Antibiotici

Sviluppo di antibiotici come chemoterapeutici Fleming nel 1928 osservò l’inibizione della crescita dello Staphylococcus a causa di “qualcosa” presente nella muffa di Penicillum notatum Il brodo di coltura del Penicillum era in grado di distruggere molti batteri Fleming si fermò nel 1931 in quanto non riteneva che il principio attivo isolato (la penicillina) potesse rimanere attivo nell’organismo abbastanza da essere efficace Nel 1939 Florey, Chain e Heatley purificarono la penicillina e ne dimostrarono l’efficacia nel trattamento delle infezioni.

Le spore del Penicillum contengono pigmenti blu o verdi che colonizzano cibi e piedi conferendo il caratteristico “odore”. Sono le spore nel gorgonzola che danno il tipico colore blu al formaggio.  

Il nome Penicillum viene da “penicillus” = pennello, e ciò dipende dal suo aspetto

“The Magic Bullet” La Penicillina e altri antibiotici b-lattamici (chiamati così per l’anello nella loro struttura) sono molto efficaci e danno pochi effetti collaterali (eccetto particolari casi di reazioni allergiche). Questo è dovuto alla specificità del meccanismo d’azione. Il processo attaccato dalla penicillina è esclusivo dei batteri e non si trova in altri organismi. In più, gli enzimi attaccati dalla penicillina sono esterni alla membrana citoplasmatica che circonda la cellula batterica, così i farmaci possono agire senza dover superare questa barriera.

Meccanismo d’azione Quando sono attaccate da basse dosi di penicillina, le cellule batteriche cambiano forma e crescono come filamenti allungati. Aumentando il dosaggio, la superficie cellulare perde la sua integrità, dato che si rigonfia fino a rompersi. La penicillina attacca gli enzimi che costruiscono una rete di carboidrati e catene proteiche, il peptidoglicano, che circonda l’esterno delle cellule batteriche. Senza il “contenimento” attuato dal peptidoglicano le cellule batteriche scoppierebbero a causa della pressione osmotica cui sono sottoposte.

Il successo della penicillina ha aperto la strada alla ricerca di nuovi antibiotici Tra il 1940 e il 1990 le aziende farmaceutiche hanno condotto vastissimi programmi di screening >10.000 ceppi microbici isolati dai terreni Screening su batteri e funghi Screening esteso a qualunque habitat noto La limitazione dell’approccio è che, una volta isolati, gli organismi devono essere fatti crescere in beuta per i test.

Maggiori successi (Anni ‘40 – ‘60) R. Dubos (1939-40) isolò la Gramicidina e la Tirocidina da Bacillus brevis S. Waksmann nel 1944 scoprì la Streptomicina prodotta dall’ Actinomicete Streptomyces Molti altri antibiotici sono stati isolati dai ceppi di Streptomyces spp. Neomicina, Kanamicina, Eritromicina Tetracicline Vancomicina Nistatina Rifampicina Cloramfenicolo Cicloserina Amfotericina B

Maggiori successi (Anni ‘40 – ‘60) Altri antibiotici isolati da funghi Penicillum spp. (Griseofulvin & Penicillina) Cephalosporium spp. (Cefalosporine)

Strutture dei b-Lattami

Penicillium species sintetizzano forme naturali di Penicillina Le Penicilline sono classificate antibiotici b-lattamici (tutti hanno in comune un anello tiazolidinico -lattamico). Allergie riscontrate tra l’1% e il 5% della popolazione. Semi-synthetic Natural Parenteral (injection) Natural Semi-synthetic Semi-synthetic Semi-synthetic

Le Cefalosporine sono prodotte da un fungo marino, Cephalosporium Le Cefalosporine (isolate nel 1948) hanno profili di attività e proprietà simili alle penicilline semi-sintetiche (anche qui è presente l’anello b-lattamico) (7-ACA) Le Cefalosporine vengono somministrate per via parenterale Le Cefalosporine possono essere usate nei pazienti allergici alle penicilline

Meccanismo d’azione

Meccanismo d’azione

Caratteristiche generali dei -Lattami Meccanismo d’azione comune: Inibizione della sintesi della parete cellulare Battericidi Breve tempo di emivita Principale via di eliminazione: reni Sviluppo di cross-allergenicità

Tutti i -lattami Meccanismo d’Azione interferiscono con la sintesi della parete cellulare legandosi alle “penicillin-binding proteins” (PBPs) collocate nella parete cellulare l’inibizione delle PBPs porta a inibizione della sintesi del peptidoglicano sono battericidi

Meccanismo d’azione

Meccanismi di resistenza della Penicillina I batteri sono difficili da sconfiggere. Si riproducono molto velocemente, con dozzine di generazioni al giorno; la spinta evoluzionistica è molto rapida. I batteri hanno sviluppato molti modi per aggirare l’azione della penicillina: Modifiche sottili delle PBPs Sviluppo di sistemi che pompare fuori dalla cellula il farmaco.

Lo stesso discorso vale per la maggior parte degli antibiotici b-lattamici

Schematicamente…….

Meccanismi di resistenza della Penicillina Il metodo di resistenza più comune è la creazione di un enzima, una b-lattamasi (penicillinasi) in grado di distruggere il farmaco Le b-lattamasi hanno un residuo di Ser nel sito attivo. La penicillina si lega ad esso e viene quindi rilasciata in forma inattivata. Altre b-lattamasi agiscono in modo simile, ma usando uno ione Zn2+ invece di un residuo di Ser per inattivare la penicillina.

Per superare la resistenza della penicillinasi dello S Per superare la resistenza della penicillinasi dello S. aureus, che inattiva le penicilline naturali, sono stati sviluppati antibiotici di sintesi resistenti: Nafcillin Oxacillin Methicillin Per aumentare l’attività contro i batteri aerobi gram-negativi sono stati sviluppati : Ampicillin Amoxicillin Piperacillin Azlocillin

Classificazione e Spettro di Attività delle Cefalosporine Divise in 4 gruppi principali chiamati “Generazioni” Sono suddivise in Generazioni basate su Attività antimicrobica Resistenza alla b-lattamasi

I generazione Attività ottimale contro aerobi gram-positivi, con limitata attività sui gram-negativi II generazione Include cefamicine e carbacefems In generale, sono leggermente meno attive contro gram-positivi, ma più attive contro gram-negativi.

III generazione IV generazione In generale, sono meno attive contro gram-positivi ma più attive contro gram-negativi. Ceftriaxone e cefotaxime hanno la migliore attività. IV generazione Ampio spettro di attività: Stabilità contro le -lattamasi L’unica attualmente disponibile è il cefepime

Vancomicina Glicopeptide triciclico complesso prodotto da Nocardia orientalis (MW = 1500 Da) Disponibile in commercio dal 1956 Il prodotto attualmente usato è estremamente puro con l’obiettivo di diminuire gli effetti collaterali L’uso clinico è diminuito con l’avvento delle penicilline antistafilococcali Oggi il suo uso è nuovamente aumentato a causa dell’insorgenza della resistenza dovuta all’uso di altri antibiotici.

Vancomicina – Usi Spettro limitato ai Gram (+) Utile contro gli stafilococchi negativi alle coagulasi e allo Staph. Aureus meticillina-resistente Per via orale viene usata contro il Clostidrium difficile Battericida (bassi livelli ematici per via orale) Molto irritante per via endovenosa; iniettata per lenta instillazione

Vancomicina – MoA Inibisce la sintesi della parete cellulare batterica su un sito differente da quello dei b-lattami Inibisce la sintesi e l’assemblaggio dei polimeri del peptidoglicano al secondo stadio Si lega fortemente alla porzione D-Ala-D-Ala dei precursori della parete cellulare

Vancomicina – Resistenza L’uso prolungato o indiscriminato porta all’insorgenza della resistenza batterica La resistenza è dovuta alla modifica del sito di binding della porzione D-Ala-D-Ala del peptidoglicano La D-alanina terminale viene sostituita con D-lattato Perdita di capacità di binding e di attività antibatterica

Altri principali punti di attacco per antimicrobici su microorganismi sono: Danno alla membrana plasmatica (alterazione della sua permeabilità) Polimixine Gramicidina Tirocidina Nistatina (cellule eucariotiche)

Inibizione della sintesi proteica: Altri principali punti di attacco per antimicrobici su microorganismi sono: Inibizione della sintesi proteica: Streptomicina (aminoglycoside) Kanamicina (aminoglycoside) Neomicina (aminoglycoside) Tetracicline Cloramfenicolo Eritromicina (macrolide) Gentamicina (aminoglycoside)

Due dei principali Antibiotici Aminoglicosidici (battericidi e attivi contro i gram negativi) Bind to 30S ribosomal unit and act by inhibiting protein synthesis and misreading of mRNA Prodotta da un batterio

Antibiotici Aminoglicosidici Scoperti alla fine degli anni 40. Il primo in uso clinico fu la Streptomicina. Tuttora Gentamicina, Tobramicina e Amicacina sono tra gli amminoglicosidici più usati in USA. Sono tutti di origine naturale (Actinomycete) o semisintetica. Sono formati da 2 o più ammino zuccheri legati a un anello amminociclitolo mediante legame glicosidico. Sono composti polari (policationi), solubili in acqua e non grado di attraversare le membrane cellulari lipidiche.

Amminoglicosidi – MoA MoA Multifattoriale; coinvolge l’inibizione della sintesi proteica. Gli amminoglicosidici legano irreversibilmente i ribosomi 30S Si legano e diffondono attraverso la membrana esterna e attraverso quella citoplasmatica e si legano al ribosoma. Bloccano l’inizio della sintesi proteica, diminuiscono la velocità dell’intero processo di sintesi delle proteine e producono errori nella sequenza dell’ mRNA Battericidi

Tre membri della famiglia delle Tetracicline Antibiotici a ampio spettro la cui azione è batteriostatica. Inibiscono la sintesi proteica mediante il legame alla subunità ribosomiale 30S. Attivi contro Gram (-) e (+), rickettsias, chlamydiae e mycoplasmas

Cloramfenicolo Inibisce la sintesi proteica legandosi alle subunità Prodotto da uno Streptomyces, batteriostatico ad ampio spettro. Primo antibiotico a largo spettro usato in USA (1947). Causa discrasie ematiche. Inibisce la sintesi proteica legandosi alle subunità ribosomiali 23S e 50S dell’rRNA. Usato per curare le febbri tifoidea e paratifoidea, la meningite da pneumococchi e meningococchi.

Eritromicina (macrolide) Prodotto da uno Streptomyces sp., batteriostatico. Più attivo contro gram positivi e usato per pazienti allergici alla penicillina 12 to 22 lactone ring linked to sugars Clindamicina e Azitromicina sono i più recenti Inibiscono la sintesi proteica legandosi alle subunità ribosomiali 23S e 50S dell’rRNA.

Altri principali punti di attacco per antimicrobici su microorganismi sono: Inibizione della replicazione degli acidi nucleici, riparazione e trascrizione: Nalidixic acid (chinolone) Ciprofloxacin (chinolone) Norfloxacin (chi nolone) Ofloxacin (chinolone) Rifampin (blocca la sintesi dell’ RNA)

Chinoloni Anello chinolonico

Fluorochinoloni Nuovo gruppo di antibiotici di sintesi sviluppati in risposta al problema della resistenza I farmaci disponibili sono tutti derivati strutturali dell’acido nalidixico I chinoloni fluorurati (FQs) rappresentano un avanzamento terapeutico in quanto hanno: Attività ad ampio spettro Proprietà PK migliorate – eccellente biodisponibilità, penetrazione nel tessuto, prolungata emivita Generalmente sono farmaci “sicuri” Svantaggi: resistenza, costo

Fluorochinoloni MoA Target primario nei gram-negativi Unico: inibizione delle topoisomerasi batteriche essenziali per la sintesi del DNA DNA girasi – rimuove l’eccesso di “arrotolamento dell’elica del DNA Target primario nei gram-negativi Topoisomerasi IV – essenziale per la separazione di molecole “figlie” di DNA dovute a legami intercatena L’attività battericida dei FQs è dipendente dalla concentrazione.

Attività dei Chinoloni Inibizione dell’attività della DNA gyrase mediante legame al complesso. Inibizione della replicazione del DNA, riparazione, trascrizione, etc… Ampio spettro, attività battericida