Antibiotici e Chemioterapici
Fine 1800: Ehrlich → chemioterapia della sifilide con arsfenamina (Salvarsan)
1929: Fleming → penicillina G
1940: forma purificata
1935: Domagk → prontosil (colorante azotato) → trasformato in vivo in
sulfanilamide
Antibiotici
metaboliti secondari di basso peso molecolare, prodotti da batteri
e funghi, capaci di inibire, a basse concentrazioni (dell’ordine dei
µg/ml), la crescita di altri microrganismi attivamente
metabolizzanti
Non sono prodotti genici; funzione sconosciuta nel produttore
Chemioterapici: Antibiotici sintetici
Gli antibiotici sono diversi dai disinfettanti
(Antimicrobici tossici ed attivi anche su cellule quiescenti)
Antibiotici e Chemioterapici
Meccanismo d’azione: interferiscono con funzioni
essenziali specifiche del microrganismo
Tossicità selettiva
* Assenza del bersaglio nella cellula eucariotica (es. parete)
* Minore affinità per il bersaglio
stessa funzione ma strutture diverse (es. ribosomi)
* Differente permeabilità
(es. tetraciclina: trasporto attivo nella cellula batterica)
Principali microrganismi produttori
di antibiotici
Microrganismo produttore
Antibiotico prodotto
Anno di scoperta
Actinomiceti
70%
Funghi 20%
Eubatteri 10%
Siti bersaglio dell’attività
di antibiotici e chemioterapici antibatterici
Membrana esterna:
Attività antimicrobica di alcuni
antibiotici antibatterici
Attività battericida
β-lattamici
Bacitracina
Chinoloni
Glicopeptidi
Polimixina
Rifamicine
Sulfamidici + Trimethoprim
Fosfomicina
Aminoglicosidi
Isoniazide
Attività batteriostatica
Cloramfenicolo
Macrolidi
Sulfamidici
Trimethoprim
Tetracicline
Nitrofurani
Spectinomicina
Antimetaboliti
Sulfamidici - Trimethoprim
acido para-aminobenzoico
Acido folico
sulfanilamide
trimethoprim
sulfametossazolo
sulfisossazolo
Inibitori della sintesi di acidi Folici
Acido p-aminobenzoico + Pteridina
Sulfamidici
Diidropteroato sintetasi
acido Diidropteroico + L-glutamato
Diidrofolato sintetasi
acido Diidrofolico
Trimethoprim
Diidrofolato reduttasi
acido Tetraidrofolico
Timidina
Metionina, Glicina
Purine
Sulfamidici - Trimethoprim
• Modo di azione – I sulfamidici sono analoghi dell’acido paraaminobenzoico e inibiscono competitivamente la formazione di
acido diidropteroico. Il trimethoprim si lega all’enzima
diidrofolato reduttasi e inibisce la formazione di acido
tetraidrofolico.
• Spettro di attività – Ampio spettro nei confronti di batteri
Gram-positivi e Gram-negativi; usati principalmente per le
infezioni del tratto urinario e infezioni da Nocardia spp.
• Resistenza - Comune
• Terapia di Combinazione – I sulfonamidi sono usati in
combinazione con il trimethoprim; tale combinazione blocca
due passaggi distinti del metabolismo degli acidi folici e
previene l’emergenza di ceppi resistenti. L’associazione è
efficace anche per il trattamento di pneumocistosi.
Acido Para-aminosalicilico (PAS)
(batteriostatico)
• Modo di azione – Simile alle sulfonamidi
• Spettro di attività
– Specifico per Mycobacterium tuberculosis
Dapsone (batteriostatico)
• Modo di azione – Simile alle sulfonamidi
• Spettro di attività – usato nel trattamento della lebbra
(Mycobacterium leprae)
Agenti attivi sulla sintesi della parete
Battericidi
Non attivi su micoplasmi e forme L
β-lattamici: penicilline, cefalosporine, monobattamici
Fosfomicina
Cicloserina
Vancomicina e teicomicine
Bacitracina
Isoniazide
Etionamide
antimicobatterici
Etambutolo
Penicilline e cefalosporine
Penicilline: derivati dell'acido 6-aminopenicillanico
( fusione di L-cisteina e D-valina)
Cefalosporine: Derivati dell'acido 7-aminocefalosporanico
Contengono un anello β-lattamico
Nelle diverse penicilline e cefalosporine viene sostituita la catena
laterale
La freccia indica il legame nell'anello β-lattamico idrolizzato
dalle β-lattamasi (penicillinasi o cefalosporinasi)
Acido 6-amino-penicillanico
A: anello tiazolidinico o diidrotiazinico
Acido 7-amino-cefalosporanico
B: anello β-lattamico
R: catena laterale
Penicilline e cefalosporine
catena laterale
anello β-lattamico
anello tiazolidinico
benzilpenicillina o penicillina G
Penicillina G: elevata
attività verso la maggior
parte dei batteri Gram
positivi, scarsa attività
verso i Gram negativi;
distrutta dall’acido e dal
β-lattamasi
Cefalosporine:
spettro esteso ai
Gram negativi;
resistenti ad alcune
β-lattamasi
catena laterale
anello β-lattamico
anello diidrotiazinico
Cefalosporina C
Penicilline
Penicillina V, naturale, acido-resistente
Ampicillina, semisintetica,
acido resistente, spettro allargato
Carbenicillina, semisintetica, acido resistente,
spettro allargato (Pseudomonas)
Meticillina,
semisintetica, acido labile,
β-lattamasi resistente
Ticarcillina, semisintetica, simile a carbenicillina
ma più attiva verso Pseudomonas
Cefalosporine
β-lattamici: Meccanismo d’azione
Analogia strutturale con D-Ala-D-Ala
Meccanismo d’azione più complesso:
legame con le Penicillin Binding Protein
(PBP)
Penicillina
D-alanil-D-alanina
• numerose molecole/cellula
• sono diverse in batteri diversi
• catalizzano l’incorporazione dei precursori nel peptidoglicano e la
formazione dei legami peptidici trasversali, regolando la lunghezza delle
catene glicaniche
il legame con penicilline e cefalosporine oltre a bloccare l’attività
transpeptidasica determina l’attivazione di murein idrolasi e
endopeptidasi con conseguente blocco della sintesi ed autolisi
β-lattamici: Meccanismo d’azione
Funzioni delle Penicillin Binding Proteins (PBP) in E. coli
Enzimi che intervengono nella sintesi del peptidoglicano in E. coli:
Transpeptidasi (TPD): formazione legami peptidici
Endopeptidasi (EPD): rompe legami peptidici formati da TPD, consentendo
l’allungamento del peptidoglicano nella divisione cellulare
Carbossipeptidasi (CPD): rimuove una D-ala terminale dal dimero bloccando la TPD;
regola la formazione dei legami peptidici
Altri antibiotici β-lattamici
Carbapenemici
Imipenem, Meropenem
attivi sui Gram negativi
resistenti alle β-lattamasi
Monobattamici
Aztreonam
prodotto da Chromobacterium violaceum
attivo sui Gram negativi
resistente alle β-lattamasi
Inibitori delle β-lattamasi
Analoghi strutturali dei β-lattamici che legano
irreversibilmente le β-lattamasi, inattivandole: Acido
clavulanico, Sulbactam, Tazobactam
Sono utilizzati in associazione con antibiotici βlattamici:
Amoxicillina + Ac.clavulanico (Augmentin, Clavulin)
Ticarcillina + Ac.clavulanico (Timentin, Clavucar)
Piperacillina + Tazobactam (Tazocin)
Altri antibiotici attivi
sulla sintesi della parete
Fosfomicina:
Analogo strutturale del fosfoenolpiruvato, blocca la sintesi
di UDP-NAM da UDP-NAG
Cicloserina:
Analogo strutturale della D-alanina, inibisce la conversione
di L-ala a D-ala e la formazione del dimero D-ala-D-ala
Bacitracina:
inibisce la defosforilazione dell’undecaprenolo
Vancomicina:
si lega al dimero D-ala-D-ala e inibisce la transpeptidazione
Isoniazide:
analogo strutturale di nicotinamide e piridossamina,
inibisce la sintesi degli acidi micolici (micobatteri)
Antibiotici che agiscono sulle membrane
Polimixine
polipeptidi ciclici prodotti da vari batteri
appartenenti al genere Bacillus
Polimixine, aerosporine, colistine
attive nei confronti di batteri Gram negativi
simili a detergenti cationici (attive anche sui
microrganismi non metabolizzanti)
causano la formazione di pori (lisi) → battericidi
poco usate perché tossiche (uso topico)
Antibiotici che inibiscono la sintesi proteica
Interazione
con subunità
ribosomiali
30S e 50S
(Macrolidi)
Spectinomicina
Interazione
con subunità
libere:
• blocco
iniziale della
sintesi proteica
Interazione
con subunità
già legate:
• blocco di
allungamento
• errori di
lettura
Inibitori delle funzioni della subunità 30S
(inizio SP, caricamento AA-tRNA al sito accettare)
alcuni antibiotici aminoglicosidici
alcune tetracicline
Inibitori delle funzioni della subunità 50S
Inibizione della formazione
del legame peptidico
Inibizione del processo di
traslocazione
Macrolidi
Cloramfenicolo
Batteriostatico, ampio spettro
Tossico per il midollo osseo
Attraversa la barriera-ematoencefalica
(anello lattone
legato a 1 o +
zuccheri)
prodotti da
Streptomiceti
batteriostatici
Eritromicina, Josamicina,
Azitromicina, Claritromicina
Gram+ e alcuni Gram- (Brucelle, Emofili)
Acido
Fusidico
Ac. monocarbossilico
insaturo
Clindamicina
7-deossi, 7-cloro derivato
dalla Lincomicina
meno tossica, Gram+
(tipo steroideo)
si lega al fattore
di allungamento
G (EF-G) e ne
inibisce l’attività
GTP-asica
Gram+
(Stafilococchi)
Antibiotici che inibiscono la sintesi
degli acidi nucleici
Rifampicina
Rifamicine (naturali)
blocco della trascrizione
(blocco subunità
β RNA-polimerasi)
Gram+ (Micobatteri), GramNon tossici
Facilmente si selezionano resistenze
(Me=gruppo metile)
Chinoloni
Chemioterapici di sintesi
blocco di DNA girasi e
topoisomerasi
(blocco replicazione DNA)
Gram-; Infezioni tratto urinario
Fluorochinoloni
Più attivi
Infezioni anche sistemiche
Ampio spettro (anche Micobatteri)
Novobiocina
inibisce DNA girasi; Gram+
In campo veterinario
Antibiotici che inibiscono la sintesi
degli acidi nucleici
Nitroimidazoli
Metronidazolo
Attivo su anaerobi obbligati e protozoi
Nitrofurani
Nitrofurantoina
Particolarmente indicata per le
infezioni delle vie urinarie
Attivi solo nella forma ridotta che si produce in vivo ad opera
di nitroreduttasi batteriche
Anno di scoperta e di commercializzazione
dei farmaci antifungini
1939
1944
1949
1962
1981
1988
Griseofulvina
Azoli
Polieni
Flucitosina
Allilamine
Echinocandine
1958
1958 - 1997
1960 - 1996
1972
1995
2001
modificata da Sheehan D. et al., Clin. Microbiol. Rev., 1999, 12: 40-79
Farmaci antifungini:
Griseofulvina
La griseofulvina inibisce la mitosi fungina
provocando distorsione e rottura del fuso mitotico
attraverso l’interazione con i microtubuli.
E’ utilizzata per la terapia delle dermatofitosi.
Farmaci antifungini: Polieni
I polieni, che comprendono
l’amfotericina B e la
nistatina, sono molecole
amfipatiche che presentano
parti
idrofobiche
ed
idrofiliche.
I polieni si interpongono nella membrana fungina interagendo con
l’ergosterolo e formando canali attraverso i quali i componenti
cellulari vengono rilasciati con perdita del gradiente protonico.
Meccanismo d’azione dell’amfotericina B
Formulazioni lipidiche dell’Amfotericina B
Abelcet ® ABLC
Ribbon-like particles
Carrier lipids: DMPC,
DMPG
Particle size (µm): 1.6-11
Amphotec ® ABCD
Disk-like particles
Carrier lipids: Cholesteryl
sulfate
Particle size (µm): 0.12-0.14
DMPC-Dimyristoyl phospitidylcholine
DMPG- Dimyristoyl phospitidylcglycerol
Ambisome ® L-AMB
Unilaminar liposome
Carrier lipids: HSPC,
DSPG, cholesterol
Particle size (µm) : 0.08
HSPC-Hydrogenated soy phosphatidylcholine
DSPG-Distearoyl phosphitidylcholine
Siti bersaglio di farmaci antifungini
nella biosintesi dell’ergosterolo
Ac-CoA: Acetil CoA
AcAc-CoA: Acetoacetil CoA
HMG-CoA:
β-idrossi-β-metilglutaril CoA
Farmaci antifungini
attivi sulla biosintesi dell’ergosterolo
Gli azoli agiscono nei confronti del citocromo P 450 che catalizza
la reazione di demetilazione del lanosterolo nella via biosintetica
dell’ergosterolo. Il citocromo P 450 è un enzima che contiene una
molecola eme nel sito attivo. Gli azoli si legano con un atomo
d’azoto all’atomo di ferro della molecola eme prevenendo
pertanto l’attivazione dell’ossigeno che è necessario per la
demetilazione del lanosterolo.
Le allilamine, che comprendono la naftilina e la terbinafina, ed i
tiocarbamati, che comprendono il tolnaftato ed il tolciclato,
inibiscono la conversione del 2,3-ossidosqualene da parte
dell’enzima squalene epossidasi che è il prodotto del gene ERG1.
Le morfoline, come l’amorolfina, inibiscono due enzimi attivi
nella via biosintetica dell’ergosterolo, la C-14 sterol reduttasi e la
C-8 sterol isomerasi.
Farmaci antifungini: derivati azolici
Imidazoli
Itraconazolo
Triazoli
Posaconazolo
Voriconazolo
Formula di struttura di allilamine e
morfoline
Amorolfina
Farmaci antifungini: 5-Fluorocitosina
La 5-Fluorocitosina (5FC) viene introdotta all’interno della
cellula fungina da una citosina permeasi e quindi deaminata
a 5-fluorouracile (FU) da una citosina deaminasi che è uno
specifico enzima fungino.
FU viene convertito nel processo cellulare degli enzimi
pirimidinici in 5-fluoro-dUMP (FdUMP) che è un’inibitore
specifico della timidilato sintetasi, un enzima essenziale per
la sintesi del DNA, ed in 5-fluoro-UTP (FUTP) che viene
incorporato nell’RNA inibendo la sintesi proteica.
analogo della citosina
inibitore della sintesi degli acidi nucleici
Farmaci antifungini attivi sulla parete
cellulare: echinocandine
Caspofungina
mannoproteine
β1,3
β1,6
glucani
membrana
cellulare
β1,3 glucan
sintetasi
chitina
ergosterolo
Le echinocandine, che comprendono la caspofungina,
l’anidulafungina e la micafungina, sono inibitori specifici
degli enzimi deputati alla sintesi dei β-glucani della
parete cellulare fungina.
