Antibiotici che agiscono sulla membrana esterna dei Gram-: Le POLIMIXINE Hanno un meccanismo d’azione analogo a quello dei disinfettanti. Attive verso i Gram-, si legano alla membrana esterna, alterandone le proprietà osmotiche con fuoriuscita di metaboliti. Hanno una discreta selettività per l’affinità con i lipidi presenti nella membrana esterna batterica (lipopolisaccaride, fosfatidiletanolamina) e poca per la fosfatidilcolina (presente nella membrana eucariotica ma non in quella batterica). In conseguenza del loro meccanismo d’azione le polimixine sono piuttosto nefrotossiche ed il loro impiego è limitato ai trattamenti topici (pelle, otiti). A B C A) struttura normale della parete dei Gram - B) distruzione della membrana esterna ad opera delle polimixine C) Struttura delle polimixine. 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.

Inibitori della sintesi degli acidi nucleici Inibitori sintesi DNA Novobiocina (prodotta da Streptomyces niveus) = si lega alla subunità B della girasi batterica inattivandola; azione sinergica a quella dei chinoloni . Inibitori sintesi RNA Rifamicina = antibiotico naturale prodotto da Nocardia mediterranea; Particolarmente usata nella terapia della tubercolosi. Interferisce con la fase di inizio della trascrizione, legandosi all’RNA polimerasi batterica (che è diversa dalle RNA polimerasi eucariotiche; azione selettiva). Rifampicina: si lega alla RNA-polimerasi DNA dipendente ed inibisce la sintesi di RNA girasi DNA DNA RNA Polimerasi Novobiocina: si lega alla su-bunità B della girasi batterica Chinolone: interagisce con la subunità A della gi-rasi batterica Inibitori della sintesi degli acidi nucleici

Inibitori della sintesi proteica La maggior parte di questi antibiotici interagisce con i ribosomi batterici, diversi dai ribosomi eucariotici, ed hanno azione specifica contro i batteri. Ribosomi Coefficiente di sedimentazione Subunità n° proteine specie di RNA batterici 70S 30S + 50S ~ 50 23, 16, 5 S eucariotici 80S 40S + 60S ~ 80 28, 18, 5.8, 5S

Inibitori sintesi proteica Tetracicline Aminoglicosidici Macrolidi Subunità ribosomale 30S Subunità ribosomale50S

Tetracicline Le tetracicline sono un gruppo di antibiotici prodotti da Streptomiceti e caratterizzati da una struttura molecolare tetraciclica. La loro azione antibatterica è dovuta ad un blocco della sintesi proteica in una fase molto iniziale: esse si legano alla subunità ribosomiale 30S subito dopo il legame dell’mRNA, impedendovi l’attacco dell’aminoacil-tRNA a livello del codone di inizio. Sono batteriostatici ad ampio spettro di attività, anche per batteri intracellulari che non possiedono parete cellulare (Clamidie e Micoplasmi). Alcuni batteri risultano resistenti come: Pseudomonas spp e Proteus spp Resistenza: I geni di resistenza sono trasmessi da trasposoni. Vengono espresse proteine di membrana che pompano all’esterno gli antibiotici (pompe di eflusso) Controindicazioni: Distruzione della normale flora intestinale che comporta un aumento di infezioni secondarie.

Inibitori sintesi proteica Tetracicline Aminoglicosidici Macrolidi Subunità ribosomale 30S Subunità ribosomale50S

Aminoglicosidi Sono antibiotici costituiti da due o più aminozuccheri uniti da un legame glicosidico a un nucleo esoso che generalmente è in posizione centrale. Streptomicina, neomicina e kanamicina sono estratte da streptomiceti; gentamicina estratta da Micromonospora spp, etc.). Sono antibiotici ad ampio spettro attivi soprattutto nei confronti di batteri Gram-negativi. Per le infezioni da batteri Gram positivi vengono spesso associati a penicilline. Sono inattivi nei confronti di batteri anaerobi. Battericidi, si legano irreversibilmente alla subunità 30S inibendo la sintesi proteica con tre meccanismi: blocco della formazione del complesso ribosoma-RNA messaggero; induzione di errori nella lettura del messaggero stesso, con l'incorporazione di aminoacidi errati provocando la sintesi di proteine anormali e/o non funzionali; impedimento della traslocazione del peptidil-tRNA dal sito A al sito P del ribosoma. Sembra  che questi antibiotici siano anche in grado anche di causare la formazione di pori a livello della membrana cellulare batterica Sono stati identificati tre tipi principali di meccanismi di resistenza contro questi antibiotici: modificazione enzimatica dell'amminoglicoside stesso a opera di enzimi batterici (transferasi) mediante adenilazione, acetilazione o fosforilazione; ridotta penetrazione dell'antibiotico; essendo idrosolubili per poter attraversare le membrane necessitao di trasporto attivo con purine e ATP, meccanismo bloccato da anaerobiosi. mutazione del sito legante il ribosoma. Sono gli antibiotici di prima scelta per le infezioni da bacilli Gram- compresi Pseudomonas.

Inibitori sintesi proteica Tetracicline Aminoglicosidici Macrolidi Subunità ribosomale 30S Subunità ribosomale50S Sito A Processo di traslocazione

Macrolidi I macrolidi (eritromicina, roxitromicina, claritromicina, spiramicina, etc.) sono prodotti da Streptomiceti e sono caratterizzati da una molecola contenente un gruppo lattonico. Inibiscono la sintesi proteica legandosi reversibilmente all’RNA ribosomale 23 S della subunità 50S e impedendo la traslocazione. Sono attivi nei confronti dei Gram-positivi ed il loro spettro d’azione è poco più ampio di quello delle penicilline (includendo anche alcuni Gram-negativi come neisseria, legionella, treponema, mycoplasma, clamydia) ed hanno azione batteriostatica L’eritromicina è usata in clinica nei pazienti allergici ai β-lattamici.

Cloramfenicolo e lincosamidi I lincosamidi (lincomicina e clindamicina) sono antibiotici batteriostatici attivi contro batteri aerobi ed anaerobi Gram-positivi, con un meccanismo e spettro d’azione simile a quello dei macrolidi, pur avendo una struttura chimica molto diversa Cloramfenicolo (Streptomiceti o sintetico) = blocca la peptidil-transferasi impedendo la formazione del legame peptidico, con conseguente blocco della sintesi proteica. Batteriostatico ad ampio spettro, ma con seri effetti tossici per le cellule del midollo osseo. Da usare solo per gravi infezioni causate da batteri farmaco-resistenti e nel trattamento della febbre tifoide. .

Inibitori della sintesi proteica Cloramfenicolo: si lega alla subunità 50S e inibisce la formazione del legame peptidico catena polipeptidica in accrescimento Subunità 50S Eritromicina: si lega alla subunità 50S e previene la traslocazione sul ribosoma tRNA mRNA Tetracicline: interfe-riscono con l'attacco del tRNA al complesso: mRNA-ribosoma. Subunità 30S Streptomicina: modifica la struttura della subunità 30S e causa delle distorsioni nella catena del messaggero che non può essere letto correttamente direzione dello scorrimento del mRNA sul ribosoma

Schema riassuntivo del meccanismo d’azione dei principali farmaci antibatterici

ANTIBIOTICO RESISTENZA Uno stipite batterico è resistente ad un farmaco 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.

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

Meccanismi di resistenza acquisita Resistenza cromosomica o costitutiva : mutazioni spontanee che alterano la permeabilità cellulare all’antibiotico o il sito bersaglio dell’antibiotico l’antibiotico esercita un’azione selettiva (seleziona i mutanti resistenti inibendo le cellule batteriche sensibili) resistenza trasmissibile solo alle cellule figlie (trasmissione verticale) Resistenza extracromosomica o trasmissibile : inattivazione dell’antibiotico ad opera di enzimi batterici portati da plasmidi coniugativi può riguardare più antibiotici contemporaneamente (resistenza multipla) resistenza trasmissibile ad altre cellule anche di specie diverse (trasmissione orizzontale attraverso lo scambio genetico)

Meccanismi di Resistenza Modificazione della permeabilità cellulare Riduzione dei canali di entrata (porine) Tetracicline Pompe di efflusso Eritromicine – Tetracicline Produzione di enzimi inattivanti il farmaco β-lattamasi Pennicilline – Cefalosporine Acetiltransferasi Cloramfenicolo – aminoglicosidi Fosfotransferasi Aminoglicosidi Adeniltransferasi Modificazione del sito bersaglio PBP Penicilline RNA – polimerasi Rifampicina Attivazione via metabolica alternativa Enzimi modificati sulfamidici Meccanismi di Resistenza

Terminologia SPETTRO ANTIBATTERICO – Attività dell’antibiotico su specifici microrganismi. Un antibiotico a largo spettro può inibire una grande varietà di batteri Gram+ e Gram-, mentre un antibiotico a spettro ristretto è attivo solo su una limitata varietà di microrganismi ATTIVITA’ BATTERIOSTATICA – Il livello di attività antibatterica che inibisce la crescita del microrganismo. E’ determinata in vitro mediante la minima concentrazione inibente (MIC) ATTIVITA’ BATTERICIDA – Il livello di attività antimicrobica che uccide il microrganismo. E’ determinata in vitro mediante la minima concentrazione battericida (MBC) COMBINAZIONE DI ANTIBIOTICI – Si possono utilizzare (1) quando ci sono infezioni miste, (2) come emergenza, in caso di gravi infezioni in cui non sia stato isolato l’agente eziologico, (3) per ottenere un effetto sinergico, (5) per diminuire la probabilità di comparsa di mutanti resistenti SINERGISMO ANTIBIOTICO - Combinazione di due antibiotici che hanno attività battericida aumentata quando sono utilizzati in associazione (per esempio, Streptomicina + penicillina nel trattamento delle endocarditi enterococciche, da Gram-, non hanno effetto se utilizzate singolarmente. In combinazione, la penicillina danneggia la parete, per cui la streptomicina può penetrare nel batterio. ANTAGONISMO ANTIBIOTICO - Combinazione di antibiotici che interferiscono l’uno con l’altro (per esempio Cloramfenicolo + penicillina). Il cloramfenicolo inibisce la crescita batterica e quindi la penicillina non può agire inibendo la sintesi della parete batterica.

Scelta dei farmaci antibatterici La scelta del farmaco va desunta dalle prove batteriologiche di identificazione del patogeno e di studio della sua sensibilità ai vari farmaci antibatterici La diagnosi clinica di malattia da infezione (es. polmonite, meningite, infezione urinaria) non comporta necessariamente l’identificazione del patogeno ed anche quando la comporta (es. tubercolosi) non permette di valutare a priori la sensibilità al farmaci. Una eccezione è rappresentata da quelle situazioni in cui la diagnosi clinica (esempo Streptococcus piogenes per la scarlattina, Treponema pallidum per la sifilide etc) identifica automaticamente l’agente etiologico. Altre eccezioni tollerabili sono rappresentate dalle situazioni, in cui la gravità del caso non consente di dilazionare l’inizio della terapia. La somministrazione di un antibatterico dovrebbe essere sempre mirata per valutare la sua attività sul microrganismo. Per determinare l’efficacia in vitro di un antibiotico si usa la MIC, la MBC e l’antibiogramma. Esistono due tipi di antibiogramma: indiretto e diretto.

METODI PER DETERMINARE L’EFFICACIA DI UN ANTIBIOTICO

(Minimal Bactericidal Concentration) MIC (Minimal Inhibitory Concentration) la concentrazione minima di antibiotico in grado di inibire la crescita batterica. MBC (Minimal Bactericidal Concentration) la più bassa concentrazione di antibiotico in grado di distruggere i batteri. g g 0,1 0,2 0,4 0,8 1,5 3 6 12 24 48 g Un inoculo standardizzato del microrganismo viene addizionato (esempio, 1000 unità formanti colonia-UFC) a concentrazioni scalari dell’antibiotico. I campioni vengono messi ad incubare 16-20 ore a 35°C e osservati per la crescita batterica intorbidamento del terreno liquido (MIC) o sviluppo di colonie in terreno solido (MBC)

ANTIBIOGRAMMA Antibiogramma indiretto: prima si esegue l’isolamento dell’agente patogeno dal materiale patologico, poi si esegue l’antibiogramma sul ceppo patogeno isolato. Antibiogramma diretto: eseguito direttamente sul materiale patologico; ci sono problemi nella valutazione del risultato se crescono 2 diverse specie batteriche, di cui una sola è quella patogena. N.B. Non sempre il farmaco più attivo in vitro è anche il più efficace in vivo. es. Streptomicina non può essere usata nelle infezioni urinarie, perchè poco attiva a pH acido

In pratica, esiste una relazione lineare fra MIC e alone di inibizione della crescita nell’antibiogramma. ceppo bersaglio in coltura liquida insemenzare su terreno solido aggiungere antibiotico si dischetto di carta sterile incubare alla temperatura di crescita del ceppo “test” Misura dell’alone d’inibizione

FINE