatterica. A: Aminoglicosidi T: Tetracicline C: Cloramfenicolo E: Eritromicina
Tetracicline Le tetracicline sono un gruppo di antibiotici prodotti da Streptomiceti e caratterizzati da una struttura molecolare tetraciclica: 4 anelli di benzene fusi La loro azione antibatterica è dovuta ad un blocco della sintesi proteica in una fase molto iniziale Tali farmaci legano la subunità ribosomiale 30S subito dopo il legame dell mrna, impedendo l attacco dell aminoacil-trna a livello del codone di inizio e bloccando la formazione del polisoma.
Tetracicline Le tetracicline sono dotate di azione batteriostatica, più che battericida, nei confronti di batteri sia Gram-positivi che Gram-negativi sono antibiotici ad ampio spettro attivi contro specie aerobie ed anaerobie. Sono inoltre attivi contro batteri intracellulari e contro i Mycoplasmi privi di parete cellulare. In passato in alcuni Paesi sono stati largamente utilizzati oltre che in campo medico anche come integratori alimentari negli allevamenti animali. A causa dell ampio uso non medico degli antibiotici si è sviluppata una diffusa resistenza a questi farmaci, tanto che questo tipo di applicazione viene oggi vivamente scoraggiato. Molecole appartenenti a tale gruppo oggi ampiamente utilizzate sono la tigeciclina e la doxiciclina, le quali sono assorbite per via orale ma possono essere chelate da alcuni alimenti (prodotti lattiero caseari)
Aminoglicosidi Gli aminoglicosidi (Streptomicina, Gentamicina, etc.) consistono di due o più aminozuccheri uniti da un legame glicosidico a un nucleo esoso che generalmente è in posizione centrale. Sono antibiotici attivi nei confronti di batteri sia Gram-positivi che Gram-negativi che sono in grado di internalizzarli attraverso un meccanismo che coinvolge la fosforilazione ossidativa. Pertanto non sono attivi contro i microrganismi anaerobi obbligati e quelli che hanno un metabolismo di tipo fermentativo. Mentre la maggior parte degli inibitori della sintesi proteica microbica hanno azione batteriostatica, gli aminoglicosidi sono battericidi. Questa classe di antibiotici non è in grado di penetrare nelle cellule eucariotiche pertanto non ha azione contro i microrganismi intracellulari. Possono causare tossicità renale e vestibolare pertanto il loro utilizzo va monitorato, ciononostante il loro ampio spettro d azione e la ridotta insorgenza di resistenze ne aumenta l utilizzo.
Aminoglicosidi Gli aminoglicosidi agiscono legandosi irreversibilmente alla subunità ribosomiale 30S, bloccano di conseguenza l inizio della sintesi proteica e portano all accumulo di complessi di inizio anomali. Molecole di più recente sintesi sono in grado di legare anche la subunità 50S, conferendogli un più ampio spettro d azione. Tali agenti possono anche causare distorsione del sito di attacco dell mrna, traslazione dei codoni, e quindi un alterata lettura dell mrna e il fallimento della produzione di corrette sequenze aminoacidiche nelle proteine. Sembra esservi una stretta correlazione tra attività battericida e capacità di indurre un errata lettura dell mrna. Il valore clinico degli aminoglicosidi è una conseguenza della loro rapida azione battericida, del loro ampio spettro d azione e del lento sviluppo di resistenza batterica, includendo la mantenuta attività contro ceppi di Pseudomonas resistenti a molti altri farmaci.
Aminoglicosidi La gentamicina e la tobramicina sono i principali aminoglicosidi; essi hanno un ampio spettro che include le Enterobacteriaceae, e di particolare importanza P. aeruginosa. Ci sono a volte benefici nel trattamento di infezioni serie causate da batteri patogeni Gram-positivi come S. aureus ed enterococchi, sebbene solo quando usati in combinazione con altri farmaci. Streptomicina e amicacina sono ora usati primariamente in combinazione con altri agenti antimicrobici nella terapia della tubercolosi e altre malattie da Micobatteri. La Neomicina, il più tossico degli aminoglicosidi, è usata nelle preparazioni topiche ed è utilizzata come preparazione orale prima di alcuni tipi di chirurgia intestinale, poiché è scarsamente assorbita. Gli amminoglicosidi determinano minori disturbi al microbiota residente rispetto a molti altri antimicrobici ad ampio spettro, probabilmente a causa della loro mancanza di attività contro la flora anaerobica predominante dell intestino, e anche perché sono spesso utilizzati per via parenterale per le infezioni sistemiche.
Streptomicina Oggi è noto che per questa capacità di indurre un alterata lettura dell mrna la Streptomicina è in grado di sopprimere alcune mutazioni nel genoma batterico che di per sé sarebbero letali per il microrganismo, il quale può, pertanto, replicarsi solo in presenza di streptomicina, questo determina l insorgenza di mutanti Streptomicino-dipendenti
Cloramfenicolo Il cloramfenicolo inibisce la sintesi proteica legandosi alla subunità 50S in corrispondenza del sito peptidil-transferasico, blocca la peptidil-transferasi e inibisce la formazione del legame peptidico. Ha un azione batteriostatica poiché la sua azione è reversibile nella maggior parte delle specie batteriche sensibili Il Cloramfenicolo ha una semplice struttura ad anello nitrobenzenico e può essere prodotto in grandi quantità mediante sintesi chimica.
Cloramfenicolo La maggiore problematica di questo economico antibiotico ad ampio spettro con alcune caratteristiche farmacologiche ideali è rappresentata da una rara ma seria tossicità. Sono sensibili all azione del cloramfenicolo anche i ribosomi mitocondriali; Ciò determina l inibizione da parte dell antibiotico di cellule eucariotiche in rapida crescita e con elevata attività mitocondriale come le cellule staminali del midollo osseo Ciò può determinare anemia aplastica e tossicità La sua penetrazione nel Sistema Nervoso Centrale (SNC) e la sua attività contro microrganismi anaerobi ne giustifica l impiego nel trattamento degli ascessi cerebrali. In alcuni paesi in via di sviluppo il cloramfenicolo è utilizzato più diffusamente dato il suo basso costo ed approvata efficacia in malattie come febbre tifoide e meningite batterica.
Macrolidi I macrolidi (eritromicina, claritromicina, azitromicina, etc.) inibiscono la sintesi proteica legandosi reversibilmente alla subunità ribosomiale 50S; Inibiscono la tappa della traslocazione nella sintesi proteica operata dal ribosoma stesso; Generalmente i macrolidi sono batteriostatici ma, ad alte dosi, divengono anche battericidi; Il loro spettro d azione è poco più ampio di quello delle penicilline includendo anche alcuni Gram- ad esclusione degli enterobatteri. L eritromicina è generalmente usata in clinica nei pazienti allergici ai β-lattamici.
Lincosamidi I lincosamidi sono una classe di antibiotici di cui fanno parte la lincomicina e clindamicina, attiva sia su batteri aerobi che anaerobi Gram positivi, ma anche specie Gram-negative (B. fragilis). Importante l'utilizzo alternativo alla penicillina nei pazienti allergici ai β-lattamici. Sono antibiotici batteriostatici con un meccanismo e spettro d azione simile a quello dei macrolidi, pur avendo una struttura chimica molto diversa.
Acido fusidico L acido fusidico è un antibioico steroideo che esplica la sua azione di tipo batteriostatico interagendo con il fattore extra-ribosomale G (EF-G) necessario per il processo di allungamento della catena polipeptidica. In presenza di acido fusidico si ha la stabilizzazione del EF-G/GTP/ribosoma, complesso La formazione del complesso causa il conseguente impedimento della traslocazione in quanto il fattore di allungamento non è utilizzabile perché legato all antibiotico e il ribosoma è incapace di muoversi lungo l mrna. L'acido fusidico è un antibiotico batteriostatico che viene spesso utilizzato per via topica in creme e colliri, ma può anche essere somministrato per via sistemica sotto forma di compresse o iniezioni.
I chinoloni e la novobiocina I chinoloni hanno un nucleo di due anelli a sei membri fusi e quando avviene la sostituzione con un atomo di fluoro diventano fluorochinoloni, che sono attualmente i chinoloni dominanti per il trattamento delle infezioni batteriche. I fluorochinoloni attualmente in uso sono la ciprofloxacina, la levofloxacina, la gemifloxacina e la moxifloxacina. Il target dei chinoloni sono la DNA girasi e la topoisomerasi IV, enzimi responsabili per il taglio, il superavvolgimento e il saldamento del DNA batterico durante la replicazione.
I chinoloni e la novobiocina La DNA girasi batterica è formata da due coppie di identici polipeptidi, denominati: subunità A e B. Le subunità A tagliano la catena di DNA in siti specifici e ne consentono lo srotolamento, Le subunità B sono responsabili della spiralizzazione negativa del DNA. Ambedue le funzioni sono necessarie per ottenere le modificazioni topologiche indispensabili alla produzione della forca replicativa e, quindi, alla replicazione del DNA.
I chinoloni inattivano la girasi interferendo con la subunità A (GyrA). L antibiotico novobiocina ottiene lo stesso risultato interferendo con la subunità B (GyrB). L azione antibatterica dei chinoloni è sinergica con quella della novobiocina: l inattivazione della girasi è potenziata se sono contemporaneamente colpite le due subunità costitutive e non presenta resistenza crociata Ciprofloxacina Novobiocina
Inibizione della sintesi di RNA: le rifampicine Le rifampicine sono un gruppo di antibiotici isolati in Italia, dalle colture di Nocardia mediterranea; Agiscono legandosi direttamente alla subunità β dell RNA polimerasi batterica rendendola non funzionale, impedendo così il processo di trascrizione del DNA ad RNA. Questo agente è attivo contro molti batteri Gram-positivi e selezionati microrganismi Gram-negativi, che includono Neisseria ed Haemophilus ma non membri della famiglia delle Enterobacteriaceae. La principale proprietà clinica della rifampicina e la sua attività anti-micobatterica, che include Mycobacterium tuberculosis ed altre specie che più comunemente infettano l uomo.
Resistenza alla rifampicina La subuitàβdella RNA pol è codificata dal gene rpob. Il gene rpob è altamente conservato tra batteri Gram-positivi e Gram-negativi. Il farmaco lega la RNApol mediante intrerazioni elettrostatiche e legamiπ-π. Mutazioni puntiformi del gene rpob che causano sostituzioni amminoacidiche nella porzione centrale della proteina RpoB determinano resistenza al farmaco. Mutazione spontanea=resistenza naturale. Poiché la resistenza determinata da mutazioni della polimerasi insorge frequentemente, la rifampicina è combinata con altri agenti nel trattamento di infezioni attive.
I sulfamidici sono stati i primi chemioterapici antimetaboliti usati per inibire la crescita dei batteri. Il sulfamidico più semplice è la sulfanilamide, che agisce come analogo dell acido p-aminobenzoico, che, a sua volta, è parte dell acido folico. La sulfanilamide compete con l acido p- aminobenzoico legandosi al sito attivo dell enzima di-idropteroato-sintetasi (DHPS) bloccando la sintesi dell acido folico, precursore degli acidi nucleici. La sulfanilamide è attiva contro i batteri metabolicamente attivi che sono in grado di sintetizzare acido folico. Oggi il suo uso principale è nel trattamento di infezioni urinarie da Enterobacteriaceae (E. coli).
La tossicità selettiva dei sulfamidici dipende dal fatto che le cellule animali sono in grado di utilizzare solo gli acidi folici preformati presenti nella dieta e, in parte sintetizzati dai batteri intestinali; I batteri, nella maggior parte dei casi, non riescono ad assumere gli acidi folici dall ambiente, e di conseguenza devono sintetizzarli. I sulfamidici, quindi, che penetrano facilmente nelle cellule batteriche, sono in grado di contrastare efficacemente la sintesi degli acidi folici.
Il trimetoprim è analogo dell acido diidrofolico. Esso esercita la sua azione inibente legandosi all enzima di-idrofolato riduttasi (DHFR). L enzima che catalizza la reazione che trasforma il di-idrofolato in tetra-idrofolato, cofattore richiesto per la sintesi delle purine, della timina, e di alcuni aminoacidi.
L esempio di inibizione competitiva offerto dai Sulfamidici aveva indotto a sperare che la ricerca di nuovi Chemioterapici antimicrobici potesse basarsi sulla sintesi di analoghi strutturali di vari metabolici essenziali conosciuti, sono stati infatti, sintetizzati numerosi analoghi strutturali denominati Antimetaboliti, che però non sono abbastanza selettivi per poter essere usati senza danno per le cellule animali.
ANTIBIOTICO RESISTENZA
Antibiotico-resistenza Uno stipite batterico è Resistente ad un farmaco quando è in grado di moltiplicarsi in presenza di concentrazioni del farmaco che risultano inibitorie per la massima parte degli stipiti della stessa specie; Oppure quando è in grado di moltiplicarsi in presenza di concentrazioni del farmaco pari a quelle massime raggiungibili nel corso dell impiego terapeutico. L antibiotico resistenza oggi è il maggiore problema dell antibioticoterapia ed è un problema di grande attualità e di profondo impatto pratico che condiziona la scelta, l impiego ed il futuro degli antibiotici; Esistono, oggi, ceppi di Stafilococchi, Pseudomonas ed Enterococchi che sono resistenti a tutti i farmaci antibatterici in commercio e producono infezioni virtualmente intrattabili. L antibiotico resistenza è una proprietà geneticamente trasmissibile del microrganismo: Naturale o Acquisita
Resistenza naturale o intrinseca E una condizione di generale insensibilità ad un farmaco che si estende a tutti gli stipiti di una data specie: Al microrganismo può mancare la struttura su cui agisce l antibiotico, come avviene con i Mycoplasmi che sono privi della parete cellulare e quindi insensibili ai beta-lattamici. La struttura della parete cellulare o la membrana citoplasmatica di un microrganismo possono essere impermeabili a un antibiotico (resistenza intrinseca dei Gram-negativi, Batteri alcool-acido resistenti M. tuberculosis)
Resistenza acquisita agli antibiotici Non appena un nuovo antibiotico si dimostra efficace e viene introdotto in terapia i suoi giorni sono contati Germi resistenti inizieranno a comparire nel giro di pochi anni o mesi Per la penicillina, ceppi resistenti iniziarono ad essere segnalati dopo due anni dalla sua introduzione alla metà degli anni 40.
RESISTENZA CROMOSOMICA Costituisce solo il 10-15% di tutte le resistenze acquisite (bassa frequenza di insorgenza) Si realizza tramite un alterazione mutazionale spontanea dell informazione genetica cromosomica L antibiotico esercita un azione selettiva (seleziona i mutanti resistenti, inibendo le cellule sensibili) Gli stessi mutanti possono essere resistenti anche ad altri antibiotici con caratteristiche simili (resistenza crociata o cross-resistenza) Si trasmette verticalmente tramite la discendenza (da cellula madre a cellula figlia) Può essere: one-step: è sufficiente una sola mutazione per conferire un elevato grado di resistenza (es. rifampicine) multi-step: sono necessarie più mutazioni perché possa instaurarsi (es. β- lattamici, macrolidi, cloramfenicolo)
Resistenza Extracromosomica Costituisce il 90% di tutte le resistenze (alta frequenza di insorgenza). Si origina per acquisizione di nuova informazione genetica che deriva da altri microrganismi e che penetra nella cellula mediante i meccanismi di coniugazione, trasformazione e trasduzione. Riguarda più antibiotici contemporaneamente (resistenza multipla). Si verifica mendiante scambio orizzontale di materiale genetico Può essere trasferita anche a microrganismi appartenente a specie differenti. E dovuta a geni presenti su elementi genici mobili come plasmidi e trasposoni.
Resistenza extracromosomale