FARMACI ANTIBATTERICI ASPETTI STORICI 1877 Pasteur Osservazione dell’inibizione di crescita fra diversi microrganismi nella stessa coltura 1904 Ehlrich Nascita della chemioterapia 1928 Fleming Inibizione di crescita di una colonia batterica contaminata da Penicillium notatum 1877 Concetto di inibizione batterica (Pasteur) 1900~ Chemioterapia (Ehrlich) 1910 Salvarsan = arsfenamina (Ehrlich) 1928 Scoperta penicillina (Fleming) 1935 Prontosil -> sulfamidici (DomagK) 1940 Antimetaboliti (Woods-Fildes) 1942 Concetto di antibiotico (Wak-Sman) 1943 Isolamento penicillina (Chain)

Definizione e caratteristiche Chemioterapici: farmaci antibatterici prodotti per sintesi chimica Antibiotici: sostanze antibatterica naturale prodotte da varie specie di microrganismi (batteri o funghi). Azione batteriostatica: inibisce la moltiplicazione batterica. Reversibile dopo l’allontanamento del farmaco. L’eradicazione del microrganismo dipende dal sistema immunitario e dai meccanismi di fagocitosi dell’ospite Azione battericida: uccide i batteri ed è irreversibile

l’effetto (battericida o batteriostatico) dipende da: - il tipo di farmaco - la concentrazione del farmaco - il ceppo bersaglio

Antimetaboliti Antimicrobici

Sulfamidici e trimetoprim I sulfamidici sono stati i primi chemioterapici usati per inibire la crescita dei batteri. Il sulfamidico più semplice è la sulfanilamide, che agisce come analogo dell’acido p-aminobenzoico, che, a sua volta, è parte dell’acido folico. La sulfanilamide compete con l’acido p-aminobenzoico (PABA) legandosi al sito attivo dell’enzima diidropteroatosintetasi (DHPS) bloccando la sintesi dell’acido folico, precursore degli acidi nucleici. E’ attiva contro i batteri che sono in grado di sintetizzare acido folico, ma non contro gli organismi superiori, che devono procurarselo con la dieta. Il trimetoprim è analogo dell’acido diidrofolico. Esso esercita la sua azione inibente legandosi all’enzima diidrofolato riduttasi (DHFR), catalizzante la reazione che trasforma il diidrofolato in tetraidrofolato, cofattore richiesto per la sintesi delle purine, della timina, e di alcuni aminoacidi. L’enzima batterico è 50.000 volte più sensibile all’inibitore rispetto a quello cellulare. Il trimetoprim sinergizza con gli altri sulfamidici.

SULFAMIDICI Agiscono come antimetaboliti competendo con il substrato per l’enzima che catalizza la reazione La solfonillamide si sostituisce al PABA, precursore degli acidi folici, acidi indispensabili per la biosintesi di nucleotidi ed aminoacidi. Hanno azione batteriostatica con tossicità selettiva. L’organismo utilizza gli acidi folici presenti nella dieta, mentre i batteri li devono sintetizzare (ad eccezione degli enterococchi che sono insensibili ai sulfamidici). I sulfamidici sono scarsamente efficaci in infezioni con necrosi tissutale (ustioni, pus, etc) perché vengono liberate notevoli quantità di aminoacidi e basi azotate efficacia limitata per l’insorgenza di ceppi batterici resistenti 5% dei pazienti ha effetti collaterali (risposte allergiche)

Fluorochinoloni I chinoloni sono composti di sintesi derivati dalla 7-clorochinolina (acido nalidixico) Meccanismo d’ azione – Si legano alla subunità A della DNA girasi (topoisomerasi) e impediscono il superavvolgimento del DNA. Spettro di attività – Cocchi Gram-positivi e patogeni del tratto urinario Resistenza - comune all’acido nalidixico; in aumento per la ciprofloxacina

Chinoloni I chinoloni derivano dall’acido nalidixico. Inattivano la girasi (topoisomerasi II) batterica (enzima che catalizza lo srotolamento e l’avvolgimento del DNA, necessario per la replicazione) interferendo con la subunità A. La girasi è formata da due copie di peptidi (subunità A e B). La subunità A taglia in siti specifici, mentre la subunità B è responsabile della spiralizzazione negativa. Questi due meccanismi favoriscono la formazione della forcina replicativa. L’antibiotico novobiocina ottiene lo stesso risultato interferendo con la subunità B. L’azione antibatterica dei chinoloni è sinergica con quella della novobiocina I chinoloni sono indicati nelle infezioni delle vie urinarie. Chinolone Novobiocina

Isoniazide Analogo della nicotinamide e della piridossiamina (vitaminaB6). Inibisce diversi enzimi che richiedono questi cofattori. Inibisce la sintesi degli acidi micolici, componente essenziale della parete dei Micobatteri, aumentando la fragilità della parete

Antibiotici Sono agenti chimici di origine naturale che uccidono i microrganismi o ne inibiscono la crescita Caratteristiche biochimiche: Metaboliti secondari Natura chimica: Molecole insolite Come mai vengono prodotti: Hanno un’azione antagonista Hanno un ruolo nel processo di sporulazione Hanno una funzione regolativa Sono dei prodotti di scarto

Gli antibiotici sono metaboliti secondari, cioè sono prodotti dal metabolismo secondario (non essenziale per la vita della cellula), sono prodotti nella fase stazionaria di crescita, principalmente da microrganismi del suolo (funghi, Streptomiceti e Bacilli)

ANTIBIOTICI ALTA TOSSICITA’ SELETTIVA tossicità selettiva per i batteri, una sostanza ad azione antimicrobica dovrebbe avere effetto massimo sulla cellula batterica e scarso o nessun effetto sulle cellule umane. battericidi (uccidono i batteri) batteriostatici (inibizione della crescita) BASSA TOSSICITA’ RESIDUA tossicità nulla o scarsa per il paziente Alcune attività metaboliche della cellula batterica differiscono significativamente da quelle delle cellule umane. Molecole ad attività antibiotica o chemioterapica sfruttano queste differenze. deve avere un alto indice terapeutico, cioè un rapporto tra dose tossica (concentrazione tossica per l’ospite) e dose terapeutica (concentrazione necessaria per eliminare il patogeno)

Classificazione Inibiscono la sintesi della parete cellulare (le cellule animali NON hanno parete) Inibiscono la sintesi di acidi nucleici (bersaglio: enzimi batterici) Inibiscono la sintesi proteica (i ribosomi batterici sono diversi da quelli della cellula eucariotica) Disgregano la struttura lipidica della membrana esterna dei Gram-

Antibiotici che inibiscono la sintesi della parete cellulare La sintesi del peptidoglicano può essere suddivisa in 3 tappe Sintesi dei precursori nel citoplasma 2. Trasporto dei precursori attraverso la membrana citoplasmatica 3. Inserimento dei precursori in punti di crescita della parete cellulare. In questa fase la sintesi della parete batterica è catalizzata da enzimi specifici (transpeptidasi, carbossipeptidasi, etc) che vengono chiamati Penicillin Binding proteins (PBP), perché possono legarsi agli antibiotici  -lattamici con legame covalente.

Schema della neosintesi della parete cellulare e antibiotici che interferiscono con la sintesi del peptidoglicano GRAM - GRAM +

Antibiotici attivi sulla prima tappa del metabolismo del peptidoglicano: Fosfomicina e Cicloserina La prima tappa avviene nel citoplasma, dove vengono sintetizzate le unità fondamentali della struttura portante del peptidoglicano NAG e NAM La D-cicloserina è un analogo strutturale della D-alanina. Essa inibisce in maniera competitiva due enzimi coinvolti nella formazione del dipeptide D-alanil-D-alanina: la racemasi che converte la L-alanina nel suo stereoisomero D, e la sintetasi che catalizza la formazione del legame peptidico tra le due molecole D-alanina. La cicloserina è relativamente tossica ed è usata nel trattamento delle infezioni da micobatteri ed infezioni urinarie. La fosfomicina è un analogo strutturale del fosfo-enolpiruvato e impedisce la sintesi dell’acido N-acetil-muramico, legandosi covalentemente al sito attivo dell’enzima piruviltransferasi e inattivandolo. La rapida insorgenza di resistenza la rendono praticamente poco utilizzabile in clinica.

Antibiotici attivi sulla seconda tappa del metabolismo del peptidoglicano La seconda tappa della sintesi del peptidoglicano avviene sulla superficie interna della membrana citoplasmatica dove l’ N-acetilmuramilpeptide viene legato da un trasportatore lipidico che trasloca la subunità completa all’esterno della membrana citoplasmatica La bacitracina è un polipeptide ciclico prodotto da ceppi di Bacillus licheniformis e inibisce la defosforilazione del trasportatore lipidico legandosi al bactoprenolo-difosfato e bloccando la rigenerazione del bactoprenolo-monofosfato. E’ un antibiotico tossico per l’uso clinico umano. Viene usato per trattamenti topici e come additivo alimentare per ruminanti al fine di ridurre la produzione di metanolo nel rumine.

Antibiotici attivi sulla terza tappa del metabolismo del peptidoglicano La terza tappa avviene nel contesto del peptidoglicano e nello spazio periplasmico (Gram-), dove l’unità basale, liberata dal legame del trasportatore lipidico, si unisce all’ estremità in accrescimento di una catena di peptidoglicano (transpeptidazione). Molti antibiotici agiscono su questa tappa. La vancomicina è un glicopeptide, prodotto da actinomiceti (Streptomices orientalis), che interagisce con l’estremità D-alanina-D-alanina del NAG-NAM-pentapeptide legata al bactoprenolo ed impedisce le operazioni terminali (transglicosilazione e transpeptidazione) che portano all’inserimento dell’unità basale nella zona di accrescimento del peptidoglicano.

Antibiotici -lattamici: le Penicilline Le penicilline sono prodotte da ceppi di Penicillium notatum e chrisogenum, un caratteristico ascomicete (muffa) il cui micelio è suddiviso in cellule che formano una struttura ramificata.

Antibiotici -lattamici Gli antibiotici -lattamici prendono questo nome poiché ciascuno di essi possiede un anello tetratomico -lattamico che è il sito attivo dell’antibiotico. Il primo gruppo di antibiotici -lattamici è costituito dalle penicilline, prodotte dal micete Penicillum chrysogenum, il cui nucleo fondamentale è costituito dall’acido 6-aminopenicillanico in una struttura biciclica -lattamico-tiazolidinica. Il secondo gruppo è rapresentato dalle cefalosporine, prodotte dal micete Cephalosporium achremonium, il cui nucleo fondamentale è rappresentato dall’acido 7-amino-cefalosporanico, che ha una struttura biciclica -lattamico-diidrotiazinica.

Proteine che legano le penicilline (PBP) La sintesi della parete batterica è catalizzata da enzimi specifici (transpeptidasi, carbossipeptidasi, etc) che vengono chiamati Penicillin Binding proteins (PBP), perché possono legarsi agli antibiotici  -lattamici con legame covalente. Ciascuno antibiotico  -lattamico si lega di preferenza a determinate PBP. Ciascun batterio possiede un proprio patrimonio di PBP. Il tipo e la quantità di PBP presenti sono in grado di determinare la sensibilità o la resistenza di un dato batterio ad un particolare antibiotico beta-lattamico.

Meccanismo d’azione degli antibiotici -lattamici Gli antibiotici -lattamici sono in grado di bloccare il legame di transpeptidazione tra le catene peptidiche laterali di molecole adiacenti di peptidoglicano. La transpeptidazione è importante perché formando legami crociati completa la parete e gli fornisce la forza necessaria per resistere alla lisi osmotica. Questo meccanismo è stato messo in relazione con l’analogia strutturale fra l’anello -lattamico e il dimero D-alanina-D-alanina. Gli antibiotici -lattamici si legherebbero, per competizione con il dimero D-alanina-D-alanina, al sito attivo dell’enzima transpeptidasi, inattivandolo e bloccando la reazione di traspeptidazione. L’evento finale dell’azione della penicillina è rappresentato dalla lisi batterica. La lisi cellulare non è solo la conseguenza del blocco della transpeptidazione, ma anche il risultato dell’attivazione di enzimi (autolisine) in grado di depolimerizzare il peptidoglicano. Due classi di autolisine sembrano essere responsabili dell’azione litica degli antibiotici beta-lattamici. Le amidasi scindono i legami tra tetrapeptidi ed il glicano (NAG-NAM), mentre le glicosidasi scindono i legami 1, 4-glicosidici tra le unità disaccaridiche.

Radicale condensato al gruppo aminico Esempi di penicilline prodotte per fermentazione (penicillina G e V) e per via semisintetica Radicale condensato al gruppo aminico Le catene laterali possono essere introdotte in due modi: Per via biologica (penicilline naturali) – in questo casi si aggiunge al terreno di coltura un precursore corrispondente al radicale (gruppo prostetico) da condensare al gruppo aminico. Per via chimica (penicilline semisintetiche) –.

Penicilline naturali: penicillina G e V La benzil-penicillina (penicillina G), che è la penicillina naturale più usata in terapia, si ottiene coltivando il micete in presenza di un eccesso di acido fenilacetico, dove l’acido fenilacetico si lega all’anello -lattamico. La penicillina G è attiva contro la maggior parte dei batteri Gram-positivi e contro i cocchi Gram-negativi (Neisseriae). La maggior parte dei batteri Gram negativi è insensibile (1) per la difficoltà di attraversare la membrana esterna e (2) per la presenza nello spazio periplasmico di -lattamasi endogene. Inoltre, negli anni, molti batteri hanno acquisito resistenza all’azione della penicillina G. Durante gli anni’50 i ricercatori scoprirono che il tipo di penicillina escreta da Penicillium variava in base ai costituenti del terreno di crescita. Infatti aggiungendo al terreno di coltura alcuni tipi di acidi organici essi ottennero tipi di penicilline differenti. Mentre la penicillina G era prodotta su un terreno contenente acido fenilacetico, la penicillina V (fenossimetilpenicillina) era prodotta su un terreno contenente sostanze donatrici di fenossimetili. La penicillina V rappresentò un grosso passo in avanti perché poteva essere somministrata anche per via orale, data la sua maggiore stabilità rispetto alla penicillina G nell’ambiente acido dello stomaco. Ancora oggi la penicillina V viene ampiamente usata in campo pediatrico.

Penicilline semisintetiche La dimostrazione che l’acido 6-aminopenicillanico può esssere condensato chimicamente con un notevole varietà di radicali, che non sono in grado di intervenire nel processo biosintetico naturale, ha aperto la strada alla produzione di penicilline semisintetiche con specifici caratteri, come : (1) resistenza alle -lattamasi e (2) ampliamento dello spettro d’azione. Ci sono 4 tipi di penicilline semisintetiche: Penicilline resistenti alla penicillinasi. La meticillina, e le isossazolil-penicilline (oxacillina, cloxacillina, dicloxacillina e flucloxacillina). La presenza di un voluminoso radicale vicino all’anello β-lattamico rende questi antibiotici resistente alle -lattamasi. Penicilline ad ampio spettro. Le aminopenicilline (ampicillina, amoxicillina), le carbossipenicilline (carbenicillina, carindacillina, carfecillina, ticarcillina), le ureidopenicilline (azlocillina, mezlocillina, piperacillina), le sulfossipenicilline (sulbenicilina, suncillina). L’aminogruppo di questi antibiotici permette facilmente l’attraversamento della membrana esterna dei batteri gram-negativi. Pertanto, esse sono eccellenti penicilline ad ampio spettro. Penicilline ad ampio spettro e resistenti alla penicillinasi. Le amido-peniciline (Mecillinam) Penicilline antipseudomonas. Tre tipi di penicilline sono state prodotte per agire contro Pseudomonas aeruginosa: carbossipenicilline (ticarcillina), le piperazin–penicilline e le ureidopenicilline.

Cefalosporine e cefamicine   Cefalosporine (a) e cefamicine (b). Le cefalosporine e gli antibiotici ad esse correlate, le cefamicine, costituiscono il più grande gruppo di antibiotici beta-lattamici. Il nucleo delle cefalosporine, acido 7-aminocefalo-sporanico, è escreto dalla muffa Cephalosporium acremonium. Le cefamicine sono prodotte da streptomiceti e si differenziano dalle cefalosporine per la presenza naturale di un gruppo metossilico in C7. Cefalosporine di prima generazione. Costituiscono le prime cefalosporine prodotte ed hanno uno spettro d’azione ristretto ai Gram-positivi e sono sensibili alle -lattamasi.. Cefalosporine di seconda generazione. Esse sono più efficaci contro i batteri gram-negativi e la loro efficacia contro i batteri gram-positivi è comparabile pressappoco a quella delle cefalosporine di prima generazione. Cefalosporine di terza generazione. Le cefalosporine di terza generazione hanno uno spettro d’azione esteso ai Gram-negativi e sono notevolmente resistenti all’azione delle beta-lattamasi a causa dei loro gruppi R ampi e del tutto particolari.

Reazioni anafilattiche agli antibiotici -lattamici Le reazioni anafilattiche possono essere di varia entità e sono per lo più accompagnate da segni di tipo specificamente "allergico" che sono: prurito (con inizio alle mani ed ai piedi e poi generalizzato); eritema: che può ricoprire l'intero corpo; orticaria: placche giganti su tutto il corpo; edemi al volto, congestione congiuntivale e nasale, respirazione difficile broncospasmo con manifestazioni asmatiformi SHOCK ANAFILATTICO Reazione allergica drammatica di origine immunologica che segue alla somministrazione per via parenterale, più frequentemente endovenosa, di un farmaco.. Questo tipo di shock può fare seguito anche a punture di insetti, morsi di serpenti, ingestione di cibi particolari. Cause più frequenti. La penicillina e gli altri antibiotici beta-lattamici rappresentano più del 75% dei casi di anafilassi da farmaci (le statistiche riferiscono episodi fatali nello 0,001-0,002% dei casi; ovvero si verificano l o 2 decessi ogni 100.000 somministrazioni di penicillina). Poiché si ritiene che l’1-5% degli adulti sia allergico alle penicilline, è utile chiedere ad ogni paziente notizie circa possibili allergie alle penicilline. la componente allergenica non è rappresentata dalla penicillina G di per sé, ma dalle molte molecole, incomplete presenti nelle miscele. Alcune molecole provengono dalla degradazione spontanea della penicillina G durante l’immagazzinamento, mentre altre sono molecole incomplete escrete dal fungo.

“Inibitori suicidi” Alcune molecole sono in grado di legarsi alle β-lattamasi inattivandole e prevenendo, così la distruzione degli antibiotici β-lattamici. L’acido clavulanico ed il sulbactam hanno una debole attività antimicrobica intrinseca, ma sono inibitori suicidi (formano un legame irreversibile) delle β-lattamasi. Ne consegue che un antibiotico somministrato insieme ad acido clavulanico è protetto dall’idrolisi dell’enzima

Altri antibiotici β e -lattamici Carbapenemici (modificati nell’anello tiazolidinico): ampio spettro di attività e resistenti alle β-lattamasi Monobattamici (possiedono solo l’anello β-lattamico): ampio spettro di attività e resistenti alle β-lattamasi  lattamici (anello a 5 atomi di carbonio): ampio spettro di attività e resistenti alle β-lattamasi

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. Sono selettive perchè hanno molta affinità per 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 tossiche anche per le cellule eucariotiche ed il loro impiego è limitato ai trattamenti topici. 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 nel sito accettore nel ribosoma 70S e bloccando la formazione del polisoma. Ad ampio spettro di attività, anche per batteri intracellulari 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 Gli aminoglicosidi (streptomicina, neomicina, gentamicina, etc.) consistono di due o più aminozuccheri uniti da un legame glicosidico a un nucleo esoso che generalmente è in posizione centrale. Sono antibiotici ad ampio spettro attivi nei confronti di batteri sia Gram-positivi che Gram-negativi. Battericidi, si legano irreversibilmente alla subunità 30S sottraendola al pool dei polisomi con conseguente blocco della sintesi proteica. Sono generalmente molto polari e non passano facilmente gli involucri esterni dei batteri. Però sinergizzano con i -lattamici e quando la parete è danneggiata viene facilitato l’assorbimento dell’aminoglicoside.

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. Il loro spettro d’azione è poco più ampio di quello delle penicilline (includendo anche alcuni Gram-negativi) ed hanno azione batteriostatica. L’eritromicina è generalmente usata in clinica nei pazienti allergici ai β-lattamici.

Cloramfenicolo e lincosamidi I lincosamidi (lincomicina e clindamicina) sono antibiotici batteriostatici 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 con conseguente blocco della sintesi proteica. Batteriostatico ad ampio spettro, ma con seri effetti tossici, poichè può inibire la funzione del midollo osseo (anemia aplastica in ~ 1/40.000 pazienti trattati). Infatti, per le sue ridotte dimensioni e caratteristiche chimiche riesce ad entrare nei mitocondri delle cellule del midollo osseo, i cui ribosomi sono inibiti dal farmaco. Da usare solo per gravi infezioni causate da batteri farmaco-resistenti .

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 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 Tetracicline Pompe di efflusso Eritromicine – Tetracicline Produzione di enzimi inattivanti β-lattamasi Pennicilline – Cefalosporine Acetiltransferasi Cloramfenicolo – aminoglicosidi Fosfotransferasi Aminoglicosidi Adeniltransferasi Modificazione del sito di attacco 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