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 micoplasmi che sono privi della parete cellulare e quindi insensibili alla penicillina La struttura della parete cellulare o la membrana citoplasmatica di un microrganismo possono essere impermeabili a un antibiotico

BACTERIAL RESISTANCE AND HEALTH La resistenza batterica ha esistito sempre incluso prima che l’uomo utilizzasse gli antibiotici. Il fatto nuovo nel mondo della resistenza è la rapidità con la quale compaiono nuovi ceppi resistenti. La proliferazione di farmaci antibiotici ed il uso indiscriminato e/o incorretto di essi hanno contribuito al problema Subito dopo il uso della penicillina, alcuni ceppi di Staphylococcus furono identificati come resistenti Oggi il 80% di ceppi di Staphylococcus non rispondono alla penicillina Streptomicine, cloramfenicol e tatraciclina fuorono scoperti fra gli anni 40 e 50 Nel 1953, un ceppo di Shigella si mostrò resistente a questi antibiotici e ai sulfanilamide Dal 1970 la resistenza della gonorrea al trattamento antibiotico è enormemente aumentata Gli anni 90 videro lo sviluppo di veri superbugs, batterie che resistono a tutti gli antibiotici conosciuti Vancomycin, un potente antibiotico contro ogni batterio, non è più utile in certi ceppi di Enterococci La multi.resistenza nella tubercolosi ha aumentato La streptomicine utilizzato nella cura della tuberculosi non può essere più utilizzato come terapia TUBERCULOSI E UNA DELLE PRINCIPALE CAUSE DI MORTE NEL MONDO….. .

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 o, operativamente, 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 è una proprietà geneticamente trasmissibile del microrganismo. Essa può essere naturale oppure acquisita

Meccanismo cromosomiale: a trasmissione verticale Resistenza acquisita: resistenza è il risultato di modificazioni genotipiche Meccanismo cromosomiale: a trasmissione verticale Mecanismo extracromosomiale: a trasmissione orizzontale Resistenza cromosomica -mutazione spontanea Resistenza extracromosomica -Batteriofagi: trasduzione -Plasmide ( Fattore R):coniugazione -Trasposoni

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 crossresistenza) 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. rifamicine, chinoloni) multi-step: sono necessarie più mutazioni perché possa instaurarsi (es. β-lattamine, macrolidi, cloramfenicolo)

Riguarda più antibiotici contemporaneamente (resistenza multipla) 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) E’ a trasmissione orizzontale (tramite lo scambio genetico) Può essere trasferita anche a microrganismi appartenente a specie differenti (resistenza contagiosa) E’ dovuta a geni presenti su plasmidi o trasposoni (elementi genici mobili)

antibiotico-resistenti Vantaggio selettivo dei mutanti antibiotico-resistenti Selezione naturale e farmaco resistenza

Basi molecolari della antibiotico-resistenza Modificazione della permeabilità cellulare Riduzione dei canali di entrata Tetracicline Pompe di efflusso Eritromicina-tretraciclina Produzione di enzimi inattivanti B-lattamasi Penicilline- cefalosporina Acetiltransferasi Cloramfenicolo-aminoglicosidi Fosfotransferadi Aminoglicoside Adeniltransferasi Modificazione del sito di attacco PBP Penicilline RNA-polimerasi Rifampicina Attivazione via metabolica alternativa Enzimi modificati Sulfamidi Overproduzione del target Bacteria have developed, or will develop, genetic resistance to all known antimicrobial agents that are now in the marketplace. The five main mechanisms that bacteria use to resist antibacterial drugs are shown in the figure. a | The site of action (enzyme, ribosome or cell-wall precursor) can be altered. For example, acquiring a plasmid or transposon that codes for a resistant dihydrofolate reductase confers trimethoprim resistance to bacteria52. b | The inhibited steps can be by-passed. c | Bacteria can reduce the intracellular concentration of the antimicrobial agent, either by reducing membrane permeability, for example, as shown by Pseudomonas aeruginosa53, or by active efflux of the agent54. d | They can inactivate the drug. For example, some bacteria produce -lactamase, which destroys the penicillin -lactam ring50, 51 (Fig. 1). e | The target enzyme can be overproduced by the bacteria.

Nuovi approcci alla terapia antimicrobica Interferenza batterica Batteriofago terapia Vaccini batterici Peptidi cationici D, L-a-peptidi ciclici

INTERFERENZA BATTERICA Bacteriotherapy è la pratica di inoculare deliberatamente ospiti non patogeni (batteri comensali) per prevenire l'infezione da ceppi patogeni. Per stabilire una infezione e che la malattia possa propagarsi, i batteri patogeni deve trovare sostanze nutritive e di siti di attacco (recettori di adesione) Infezione da batteri patogeni è impedito da batteri commensali, che competono con i batteri patogeni per i nutrienti e recettori di adesione Questo trattamento ha avuto risultati promettenti nelle infezioni dell'intestino, e del tratto urogenitale Il vantaggio principale di utilizzare i batteri in modo positivo nota come "uso probiotico” è che l'infezione sia evitata senza stimolare il sistema immunitario dell'ospite e diminuisce la selezione per la resistenza agli antibiotici Capire come le specie batteriche in concorrenza è noto da almeno 20 anni ma la sua applicazione pratica è ancora da realizzare

Gli agenti patogeni possono essere targeted attraverso la manipolazione del DNA dei fagi La terapia del batteriofago è molto attraente per i seguenti motivi: Le particelle dei fagi sono agenti d’ampio spettro, il che significa che possiedono un meccanismo intrinseco non solo di infettare i batteri, ma ceppi specifici: altri agenti patogeni possono essere controllati attraverso la manipolazione del DNA del fago La crescita esponenziale e la capacità mutazionale naturale fanno dei batteriofagi ottimi candidati per contrastare la resistenza batterica

BATTERIOFAGO TERAPIA Batteriofagi (comunemente chiamato "fagi") sono i virus che infettano i batteri e sono stati riconosciuti già nel 1896 come naturale killer dei batteri. I batteriofagi assumono il controllo diventando “i padroni di casa” e dirigendo i batteri host nella produzione di proteine virali Terapeuticamente, i batteriofagi sono stati utilizzati come profilassi contro il colera, febbre tifoide e dissenteria dal 1920 al 1940. La pratica è stata bruscamente interrotta quando gli antibiotici di sintesi sono stati introdotti dopo la seconda guerra mondiale. Ora che vi è una pletora di batteri multi-resistenti ai farmaci, la terapia batteriofago ancora una volta, è diventato di grande interesse.

Meccanismo d’azione dei fagi

Vaccini batterici Lo sviluppo di vaccini batterici è diventato un 'idea pratticabile con l'avvento del completo sequenziamento genomico e la comprensione dei meccanismi che regolano la virulenza I farmaci possono essere sviluppate attraverso la scansione del genoma batterico la scansione per sequenze specifiche può essere utilizzati per stimolare una risposta immunitaria protettiva contro ceppi batterici specifici I migliori obiettivi sono i geni che sono comuni a molte specie di batteri, che codificano per proteine con la capacità di guadagnare accessi attraverso le membrane lipidiche, e non possiedono omologia di geni umani I geni regolatori che controllano la produzione di proteine di virulenza sono candidati a eccellenti per l'innesco del sistema immunitario umano o inibire la produzione di virulenza La genomica batterica può anche rilevare sequenze conservate di specie batteriche e ceppi in tutto il mondo Sviluppo di vaccini batterici è diventato un 'idea sempre più popolare con l'avvento del completo sequenziamento genomico e la comprensione dei meccanismi di virulenza di regolamentazione I farmaci possono essere sviluppate attraverso la scansione del genoma batterico genomica batterica consente la scansione di un intero genoma batterico per sequenze specifiche che possono essere utilizzati per stimolare una risposta immunitaria protettiva contro ceppi batterici specifici. Questo approccio velocizza il processo di scoperta di nuovi farmaci e, soprattutto, fornisce una più razionale, l'approccio di obiettivi. I migliori obiettivi sono i geni dei batteri che sono comuni a molte specie di batteri, che codificano per proteine con la capacità di guadagnare accessi attraverso le membrane lipidiche, e non possiedono omologia di geni umani. geni regolatori che controllano la produzione di proteine di virulenza sono vaccini candidati eccellenti per l'innesco del sistema immunitario umano o inibire la produzione di virulenza. genomica batterica può anche rilevare sequenze conservate di specie batteriche e ceppi in tutto il mondo. Questa tecnologia

Peptidi antimicrobici This 'amphipathic' design is evident in many, but not all, antimicrobial peptides. Red, basic (positively charged) amino acids; green, hydrophobic ('oily') amino acids. Other amino acids are not shown. Magainin is depicted in its -helical configuration.

Peptidi antimicrobici: Strutture d’una defensina The structure of HNP-3, an -defensin, was obtained by X-ray crystallography60, and that of HBD-3, a -defensin, was obtained by 2D-NMR209. In each structure, the paired cysteine residues (CC) are shown in orange. Regions of the backbone that contain positively charged residues (Arg or Lys) are blue, those containing negatively charged residues (Asp or Glu) are red. The -sheets are coloured pink and the N- and C-termini are identified. E and D denote glutamate and aspartate residues, respectively.

Meccanismo d’azione An -helical peptide is depicted. a, Carpeting of the outer leaflet with peptides. b, Integration of the peptide into the membrane and thinning of the outer leaflet. The surface area of the outer leaflet expands relative to the inner leaflet, resulting in strain within the bilayer (jagged arrows). c, Phase transition and 'wormhole' formation. Transient pores form at this stage. d, Transport of lipids and peptides into the inner leaflet. e, Diffusion of peptides onto intracellular targets (in some cases). f, Collapse of the membrane into fragments and physical disruption of the target cell's membrane. Lipids with yellow headgroups are acidic, or negatively charged. Lipids with black headgroups have no net charge