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Agenti antibatterici e meccanismi di resistenza

Terminologia

Siti bersaglio dell’attività antibiotica Alterazione delle membrane cellulari: polimixine Siti bersaglio dell’attività antibiotica

Meccanismi principali dell’azione degli antibiotici

Inibizione della sintesi della parete

Antibiotici beta-lattamici Penicilline Cefalosporine Cefamicine Carbapenemici Monobattamici Inibitori della Beta lattamasi (acido clavulanico)

Struttura generale di antibiotici beta-lattamici Beta-lattamasi

Le naturali son attive contro Penicilline Le naturali son attive contro streptococchi beta emolitici, meningococchi e anaerobi gram+ Azione limitata contro stafilococchi e bacilli gram- Meticillina et al. come le naturali, ma attive contro gli stafilococchi Ad ampio spettro,come le naturali e attive contro bacilli gram-

Prima e seconda generazione attiva contro gram+ ed alcuni gram- Esempi di cefalosporine e di cefamicine Prima e seconda generazione attiva contro gram+ ed alcuni gram- Terza generazione attiva contro gram+ e maggiore attivita’ contro gram -

Struttura generale di antibiotici beta-lattamici Beta-lattamasi

Peptidoglycan synthesis Cytoplasm Cell Membrane Cell wall undecaprenol sugar amino acid

La reazione di formazione di legami crociati è una transpeptidizazzione I ponti pentapeptidici e i ponti di pentaglicina sono catalizzati da transpeptidasi, transglicosidasi, endopeptidasi e carbossipeptidasi Questi enzimi sono definiti proteine leganti la penicillina (PBP, penicillin-binding proteins) e sono presenti sulla membrana cellulare .

I batteri penicillino-resistenti modificano la struttura delle PBP Le PBP sono bersagli per la penicillina e altri antiobitici beta-lattamici I batteri penicillino-resistenti modificano la struttura delle PBP

Meccanismi di resistenza agli antibiotici beta-lattamici

Altri antibiotici beta-lattamici I carbapenemici sono antibiotici ad ampio spettro attivi contro la maggior parte dei gram+ e dei gram-, ad eccezione degli stafilococchi oxacillina-resistenti

GLI INIBITORI DI BETA-LATTAMASI Acido clavulanico, Sulbactam Vengono combinati con penicilline (ampicillina, amoxicillina, piperacillina) per trattare batteri che producono beta lattamasi. Gli inibitori legano e inattivano le beta lattamasi e permettono alle penicilline di entrare nella cellula batterica senza subire la degradazione enzimatica

Altri antibiotici che agiscono sulla sintesi della parete cellulare

Vancomicina Interagisce con la D-alanina-D-alanina terminale delle catene laterali penta-peptidiche interferendo con la formazione dei ponti Attiva contro stafilococchi oxacillina-resistenti e altri gram+ resistenti ai beta lattamici. Inattiva sui gram-: molecola grande che non passa la membrana esterna dei gram-

Resistenza alla Vancomicina Interagisce con la D-alanina D-alanina terminale delle catene laterali penta-peptidiche interferendo con la formazione dei ponti I batteri resistenti sostituiscono una D-alanina con un D-lattato che non lega l’antibiotico

Defosforila il lipide trasportatore dei precursori del peptidoglicano BACITRACINA Miscela di polipeptidi per uso topico (creme, unguenti, spray) per il trattamento delle infezioni della pelle causata dai gram positivi Defosforila il lipide trasportatore dei precursori del peptidoglicano

Inibitori della sintesi proteica Amminoglicosidi Tetracicline Cloramfenicolo Macrolidi Clindamicina

Amminoglicosidi e amminociclitoli Prima scelta per infezioni da bacilli gram negativi

Azione degli amminoglicosidi Si legano irreversibilmente alle proteine dei ribosomi 30S Due effetti: produzione di proteine aberranti e interruzione della sintesi per rilascio prematuro del mRNA Battericidi Azione degli amminoglicosidi

Resistenza agli amminoglicosidi Mutazione del sito legante il ribosoma Ridotta penetrazione nella cellule batterica Modificazione enzimatica dell’antibiotico mediante fosforilazione, adenilazione o acetilazione dei gruppi amminici e idrossilici Resistenza agli amminoglicosidi

Tetracicline Antibiotici ad ampio spettro contro batteri gram positivi ed alcuni gram negativi

Inibitori della sintesi proteica Cloramfenicolo Ampio spettro, ma utilizzato solo nel trattamento della febbre tifoide perchè tossico per le cellule del midollo fino a produrre anemia aplastica Effetto batteriostatico con inibizione della sintesi proteica attraverso il legame della subunità ribosomale 50S e blocco dell’allungamento del peptide Resistenza per alterazione del legame alla subunità 50S dopo acetilazione del gruppo ossidrilico della molecola antibiotica

Macrolidi Ad ampio spettro, attivi contro batteri gram positivi ed alcuni gram negativi (neisseria, legionella, treponema, mycoplasma, chlamydia)

Meccanismo resistenza ai macrolidi Metilazione dell’RNA ribosomale 23S che impedisce il legame dell’antibiotico Distruzione enzimatica dell’anello lattonico Efflusso attivo dell’antibiotico Meccanismo resistenza ai macrolidi

Alterazione delle membrane cellulari Polimixina B e E (colistina): sono detergenti che distruggono le membrane citoplasmatice dei batteri sensibili Sono nefrotossici e l’uso è limitato al trattamento esterno di otiti, infezioni dell’occhio e della pelle

Inibitori della sintesi degli acidi nucleici (DNA e RNA) Chinoloni (DNA) Rifampicina e rifabutina (RNA) Metronidazolo (composti citotossici che distruggono il DNA)

Bersaglio dei fluorochinoloni (ciprofloxacina, norfoloxacina) topoisomerasi Bersaglio dei fluorochinoloni (ciprofloxacina, norfoloxacina) DNA batterico

Inibiscono le subunità alfa della DNA girasi e della topoisomerasi necessari per superavvolgere il DNA batterico Chinoloni Spettro ristretto (ac. Nalidixico) attivi contro bacilli gram-, no gram+ Ampio spettro (ciprofloxacina, norfloxacina,ofloxacina) attivi contro batteri gram+ e gram-

Meccanismi di resistenza ai chinoloni Ridotta assunzione del farmaco per alterazione delle porine di membrana Modificazione della DNA girasi Meccanismi di resistenza ai chinoloni

E’ battericida per Mycobecterium tuberculosis Rifampicina Si lega all’RNA polimerasi DNA-dipendente ed inibisce l’inizio della sintesi dell’RNA E’ battericida per Mycobecterium tuberculosis

Resistenza alla Rifampicina Mutazione nella subunità beta dell’RNA polimerasi DNA-dipendente I Gram negativi sono naturalmente resistenti poiché l’antibiotico idrofobico non supera la parete esterna

Sono efficaci su un gran numero di gram+ e gram- Antimetaboliti Sulfamidici Sono efficaci su un gran numero di gram+ e gram- Farmaci di elezione per il trattamento di infezioni acute del tratto urinario provocate da batteri sensibili come E. coli

Competono con l’acido p-amminobenzoico impedendo la sintesi di acido folico richiesto come vitamina dai mammiferi che non lo sintetizzano Attività antimetabolica o antagonismo competitivo dei sulfamidici

Barriere di impermeabilità Resistenza ai sulfamidici Barriere di impermeabilità Ridotta affinità per la idrolato riduttasi

Trattamento della tubercolosi Attivi sulla sintesi degli acidi nucleici: Rifampicina Macrolide (levofloxacina) Attivi sulla parete cellulare: Isoniazide Etionammide Etambutanolo Cicloserina

La parete cellulare dei Micobatteri: Struttura complessa di natura polisaccaridica e proteica, i cui lipidi complessati con le cere formate dagli acidi grassi a lunga catena (acidi micolici) hanno una potente azione adiuvante la patogenicita’. Lipidi con a. micolici sono presenti anche nei Corinebatteri e Nocardia La parete cellulare dei Micobatteri: M. tuberculosis M. leprae M. bovis MOTT (micobatteri non tubercolari, M. avium complex) Fattore cordale:particolare derivato degli acidi micoloci, fattore di virulenza di M. tuberculosis La tubercolina o purifed protein derivative (PPD): proteine micobatteriche purificate e utilizzate per la reazione di Mantoux B.C.G. (bacillo di Calmette e Guérin): vaccino antitubercolare, variante apatogena di M. bovis

Isoniazide e etionammide: influenzano la sintesi dell’acido micolico Etanbutanolo: interferisce con la sintesi di arabinogalattano Cicloesirina: inibisce due enzimi, la D-alanina sintetasi e l’alanina racemasi, che catalizzano la sintesi della parete Antibiotici attivi sulla parete dei micobatteri

Resistenza a Isoniazide, Etionammide, Etanbutanolo, Cicloesirina: Ridotta assunzione dei farmaci Alterazione dei siti bersaglio

La resistenza ai farmaci antibatterici: l’aspetto biologico

LA RESISTENZA AI FARMACI ANTIBATTERICI I principali meccanismi di resistenza ai farmaci antibatterici sono: 1. Alterazione ed interferenza nel trasporto del farmaco 2. Attivazione di pompe di efflusso 3. Modificazione del sito bersaglio dell’antibiotico 4. Distruzione o inattivazione del farmaco 5. Modulazione dell’espressione genica per produrre un maggior numero di siti bersaglio (competizione con il substrato)

LA RESISTENZA AI FARMACI ANTIBATTERICI I principali meccanismi di resistenza ai farmaci antibatterici sono: 1. Alterazione ed interferenza nel trasporto del farmaco 2. Attivazione di pompe di efflusso 3. Modificazione del sito bersaglio dell’antibiotico 4. Distruzione o inattivazione del farmaco 5. Modulazione dell’espressione genica per produrre un maggior numero di siti bersaglio (competizione con il substrato)

Modificazioni nelle proteine che formano le pareti dei pori possono alterare le dimensioni e la carica dei canali e provocare l’esclusione dell’antibiotico Porine alterate

Alterato trasporto attraverso la membrana cellulare

PORINE E MECCANISMI DI TRASPORTO ALTERATI Principale meccanismo di resistenza contro: Beta lattamici Bacitracina Farmaci contro la parete dei micobatteri Amminoglicosidi Chinoloni Rifampicina Antimetaboliti

LA RESISTENZA AI FARMACI ANTIBATTERICI I principali meccanismi di resistenza ai farmaci antibatterici sono: 1. Alterazione ed interferenza nel trasporto del farmaco 2. Attivazione di pompe di efflusso 3. Modificazione del sito bersaglio dell’antibiotico 4. Distruzione o inattivazione del farmaco 5. Modulazione dell’espressione genica per produrre un maggior numero di siti bersaglio (competizione con il substrato)

Alterati ribosomi ed altri targets dell’antibiotico

Alterati ribosomi ed altri targets dell’antibiotico

Alterati ribosomi ed altri targets dell’antibiotico

Profili delle PBP di ceppi di Staphylococcus aureus meticillino-resistenti

Alterati targets dell’antibiotico

ALTERAZIONE DEI TARGETS Beta lattamici (alterate PBP) Principale meccanismo di resistenza contro: Beta lattamici (alterate PBP) Vancomicina (sostituzione nel peptidoglicano del terminale del pentapeptide da D-alanina in D-lattato o D-serina) Amminoglicosidi (mutazione del sito legante il ribosoma) Tetracicline (produzione di proteine simili al fattore di allungamento che protegge il ribosoma 30S)

ALTERAZIONE DEI TARGETS-2 Principale meccanismo di resistenza contro: Macrolidi (metilazione dell’RNA ribosomiale 23S che impedisce il legame dell’antibiotico) Chinoloni (alterazione delle subunità alfa della DNA girasi) Rifampicina (modificazione della subunità beta dell’RNA polimerasi) Sulfamidici (ridotta affinità di idrofolato riduttasi)

LA RESISTENZA AI FARMACI ANTIBATTERICI I principali meccanismi di resistenza ai farmaci antibatterici sono: 1. Alterazione ed interferenza nel trasporto del farmaco 2. Attivazione di pompe di efflusso 3. Modificazione del sito bersaglio dell’antibiotico 4. Distruzione o inattivazione del farmaco 5. Modulazione dell’espressione genica per produrre un maggior numero di siti bersaglio (competizione con il substrato)

Produzione intra ed extra cellulare di enzimi inattivanti

PRODUZIONE ENZIMI DEGRADATIVI Principale meccanismo di resistenza contro: Beta lattamici (beta lattamasi) Amminoglicosidi (fosforilazione, adenilazione e acetilazione della molecola) Cloramfenicolo (acetilazione) Macrolidi ( distruzione dell’anello lattonico da parte di una eritromicina esterasi) Sulfamidici (produzione di timidina come antagonista)

LA RESISTENZA AI FARMACI ANTIBATTERICI I principali meccanismi di resistenza ai farmaci antibatterici sono: 1. Alterazione ed interferenza nel trasporto del farmaco 2. Attivazione di pompe di efflusso 3. Modificazione del sito bersaglio dell’antibiotico 4. Distruzione o inattivazione del farmaco 5. Modulazione dell’espressione genica per produrre un maggior numero di siti bersaglio (competizione con il substrato)

Pompe di efflusso

LA RESISTENZA AI FARMACI ANTIBATTERICI I principali meccanismi di resistenza ai farmaci antibatterici sono: 1. Alterazione ed interferenza nel trasporto del farmaco 2. Attivazione di pompe di efflusso 3. Modificazione del sito bersaglio dell’antibiotico 4. Distruzione o inattivazione del farmaco 5. Modulazione dell’espressione genica per produrre un maggior numero di siti bersaglio (competizione con il substrato)

Resistenza alla competizione con il substrato

Esempi di meccanismi di resistenza multifattoriale contro le principali classi di antibiotici

Resistenza agli amminoglicosidi Mutazione del sito legante il ribosoma Ridotta penetrazione nella cellule batterica Modificazione enzimatica dell’antibiotico mediante fosforilazione, adenilazione o acetilazione dei gruppi amminici e idrossilici Resistenza agli amminoglicosidi

Meccanismi di resistenza alle tetracicline Diminuita penetrazione dell’antibiotico Efflusso attivo Alterazione del sito bersaglio ribosomale, con produzione di fattori simili che legano l’antibiotico senza che la sintesi proteica sia alterata Modificazione enzimatica dell’antibiotico Meccanismi di resistenza alle tetracicline

Meccanismi resistenza ai macrolidi Metilazione dell’RNA ribosomale 23S che impedisce il legame dell’antibiotico Distruzione enzimatica dell’anello lattonico Efflusso attivo dell’antibiotico Meccanismi resistenza ai macrolidi

Comparazione fra genomi Species bp ‘genes’ Haemophilus influenzae 1,830,137 1,743 Campylobacter jejuni 1,641,481 1,708 Mycobacterium tuberculosis 4,115,291 3,924 Neisseria meningitidis 2,184,406 2,121 Escherichia coli 4,639,221 4,288 Functions: 20% metabolism, 10% transport, 10% regulation & replication, 5% structural, 5% protein synthesis 50% tra funzioni sconosciute o finalizzate a meccanismi di resistenza e patogenicità

Sterilizzazione, disinfezione e antisepsi

Definizioni

Metodi di sterilizzazioni

Metodi di disinfezioni

Agenti antisettici

Proprietà germicide dei disinfettanti e degli agenti antisettici