Azione degli antibiotici prodotti attraverso operazioni biotecnologiche

BIOTECNOLOGIE Le biotecnologie tradizionali sono tecnologie produttive utilizzate da millenni e prevedono lo sfruttamento delle attività fermentative dei microrganismi. DNA ricombinante Clonazione di geni Inserimento in cellule Produzione di proteine ricombinanti Tecnica del DNA ricombinante: si sfrutta la capacità di alcuni enzimi restrittivi di isolare una porzione di DNA (gene) per poi trasferirlo in un vettore (plasmide). Successivamente, il vettore verrà inserito nelle cellule che si desiderano modificare a livello genetico.

Clonazione di geni: le cellule geneticamente modificate, duplicandosi, danno luogo alla clonazione di geni contenuti nel plasmide precedentemente inserito al loro interno. Produzione di proteine ricombinanti: le cellule duplicate prenderanno le caratteristiche genetiche e comportamentali delle cellule madri, così da formare delle proteine ricombinanti.

SCHEMATIZZAZIONE TECNICA DNA RICOMBINANTE

FARMACI Con la tecnica del DNA ricombinante si possono anche ottenere: Anticancro (es: Interferoni); Proteine del sangue (es: Eritroproteina, fattori di coagulazione); Ormoni (es: Fattori di crescita, insulina, ormoni sessuali); ANTIBIOTICI

ANTIBIOTICI Meccanismo d’azione: Sono composti capaci di uccidere o di inibire la crescita di agenti patogeni. Meccanismo d’azione: Sono agenti inibenti della sintesi della parete cellulare, della funzione della membrana cellulare e della sintesi proteica; Interferiscono con funzioni essenziali specifiche del microrganismo; Possiedono tossicità selettiva.

Antibiotici Naturali: Antibiotici Sintetici: Prodotti dal metabolismo di batteri e funghi, sono capaci di inibire, a basse concentrazioni (dell’ordine dei μg/ml), la crescita di altri microrganismi attivamente metabolizzanti. Antibiotici Sintetici: Esistono anche antibiotici sintetici, prodotti industrialmente, e composti definiti semisintetici, che consistono in antibiotici naturali modificati in laboratorio, con azione antibatterica e antimicotica (anti muffe e farmaci chemioterapici).

BERSAGLI DEGLI ANTIBIOTICI REPLICAZIONE DNA ACIDO NALIDIXICO CHINOLONI SINTESI PROTEICA Inibitori 50S CLORAMFENICOLO ERITROMICINA DNA PABA DHF THF METABOLISMO ACIDO FOLICO SULFAMIDICI mRNA 50 30 50 30 50 30 SINTESI PROTEICA Inibitori 30S TETRACICLINE MEMBRANA POLIMIXINE

INIBIZIONE PER COMPETIZIONE Sulfamidici: Modo d’azione: i sulfamidici sono analoghi dell’acidopara-aminobenzoico e inibiscono competitivamente la formazione di acido folico; Spettro di attività: ampio spettro nei confronti di batteri Gram-positivi e Gram-negativi. I sulfamidici sono antibiotici batteriostatici di sintesi e agiscono come antimetaboliti. Derivati della sulfanilamide (p-aminobenzene sulfamide)

INIBIZIONE SINTESI PARETE CELLULARE Penicilline Derivati dell'acido 6-aminopenicillanico (fusione di L-cisteina e D-valina) Esse sono analoghe strutturali del substrato della transpeptidasi, che crea i legami crociati fra le catene di peptidoglicano. Cefalosporine Derivati dell'acido 7- aminocefalosporanico L'inibizione dell’enzima blocca la costruzione della parete batterica, uccidendo le cellule batteriche in crescita.

INIBIZIONE FUNZIONI MEMBRANA CELLULARE Polimixine Sono costituite da catene peptidiche cicliche con una lunga coda idrofobica. La molecola di questi antibiotici si inserisce tra lo strato proteico e quello lipidico della membrana alterandone la permeabilità. Infatti esse inibiscono le funzioni della membrana cellulare: la lunga coda idrofobica interagisce con i fosfolipidi che compongono la membrana cellulare del batterio, alterando la permeabilità della membrana stessa e provocando la fuoriuscita di composti intracellulari nell’ambiente extracellulare. Sono antibiotici attivi nei confronti dei batteri Gram-negativi.

INIBIZIONE SINTESI PROTEICA Cloramfenicolo Prodotto dal batterio streptomices venezuelae. Esercitano un’azione batteriostatica per inibizione delle sintesi proteiche batteriche: blocca le reazioni di transpeptidazione che avvengono nei ribosomi. Eritromicina Prodotto dal batterio streptomices erithreus, fa parte della famiglia dei macrolidi.

Tetracicline Prodotte da streptomices aureofaciens (clortetraciclina) e streptomices rimosus (ossitetraciclina); Appartengono ad un gruppo di antibiotici caratterizzati da una struttura molecolare tetraciclica. Clortetraciclina Formula generale tetracicline

INIBIZIONE SINTESI ACIDI NUCLEICI L’azione principale di questi antibiotici è quella di formare legami covalenti con gli acidi nucleici, interferendo con la sintesi del DNA. Actinomicina: primo antibiotico con applicazioni chemioterapiche per la sua proprietà antitumorale. Esso interferisce con l’azione degli enzimi coinvolti in processi di replicazione e trascrizione del DNA impedendo la replicazione dei batteri. Mitomicine: i legami formati con il DNA ne inducono la rottura. Viene usato come agente chemioterapico per il trattamento di tumori alla mammella, stomaco e vescica. Acido nalidixico: antimicrobico, appartiene alla classe dei chinoloni. Interferisce con la sintesi del DNA e viene impiegato per la terapia di infezioni sostenute da batteri Gram-negativi. Farmaci antibatterici di sintesi: farmaci prodotti in laboratorio tramite processi di sintesi chimica. Possiedono uno spettro d’azione maggiormente ristretto rispetto ai farmaci d’origine naturale.

LA SCOPERTA DELLA PENICILLINA 1929: Fleming→penicillina 1940: Forma purificata (1945 Nobel) Penicillina: possiede elevata attività verso la maggior parte dei batteri Gram positivi e scarsa attività verso i Gram negativi; Formula della penicillina

PRODUZIONE DI PENICILLINE La penicillina viene prodotta a partire da ceppi selezionati di muffa del genere Penicillium. Inoltre si utilizza il metodo delle colture sommerse perché essendo organismi aerobi, la loro riproduzione avviene preferibilmente a livello superficiale e ciò rappresenta un limite nella produzione industriale. Il processo di produzione avviene attraverso diverse fasi: Inoculazione (sporificazione a 24°C e successiva incubazione); Fermentazione (fase vegetativa a circa 25°C); Filtrazione; Estrazione (circa 4°C, pH=2); Filtrazione su resine specifiche; Precipitazione (ulteriore purificazione).

IMPIANTO PRODUZIONE PENICILLINE

BIBLIOGRAFIA “Biotecnologie e chimica delle fermentazioni” (Alberto Tagliaferri, Celeste Grande-Zanichelli) “Tecnologie chimiche industriali” (S. Natoli, M. Calatozzolo-Edisco vol.III)