SOSTANZE CHIMICHE CHE AGENDO SUI MICROORGANISMI LI AGENTI ANTIMICROBICI SOSTANZE CHIMICHE CHE AGENDO SUI MICROORGANISMI LI INIBISCONO UCCIDONO BATTERIOSTATICI BATTERICIDI

AGENTI ANTIMICROBICI BATTERIOSTATICI BATTERICIDI AGGIUNTA SOSTANZA

SOSTANZE CHIMICHE CHE AGISCONO SU AGENTI ANTIMICROBICI SOSTANZE CHIMICHE CHE AGISCONO SU BERSAGLI MOLTEPLICI SPECIFICI STRUTTURE “ANTIBIOTICI” DISINFETTANTI

SOSTANZE CHIMICHE DI ORIGINE AGENTI ANTIMICROBICI SOSTANZE CHIMICHE DI ORIGINE NATURALE SINTETICA ANTIBIOTICI CHEMIOTERAPICI

AGENTI ANTIMICROBICI CARATTERISTICHE IDEALI TOSSICITA’ SELETTIVA SCARSA O NULLA ATTIVITA’ SULLA FLORA COMMENSALE ASSENZA DI EFFETTI COLLATERALI LOCALI E/O SISTEMICI ASSENZA DI RESISTENZE NELLA POPOLAZIONE MICROBICA

TOSSICITA’ SELETTIVA (PAUL EHRLICH) OH HO NH2 ALCUNI COLORANTI SONO SELETTIVI PER I BATTERI ALCUNI SOSTANZE POTREBBERO LEGARE SELETTIVAMENTE I BATTERI ED ESSERE TOSSICHE SALVARSAN

TOSSICITA’ SELETTIVA (LE PRIME MOLECOLE) ANATGONISTA SULFANILAMIDE PAUL EHRLICH SALVARSAN PRONTOSIL NEL CORPO SULFANILAMIDE GERHARD DOMAGK PRONTOSIL D.D. WOODS PABA ANATGONISTA SULFANILAMIDE ALEXANDER FLEMING PENICILLINA

SPETTRO ANTIMICROBICO DI ALCUNI CHEMIOTERAPICI BATTERI PARASSITI INTRACELLULARI MICOBATTERI GRAM - GRAM+ CLAMIDIE RICKETTSIE AMINOGLICOSIDI PENICILLINE SULFONAMIDI CEFALOSPORINE CHINOLONI STREPTOMICINA TETRACICLINE ISONIAZIDE POLIMIXINE VANCOMICINA

GLI ANTIBIOTICI PIU’ USATI VALORI %

BERSAGLI DEGLI ANTIBIOTICI DNA POLIMERASI NOVOBIOCINA SINTESI PARETE CICLOSERINE FOSFOMICINA GLICOPEPTIDI BACITRACINA PENICILLINE CEFALOSPORINE MONOBATTAMI CARBAPENEMI DNA GIRASI TOPOISOMERASI CHINOLONI RNA POLIMERASI RIFAMPICINA DNA PABA DHF THF METABOLISMO ACIDO FOLICO SULFAMIDICI TRIMETOPRIM mRNA SINTESI PROTEICA Inibitori 50S MACROLIDI CLORAMFENICOLO LINCOSAMIDI 50 30 50 30 50 30 SINTESI PROTEICA Inibitori 30S TETRACICLINE SPECTINOMICINA STREPTOMICINA AMINOGLICOSIDI NITROFURANI SINTESI PROTEICA tRNA MUPIROCINA PUROMICINA MEMBRANA POLIMIXINE

ANTIBIOTICI ANALOGHI DI FATTORI DI CRESCITA SULFAMIDICI PABA TRIMETOPRIM COMPONENTE PTERIDINICA DELL’ACIDO FOLICO ISONIAZIDE NICOTINAMIDE

ANTIBIOTICI SULFAMIDICI H2N SO2NH2 SULFANILAMIDE H2N SO2NH2 ACIDO p-AMINOBENZOICO SPETTRO COCCHI G+ STAFILOCOCCHI, STREPTOCOCCHI BACILLI G+ B.anthracis, ACTINOMICETI, NOCARDIE COCCHI G- NEISSERIE BACILLI G- ENTEROBATTERI E.coli, SHIGELLE, SALMONELLE ALTRI FERM. EMOFILI, VIBRIO ALTRI NON FERM. PSEUDOMONAS BACILLI G+ CLOSTRIDI

ANTIBIOTICI SULFAMIDICI MECCANISMO D’AZIONE INIBIZIONE DELLA CONVERSIONE DI PABA AD ACIDO DIIDROFOLICO CON BLOCCO DELLA VIA SINTETICA DI PURINE E PIRIMIDINE BATTERIOSTATICI SELETTIVITA’ ASSENZA DELLA VIA SINTETICA NELLE CELLULE EUCARIOTICHE MODALITA’ DI RESISTENZA DIFFUSA PER VIA PLASMIDICA, FORNENDO UN NUOVO ENZIMA (DIIDROFOLATO SINTETASI) NON SENSIBILE ALL’INIBITORE

ANTIBIOTICI SULFAMIDICI DIIDROPTERIDINA PABA DIIDROFOLATO SINTETASI ACIDO DIIDROFOLICO SULFAMIDICI + ATTIVITA’ BATTERICIDA DIIDROFOLATO REDUTTASI ACIDO TETRAIDROFOLICO TRIMETOPRIM

ANTIBIOTICI ATTIVI SULLA PARETE ESTERNO DEFOSFORILAZIONE DEL BACTOPRENOLO BACITRACINA TRASFERIMENTO DELL’UNITA’ BASALE NEL PUNTO DI ACCRESCIMENTO VANCOMICINA LEGAME DI TRANSPEPTIDAZIONE b-LATTAMICI COMPLETAMENTO DEL PENTAPEPTIDE CICLOSERINA FORMAZIONE DI UDP-NAG-PIRUVATO FOSFOMICINA M G M G M G M G M G M G M G P M G M G PENTAPEPTIDE M G P P BACTOPRENOLO CITOPLASMA

ANTIBIOTICI b-LATTAMICI HC CH N O = ANELLO b-LATTAMICO A. 6 - AMINOPENICILLANICO = H2N N S COOH O CH3 = H2N O S COOH CH2O CO CH3 A. 7 - AMINOCEFALOSPORANICO PENICILLINE CEFALOSPORINE

PENICILLINE SPETTRO PENICILLINE ACIDO-RESISTENTI BENZILPENICILLINA G PENICILLINA v PROPICILLINA AZIDOCILLINA STREPTOCOCCHI, BACILLUS, CORINEBATTERI, ACTINOMICETI, LISTERIA, NEISSERIE, EMOFILI, CLOSTRIDI, BACTEROIDES PENICILLINE PENICILLINASI-RES METICILLINA CLOXACILLINA ISOXAZOLILPENICILLINA + STAFILOCOCCHI PENICILLINE AD AMPIO SPETTRO AMPICILLINA E DERIVATI AMOXICILLINA AMIDINOPENICILLINE + STAFILOCOCCHI, ENTEROBATTERI GRAM- PENICILLINE AD AMPIO SPETTRO COMPRENDENTE P.aeruginosa CARBENICILLINA TICARCILLINA SULFOSSIPENICILLINE ACILUREIDOPENICILLINE + ENTEROBATTERI GRAM- E PSEUDOMONAS AERUGINOSA SCARSA ATTIVITA’ SU GRAM+

CEFALOSPORINE SPETTRO CEFALOSPORINE 1a generazione CEFALOTINA CEFAPIRINA CEFAZOLINA CEFACETRILE STREPTOCOCCHI, STAFILOCOCCHI, BACILLI, ACTINOMICETI CORINEBATTERI, NEISSERIE, E.coli, PROTEUS, KLEBSIELLA, SHIGELLA, SALMONELLA, CLOSTRIDI CEFALOSPORINE 2a generazione CEFAMANDOLO CEFUROXIME CEFOXITINA + BRANAMELLA, BORDETELLA, EMOFILI, BACTEROIDES CEFALOSPORINE 3a generazione CEFOTAXIME CEFOPERAZONE CEFTAZIDIME CEFTRIAXONE + ENTEROBACTER, SERRATIA, PROVIDENCIA ACINETOBACTER, PSEUDOMONAS

ALTRI ANTIBIOTICI b-LATTAMICI = R-HN O COOH CH2S R MOXALACTAM CARBAPENEMI MONOBATTAMI SPETTRO ESTESO = R N C COOH O S-R = R-CO-NH N O SO2H R2 SOLO GRAM-

ANTIBIOTICI b-LATTAMICI MECCANISMO D’AZIONE INIBIZIONE DELLA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO A LIVELLO DELLA FORMAZIONE DEL LEGAME DI TRANSPEPTIDAZIONE FRA PENTAPEPTIDI DI DUE CATENE ADIACENTI BATTERICIDI O R = H N S COOH CH3 NH MOLECOLA b - LATTAMICA DIMERO D-ALANINA

ANTIBIOTICI b-LATTAMICI MECCANISMO D’AZIONE SELETTIVO INTERAZIONE CON PROTEINE ENZIMATICHE RESPONSABILI DEL PROCESSAMENTO TERMINALE DEL PEPTIDOGLICANO (TRANSPEPTIDASI, ENDOPEPTIDASI E CARBOSSIPEPTIDASI) DETTE “PENICILLIN BINDING PROTEINS” PBP A LIVELLO DELLA MEMBRANA CITOPLASMATICA PORINA GRAM - LPS Spazio Periplasmico PBP GRAM +

LE PBP in E.coli PBP MW(kDa) ATTIVITA’ ANTIBIOTICO EFFETTO SU CON AFFINITA’ CELLULA 1a 91 TRANSPEPTIDASI PENICILLINE ALLUNGAMENTO 1b CEFALOSPORINE E LISI 2 66 CARBOSSIPEPTIDASI MECILLINAM CELLULE TONDE IMIPENEM 3 60 ENDOPEPTIDASI ACILUREIDOPEN. FILAMENTI CEFALOSPORINE 4 49 CARBOSSIPEPTIDASI PENICILLINA NESSUNO ENDOPEPTIDASI 5 42 CARBOSSIPEPTIDASI PENICILLINA NESSUNO 6 40 CARBOSSIPEPTIDASI PENICILLINA NESSUNO

ANTIBIOTICI b-LATTAMICI RESISTENZA INATTIVAZIONE ENZINATICA MODIFICAZIONE DEL BERSAGLIO RIDOTTA PERMEABILITA’ PORINE A DIMINUITA PERMEABILITA’ INATTIVAZIONE ENZIMATICA PBP MODIFICATA

ANTIBIOTICI b-LATTAMICI INATTIVAZIONE ENZIMATICA E’ IL MECCANISMO DI GRAN LUNGA PIU’ RILEVANTE POSSIBILI TRE MODALITA’ DI INATTIVAZIONE R-CO-NH S O CH2-O - C-CH3 = = O COOH ACILASI b-LATTAMASI ESTERASI

LE -lattamasi Le -lattamasi sono enzimi batterici capaci di degradare gli antibiotici -lattamici. La loro produzione, ampiamente diffusa nel mondo microbico, rappresenta il principale meccanismo con cui i batteri si difendono da questi antibiotici. Sono note e variamente caratterizzate oltre 200 proteine di questo tipo. L’inattivazione dei -lattamici da parte delle -lattamasi è dovuta all’idrolisi dell’anello -lattamico. Le -lattamasi sono enzimi secreti che svolgono la loro funzione all’esterno della membrana plasmatica. La produzione di -lattamasi è in alcuni casi costitutiva mentre in altri risulta indotta in presenza di certi substrati -lattamici.

CLASSIFICAZIONE Queste proteine possono essere raggruppate in quattro classi molecolari, indicate con le lettere da A a D, sulla base di somiglianze a livello della sequenza aminoacidica (Ambler, 1980). Le -lattamasi di classe molecolare A, C e D rientrano in un’unica famiglia molecolare, indicata come -lattamasi con sito attivo a serina e presentano forti omologie strutturali con le PBP. Gli enzimi di classe B, invece, sono inquadrabili all’interno di un’altra famiglia molecolare, quella delle metallo--lattamasi.

GLI INIBITORI DELLE -lattamasi INIBITORI REVERSIBILI INIBITORI COMPETITIVI (PENICILLOATI) SUBSTRATI COMPETITIVI (METICILLINA, CEFOXITINA) INIBITORI NON COMPETITIVI INIBITORI IRREVERSIBILI MODIFICATORI DI AMINOACIDI INIBITORI DEI SITI ATTIVI (AZTREONAM) INIBITORI SUICIDI (ACIDO CLAVULANICO, SULBACTAM)

ANTIBIOTICI GLICOPEPTIDI Cl HO = HN N H OH C - CH3 NH2 CH2 CH CH3 CH3 + CH2OH 2HN 3HC VANCOMICINA

ANTIBIOTICI GLICOPEPTIDI SI LEGANO AL DIPEPTIDE TERMINALE D-Ala-D-Ala MECCANISMO D’AZIONE INIBIZIONE DELLA SINTESI DELLA PARETE, PER BLOCCO DEL TRASPORTO DELL’UNITA’ BASALE SUL PUNTO DI ACCRESCIMENTO. SI LEGANO AL DIPEPTIDE TERMINALE D-Ala-D-Ala BATTERICIDI SPETTRO AEROBI COCCHI GRAM+ S.aureus, ed altri STAFILOCOCCHI STREPTOCOCCHI, ENTEROCOCCHI BACILLI GRAM+ Bacillus, CORINEBATTERI, ACTINOMICETI LISTERIA ANAEROBI BACILLI GRAM+ CLOSTRIDI, PROPIONIBATTERI

ANTIBIOTICI GLICOPEPTIDI RESISTENZA NATURALE Pediococcus, Lactobacillus, Erysipelothrix INTRINSECA A BASSO LIVELLO per Vancomicina ALCUNI ENTEROCOCCHI E CLOSTRIDI, mediata da gene VanC ACQUISITA Streptococcus, Enterococcus, Staphylococcus, Listeria, Bacillus, Corynebactrium INDUCIBILE VanA (alto livello per Vancomicina e Teicoplanina) VanB (solo Vancomicina) COSTITUTIVA VanD (alto livello per Vancomicina e ridotta sensibilità per Teicoplanina) CROMOSOMICO VanE (basso livello per Vancomicina)

ANTIBIOTICI GLICOPEPTIDI MECCANISMI DI RESISTENZA VanA – VanB - VanD I BATTERI PORTATORI DI QUESTO GENE NEL CORSO DELLA BIOSINTESI DEL PEPTIDOGLICANO SINTETIZZANO UNITA’ DI ACCRESCIMENTO IN CUI IL DIPEPTIDE TERMINALE D-Ala-D-Ala VIENE SOSTITUITO DA D-Ala-D-Lattato, CUI I GLICOPEPTIDI SI LEGANO A BASSA AFFINITA’, NON RIUSCENDO A BLOCCARE LA VIA BIOSINTETICA

ANTIBIOTICI GLICOPEPTIDI MECCANISMI DI RESISTENZA VanC - VanE I BATTERI PORTATORI DI QUESTO GENE NEL CORSO DELLA BIOSINTESI DEL PEPTIDOGLICANO SINTETIZZANO UNITA’ DI ACCRESCIMENTO IN CUI IL DIPEPTIDE TERMINALE D-Ala-D-Ala VIENE SOSTITUITO DA D-Ala-D-Ser, CUI I GLICOPEPTIDI SI LEGANO A BASSA AFFINITA’, NON RIUSCENDO A BLOCCARE LA VIA BIOSINTETICA

ANTIBIOTICI AMINOGLICOSIDI CH2-R1 O OH R2 HO NH-R3 CH2OH NH2 KANAMICINA E DERIVATI R1 R2 R3 KANAMICINA A OH OH NH2 AMIKACINA I-AHBA OH OH TOBRAMICINA NH2 H NH2

ANTIBIOTICI AMINOGLICOSIDI MECCANISMO D’AZIONE ANTIBIOTICO mRNA AAA VIENE INCORPORATO UN tRNA SBAGLIATO UNA PICCOLA % ENTRA NELLA CELLULA 50 30 PROTEINE ALTERATE NELLA MEMBRANA CAUSANO AUMENTATO AFFLUSSO DELL’ANTIBIOTICO BLOCCO DELLA SINTESI PROTEICA E BATTERICIDIA

ANTIBIOTICI AMINOGLICOSIDI SPETTRO COCCHI G+ STAFILOCOCCHI, BACILLI G+ CORINEBATTERI, LISTERIA, BACILLI G- ENTEROBATTERI ALTRI FERM. EMOFILI ALTRI NON FERM. PSEUDOMONAS, ACINETOBACTER , ALCALIGENES BACILLI G+ ANA CLOSTRIDI MICOBATTERI

ANTIBIOTICI AMINOGLICOSIDI RESISTENZA MODIFICAZIONE DEL BERSAGLIO MODIFICAZIONE DELLA PERMEABILITA’ INATTIVAZIONE ENZIMATICA ENZIMI FOSFORILANTI (FOSFOTRANSFERASI) ENZIMI ADENILANTI (ADENILTRANSFERASI) GRUPPI OH LIBERI ENZIMI ACETILANTI (ACETILTRANSFERASI) GRUPPI NH2 LIBERI

ANTIBIOTICI MACROLIDI CH3 CH3CH2 OCH3 O = HO OH N ERITROMICINA ANELLO LATTONICO PUO’ ESSERE A 12, 14 O 16 ATOMI C

ANTIBIOTICI MACROLIDI CLASSIFICAZIONE ANELLO A 12 C METMICINA ANELLO A 14 C basici ERITROMICINA OLEANDOMICINA neutri ROXITROMICINA ANELLO A 16 C JOSAMICINA SPIRAMICINA MECCANISMO D’AZIONE INIBIZIONE DELLA SINTESI PROTEICA PER LEGAME ALLA SUBUNITA’ 50S E BLOCCO DEL COMPLESSO tRNA-aminoacido. BATTERIOSTATICI

ANTIBIOTICI MACROLIDI SPETTRO COCCHI G+ STAFILOCOCCHI, STREPOCOCCHI BACILLI G+ GARDNERELLA, LISTERIA, BACILLUS COCCHI G- NEISSERIE BACILLI G- EMOFILI , LEGIONELLE, BRUCELLE BORDETELLE ANAEROBI CLOSTRIDI, PEPTOCOCCHI, CAMPYLOBATTERI ALTRI MICOPLASMI, CLAMIDIE, RICKETTSIE, TOXOPLASMA, SPIROCHETE

ANTIBIOTICI MACROLIDI RESISTENZA MODIFICAZIONE DEL BERSAGLIO LA PIU’ FREQUENTE (PLASMIDICA-INDUCIBILE) PER METILAZIONE DELL’ADENINA DEL 23SrRNA MODIFICAZIONE DELLA PERMEABILITA’ INATTIVAZIONE ENZIMATICA RARA, DOVUTA AD ESTERASI CHE IDROLIZZA L’ANELLO LATTONICO

ANTIBIOTICI TETRACICLINE N(CH3)2 OH CONH2 = OH = OH O OH O R1 R2 R3 R4 TETRACICLINA H OH CH3 H CLORTETRACICLINA H OH CH3 Cl OSSITETRACICLINA OH OH CH3 H DEMETILCLORTETRACICLINA H OH H Cl METACICLINA OH - =CH2 H DOXICICLINA OH H CH3 H MINOCICLINA H H N N(CH3)2

ANTIBIOTICI TETRACICLINE MECCANISMO D’AZIONE INIBIZIONE DELLA SINTESI PROTEICA PER LEGAME ALLA SUBUNITA’ 30S E BLOCCO DEL LEGAME DEL COMPLESSO tRNA-aminoacido CON IL MESSAGGERO. L’AZIONE NON E’ DEL TUTTO SELETTIVA PER I PROCARIOTI BATTERIOSTATICI

ANTIBIOTICI TETRACICLINE SPETTRO COCCHI G+ STAFILOCOCCHI, STREPOCOCCHI BACILLI G+ CORINEBATTERI, LISTERIA, BACILLUS, ACTINOMICETI COCCHI G- NEISSERIE BACILLI G- EMOFILI , FRANCISELLE, VIBRIO PASTEURELLE, BORDETELLE ENTEROBACTERIACEAE ANAEROBI CLOSTRIDI, PEPTOCOCCHI, ALTRI MICOPLASMI, CLAMIDIE, RICKETTSIE, TOXOPLASMA, SPIROCHETE

ANTIBIOTICI TETRACICLINE RESISTENZA MODIFICAZIONE DELLA PERMEABILITA’ PER DIMINUITO AFFLUSSO SPESSO PLASMIDICA ED INDUCIBILE (DOSI SUBINIBENTI) MODIFICAZIONE DELLA PERMEABILITA’ PER AUMENTATO EFFLUSSO

ANTIBIOTICI CHINOLONI COOH N R1 X = O F R2 CHINOLONI FLUORURATI NORFLOXACINA PEFLOXACINA OFLOXACINA CIPROFLOXACINA N R1 COOH X R7 = O CHINOLONI AC. NALIDIXICO AC. PIPEMIDICO CINOXACINA

ANTIBIOTICI CHINOLONI MECCANISMO D’AZIONE INIBIZIONE DELLA SINTESI DEL DNA BATTERICO. PRINCIPALI BERSAGLI SONO: LA TOPOISOMERASI IV NEI GRAM+ LA DNA GIRASI NEI GRAM- QUESTI ENZIMI SONO ESSENZIALI PER TUTTI I FENOMENI DI RICONFIGURAZIONE DEL GENOMA BATTERICIDI

ANTIBIOTICI CHINOLONI SPETTRO COCCHI G- NEISSERIE BACILLI G- BRUCELLE ENTEROBACTERIACEAE ELEVATA CONCENTRAZIONE URINARIA LI RENDE DISINFETTANTI DELLE VIE URINARIE

ANTIBIOTICI FLUOROCHINOLONI SPETTRO COCCHI G+ STAFILOCOCCHI, STREPOCOCCHI COCCHI G- NEISSERIE BACILLI G- EMOFILI , LEGIONELLE, PSEUDOMONAS, ACINETOBACTER, ENTEROBACTERIACEAE ANAEROBI BACTEROIDES, PEPTOCOCCHI, CAMPILOBATTERI FARMACOCINETICA FAVOREVOLE PER IMPIEGO IN INFEZIONI DI MOLTI DISTRETTI

ANTIBIOTICI CHINOLONI RESISTENZA MUTAZIONI BERSAGLIO RIDOTTA CONCENTRAZIONE INTRACELLULARE EFFLUSSO ATTIVO RIDOTTA PERMEABILITA’

SIGNIFICATO DELLA RESISTENZA AGLI ANTIBIOTICI GLI ANTIBIOTICI SONO PRODOTTI IN NATURA DA ALCUNI MICROORGANISMI PER COMPETERE NELL’ECOSISTEMA. I BATTERI ANCHE IN ECOSISTEMI LONTANI DALLA CIVILTA’ FRONTEGGIANO QUOTIDIANAMENTE ANTIBIOTICI ED EVOLVONO RESISTENZE. L’AMBIENTE URBANO COMPRENDE ECOSISTEMI AD ELEVATA CONCENTRAZIONE DI ANTIBIOTICI. I MECCANISMI DI RESISTENZA IN QUESTI AMBIENTI POSSONO SELEZIONARSI AUTONOMAMENTE O GIUNGERE DA AMBIENTI DIVERSI E QUI EVOLVERE A LIVELLO DI EFFICIENZA E REGOLAZIONE.