Farmaci antibatterici e
resistenza batterica ai
chemioterapici
La scoperta della penicillina
La storia degli antibiotici comincia nel 1929, quando Fleming, studiando
varianti dello Stafilococco, osservò che una muffa che contaminava una delle
sue culture aveva inibito intorno a sé la crescita dello stafilococco.
Alone di
inibizione
Inoltre, Fleming osservò che il brodo di coltura in cui erano cresciuti i
funghi presentava un potente effetto inibitorio nei confronti di molti
microrganismi.
Poiché la muffa apparteneva alla specie Penicillum notatum, Fleming
chiamò questa sostanza antibatterica Penicillina
Dieci anni dopo la Penicillina fu prodotta come farmaco
somministrabile per via sistemica mostrando effetti terapeutici molto
significativi quando somministrato per via parenterale in topi in cui era
stata indotta una infezione da Streptococchi.
Nonostante le enormi difficoltà incontrate nella produzione di
Penicillina in laboratorio, nel 1941 fu possibile ottenerne una quantità
sufficiente per iniziare gli studi su pazienti affetti da gravi infezioni
da Stafilococchi e Streptococchi, resistenti a tutte le altre terapie.
Definizione e caratteristiche
Antibiotici: sostanze prodotte da varie specie di microrganismi
(batteri o funghi) che inibiscono o sopprimono la crescita di
altri microrganismi e ne possono causare la distruzione.
Chemioterapici:
chimica.
farmaci
antibatterici
prodotti
per
sintesi
Antimicrobici: sostanze utilizzate nel trattamento delle
malattie infettive. Nel contesto delle malattie infettive, implica
che l’agente non è un antibiotico in senso stretto, ovvero che
origina da batteri e funghi, ma che è ancora utilizzato nel
trattamento delle infezioni.
Oggi gli antibiotici sono in gran parte prodotti industrialmente per
sintesi, e gli Antibiotici e Chemioterapici in uso sono derivati
semisintetici delle molecole prodotte dai microrganismi, pertanto
la distinzione non è assoluta.
Dal punto di vista pratico i farmaci antibatterici possono
essere divisi in due categorie:
Farmaco batteriostatico
batteriostatico:: inibisce/ferma la replicazione
batterica, permettendo alle difese dell’ospite di reagire, ma
non uccide le cellule
Farmaco battericida
battericida:: uccide i microrganismi
Questa classificazione ha però delle limitazioni poiché la
distinzione dipende anche dalla specie batterica, infatti,
alcuni farmaci considerati batteriostatici per alcuni possono
essere battericidi per altri batteri.
L’azione può, inoltre, dipendere anche dalla concentrazione
dell’antibiotico i farmaci batteriostatici a concentrazioni
elevate finiscono con l’uccidere il batterio.
Dal punto di vista terapeutico, comunque, sia i farmaci
batteriostatici che quelli battericidi sono ugualmente
efficaci in quanto anche un batterio inibito nella sua
moltiplicazione, e non solo un batterio ucciso è facilmente
eliminato dalle difese dell’organismo. Quindi le due classi
di farmaci sono equivalenti per il trattamento di molte
malattie infettive in individui immunocompetenti.
Spettro - un’espressione che definisce le categorie
di microrganismi versi i quali un antimicrobico è
tipicamente attivo.
Un antibiotico a spettro-ristretto è attivo solo nei
confronti di un ridotto tipo di microrganismi,
mentre un antibiotico ad ampio-spettro è attivo
contro diversi tipi di microrganismi
(ad esempio sia Gram-positivi che Gram-negativi).
Selettività
Idealmente, una sostanza ad azione antimicrobica dovrebbe
avere effetto massimo sulla cellula batterica e scarso o
nessun effetto sulle cellule umane.
Alcune attività metaboliche della cellula batterica
differiscono significativamente da quelle delle cellule umane.
Le cellule procariotiche hanno inoltre differenze sostanziali
dal punto di vista strutturale rispetto ad una cellula
eucariotica.
Le molecole ad attività antibiotica o chemioterapica
sfruttano queste differenze.
Una caratteristica che accomuna tutti i farmaci
antibatterici è rappresentata dal fatto che di norma essi
agiscono inibendo una determinata via metabolica essenziale
per il batterio;
E sono attivi solo nei confronti di batteri attivamente
metabolizzanti;
Ciò li differenzia dai disinfettanti
Molecole che agiscono denaturando alcuni componenti
strutturali della cellula batterica e sono, pertanto, attivi nei
confronti dei batteri indipendentemente dalla loro situazione
metabolica.
Antibiotici vs batteri attivamente metabolizzanti
Disinfettanti vs batteri indipendentemente dal
metabolismo
Un bilanciamento delicato: Antibiotici vs Microbiota
Gli antibiotici sono uno strumento valido e potenzialmente salva-vita
che ha ridotto significativamente la mortalità e la morbilità umana.
Purtroppo l’uso di antibiotici può anche avere conseguenze non
intenzionali dovute ai loro effetti off-target che possono aumentare il
rischio di comparsa di molte condizioni a lungo termine.
Numerose evidenze e recenti studi epidemiologici hanno individuato
un possibile collegamento fra l’utilizzo degli antibiotici nell’infanzia e
malattie metaboliche come l’obesità.
Si ritiene che il dissesto (squilibrio) del normale microbiota
intestinale ne sia la causa più probabile.
Classificazione dei farmaci ad azione antimicrobica
Target verso cui sono diretti
1. Inibizione della sintesi della parete cellulare batterica;
2. Alterazione della permeabilità e della struttura delle
membrane cellulari;
3. Inibizione
della
sintesi
proteica:
alterazione
funzioni delle subunità ribosomali 30S e 50S;
4. Inibizione della sintesi degli acidi nucleici;
5. Attività anti-metabolica;
delle
Bersagli degli antibiotici
Antibiotici
che
agiscono
sulla
sintesi
della
parete
cellulare
Il peptidoglicano della parete cellulare batterica non è presente nelle
cellule umane, pertanto esso rappresenta un bersaglio ideale per
l’antibiotico terapia.
La sintesi del peptidoglicano può essere suddivisa in 3 tappe
1. Sintesi dei precursori nel citoplasma
2. Trasporto dei precursori attraverso la
membrana citoplasmatica
3. Inserimento dei precursori nella parete
cellulare
Inibitori della prima tappa
Inibitori della seconda tappa
Inibitori della terza tappa
Inibitori della prima tappa del metabolismo del peptidoglicano
La prima tappa nella sintesi del peptidoglicano avviene nel citoplasma, dove
vengono sintetizzate le unità fondamentali (Nucleotide di Park) della
struttura portante del peptidoglicano: NAG e NAM
La D-cicloserina è un analogo strutturale della D-alanina. Inibisce in maniera
competitiva due enzimi coinvolti nella formazione del dipeptide D-alanil-Dalanina:
-La Racemasi che converte la L-alanina nel suo stereoisomero D,
- La Sintetasi che catalizza la formazione del legame peptidico tra le due
molecole di D-alanina
Cicloserina
La Cicloserina è una molecola ciclica.
La stabile struttura dell’anello favorisce il legame alla Racemasi e alla
Sintetasi,, preferenzialmente rispetto ai substrati naturali. Ciò risulta in una
Sintetasi
inibizione competitiva di questi enzimi.
La Cicloserina è neurotossica, attraversa efficacemente la barriera ematoencefalica, penetra facilmente all'interno del SNC, provocando svariati effetti
collaterali.
E’ poco usata clinicamente, eccetto per il trattamento delle infezioni da
Mycobacterium tuberculosis resistenti agli altri farmaci.
Antitubercolare
Inibitori della prima tappa del metabolismo del peptidoglicano
La Fosfomicina è un analogo strutturale del
fosfoenolpiruvato.
La reazione di condensazione tra UDP-Nacetil glucosamina e fosfoenolpiruvato negli
stadi iniziali della sintesi del peptidoglicano
rappresenta
il
target
d’azione
della
Fosfomicina.
Impedisce
la
sintesi
dell’acido
N-acetil-
muramico, legandosi covalentemente al sito
attivo
trasferasi.
dell’enzima
piruvato-UDP-NAG
Caratteristiche della fosfomicina
La Fosfomicina è un antibiotico naturale a carattere acido, ad ampio
spettro, prodotta da alcune specie di Streptomyces.
Al giorno d'oggi la molecola viene ottenuta mediante sintesi chimica.
Nel corso degli anni Fosfomicina ha sostanzialmente mantenuto il suo
spettro di attività e la percentuale di ceppi batterici resistenti si è
mantenuta stabile.
E’ solitamente indicata nel trattamento delle infezioni del tratto urinario
(cistite).
Il farmaco è ben tollerato e presenta una bassa incidenza di effetti
collaterali ed avversi.
Tuttavia, l’insorgere di resistenza in corso di terapia è un evento
relativamente frequente e rende tale antibiotico inadatta per il
trattamento prolungato di infezioni gravi.
Inibitori della seconda tappa del metabolismo del peptidoglicano
La seconda tappa della sintesi del peptidoglicano avviene sulla superficie
interna della membrana citoplasmatica dove l’ N-acetilmuramil-peptide
viene legato da un trasportatore lipidico BACTOPRENOLO, questo trasloca
la subunità completa all’esterno della membrana citoplasmatica.
Caratteristiche della bacitracina
La Bacitracina è un antibiotico polipeptidico prodotto da un ceppo di
Bacillus subtilis,
Inibisce la defosforilazione del trasportatore lipidico di membrana il
bactoprenolo
Lega il bactoprenolo-difosfato
bactoprenolo-monofosfato.
e
blocca
la
rigenerazione
del
E’ un polipeptide ciclico si utilizza spesso il sale di zinco della
Bacictracina in combinazione con altri antibiotici per curare una serie
di infezioni di occhi e pelle.
Viene spesso usato per trattamenti topici.
Test della bacitracina
Inibitori della 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.
I glicopeptidi come la Vancomicina
Vancomicina,, Teicoplanina e la Ristocetina
Caratteristiche dei glicopeptidi
I glicopeptidi legano l’estremità D-alanina-D-alanina del pentapeptide ed
impediscono l’azione della transpeptidasi sequestrandone il substrato.
L’effetto è l’impedimento della formazione dei legami trasversali del
peptidoglicano.
Sono Battericidi ed attivi soprattutto contro i batteri Gram-positivi
Sono utilizzati in infezioni da batteri Gram-positivi Multi drug resistant (MDR)
(ceppi di S. aureus MRSA)
Nessuno di questi agenti viene assorbito per via orale
Un farmaco correlato, la Telavancina, è stato creato addizionando una coda
lipidica nello scheletro glicopeptidico, dando così un vantaggio teorico nella
sua attività sulla membrana cellulare e sulla parete cellulare; il suo utilizzo
clinico resta tuttavia da definire.
Inibitori della terza tappa del metabolismo del peptidoglicano:
Antibiotici β-lattamici
Tutte le operazioni terminali di polimerizzazione, transpeptidazione ed
inserimento delle unità peptidoglicaniche nella parete cellulare sono catalizzate
da una serie di enzimi, Transpeptidasi, che presentano la caratteristica
assolutamente peculiare di legare covalentemente la Penicillina ed altri
antibiotici β-lattamici e sono noti, pertanto, come:
Proteine leganti la Penicillina o PBP (PenicillinPenicillin-binding proteins)
proteins).
Gli antibiotici β-lattamici sono analoghi strutturali del dipeptide D-alaninaD-alanina, devono la loro azione antibatterica proprio alla capacità di legarsi
alle PBP inibendo la sintesi del peptidoglicano.
I β-lattamici inibiscono le penicillin binding
proteine coinvolte nella transpeptidazione.
Antibiotici β-lattamici
Le proprietà farmacologiche includono la resistenza agli acidi
gastrici, che permette la somministrazione orale dell’antibiotico ed
una diversa distribuzione nei compartimenti del corpo (sangue,
liquor, articolazioni).
Gli antibiotici β-lattamici sono generalmente il farmaco di elezione
per le infezioni causate da organismi sensibili grazie alla loro azione
battericida e alla bassa tossicità.
Inoltre presentano anche un grande valore nella prevenzione di
molte infezioni, come ad esempio le infezioni nei siti chirurgici.
Molti di essi sono inoltre secreti dal rene e raggiungono elevati
livelli nelle vie urinarie.
Tutti i batteri posseggono un numero variabile di PBP.
Le PBP differiscono in base alla loro affinità per i diversi antibiotici β-lattamici.
Le PBP ad elevato peso molecolare comprendono la Transpeptidasi
responsabile della sintesi del peptidoglicano.
Le altre PBP sono enzimi necessari per il mantenimento della forma del
batterio e per il processo di formazione del setto al momento della divisione.
E. coli
possiede
almeno 7
PBP
L’inibizione delle PBP, può portare ad un difetto della
parete cellulare e conseguente lisi cellulare ritardata
oppure può determinare una perdita di forma ed
allungamento della cellula.
Spesso l’azione dei β-lattamici causa la rapida lisi del
microrganismo.
β-lattamico
Caratteristiche degli Antibiotici β–lattamici
Gli antibiotici β-lattamici sono battericidi l’evento finale del loro
meccanismo d’azione è la lisi della cellula batterica.
L’uccisione dei batteri comporta assottigliamento o rottura
peptidoglicano e attivazione e liberazione di enzimi autolitici.
del
E’ infatti noto che la lisi cellulare non è solo la conseguenza
dell’arresto della sintesi del peptidoglicano,
Ma è anche il risultato dell’attivazione di enzimi in grado di
depolimerizzare il peptidoglicano stesso: mureina-idrolasi o autolisine.
Le mureina idrolasi potrebbero svolgere attività nei processi correlati
alla divisione cellulare; non è nota la relazione esistente tra inibizione
dell’attività delle PBP e attivazione delle autolisine.
Evidenze sperimentali suggeriscono che l’esposizione dei batteri agli
antibiotici β-lattamici comporti la perdita di un inibitore delle
autolisine.
Antibiotici β–lattamici
lattamici:: meccanismo dell’azione battericida
Gli antibiotici β-lattamici sono accomunati dalla presenza di un anello
tetratomico azetidinico β-lattamico.
Le 4 classe principali: Penicilline, Cefalosporine, Carbapenemi,
Monobattami differiscono per la struttura legata all’anello β-lattamico.
All’interno di queste classi principali differenze nel sito di attacco delle
catene laterali al doppio o singolo anello possono determinare differenze
nello spettro d’azione e nelle proprietà farmacologiche.
Spettro d’azione
•Le varie penicilline differiscono per il radicale acilico condensato con il
gruppo amminico.
•La Pennicillina G è attiva contro i batteri Gram-positivi, ma non è attiva
contro i Gram-negativi per la difficoltà ad attraversare la membrana esterna
e per la presenza delle b-lattamasi nel periplasma.
•Le Pennicilline semisintetiche, resistenti alle beta-lattamasi, sono state
ottenute per modificazione della catena laterale legata al gruppo amminico:
Meticillina; Oxacillina; Dicloxacillina, e agiscono contro un ampio range di
batteri.
•Tra le pennicilline ad ampio spettro le più efficaci sono le aminopennicilline, come: Ampicillina e Amoxicillina.
•Queste sono attive anche contro i batteri Gram-negativi ma sono tuttavia
sensibili alle beta-lattamasi batteriche.
Cefalosporine
Le cefalosporine sono classificate in generazioni: prima, seconda,
terza, quarta o quinta.
Il termine “generazione” è correlato alle scoperte che storicamente
hanno portato all’espansione del loro spettro d’azione attraverso la
modificazione delle catene laterali.
In generale una cefalosporina di più alta generazione ha uno spettro
d’azione più ampio, e in alcuni casi, maggiore attività quantitativa (MIC
più bassa) contro i batteri Gram-negativi.
Se da un lato lo spettro d’azione contro i batteri Gram-negativi
aumenta, dall’altro lato questi agenti tipicamente perdono parte della
loro efficacia (MIC più alta) contro i batteri Gram-positivi.
Cefalosporine di quarta-generazione hanno una maggiore capacità di
penetrazione nella membrana esterna.
Cefalosporine di quinta-generazione hanno la capacità unica di
uccidere ceppi MRSA.
Carbapenemi. I carbapenemi l’imipenem, il meropenem e il doripemen
hanno uno spettro d’azione più ampio rispetto agli antibiotici β-lattamici.
Questa proprietà sembra essere dovuta alla combinazione di una facile
capacità di penetrazione nelle cellule batteriche sia di Gram-positivi che
Gram-negativi e ad alti livelli di resistenza alle β-lattamasi.
Monobattami. L’Aztreonam è il primo tra i monobattami ad essere stato
autorizzato negli Stati Uniti, ha uno spettro d’azione limitato a batteri
Gram-negativi aerobi ed anaerobi facoltativi, incluso Enterobacteriaceae,
P. aeruginosa, Haemophilus e Neisseria.
I monobattami hanno una scarsa affinità per le PBPs di batteri Grampositivi e di anaerobi stretti e ciò è evidenziato dalla scarsa attività contro
di essi. Tuttavia i monobattami sono altamente resistenti all’idrolisi
determinata dalle β-lattamasi di bacilli Gram-negativi.
Resistenza ai β lattamici: β-lattamasi
L’anello β-lattamico è il punto debole degli antibiotici β-lattamici,
Il legame CO-N può essere attaccato da alcuni enzimi, le β-lattamasi con
conseguente produzione di acido penicilloico inattivo.
I diversi microrganismi elaborano distinte β-lattamasi.
La specificità di substrato di alcuni di questi enzimi è relativamente ristretta,
per questo motivo alcuni di questi enzimi sono spesso definiti penicillinasi,
cefalosporinasi o carbapenemasi
Altri enzimi ad ampio spettro d’azione sono meno discriminanti e possono
idrolizzare differenti antibiotici β-lattamici.
Una serie di β-lattamici hanno tuttavia la capacità di legare irreversibilmente
gli enzimi β-lattamasi rendendoli inattivi.
Tra questi composti l’acido clavulonico e il tazobactam sono noti come
inibitori suicidi, cioè in seguito alla loro idrolisi da parte di una β-lattamasi ne
diventano efficaci inibitori.
Il meccanismo centrale della resistenza agli
antibiotici β-lattamici consiste certamente nella
produzione di β-lattamasi, enzimi largamente
diffusi sia tra i batteri Gram+ che Gram-;
Esse sono in grado di idrolizzare il legame
amidico dell’anello β-lattamico delle penicilline e
delle cefalosporine con produzione di un
derivato inattivo.
I batteri Gram+ producono una gran quantità di
β-lattamasi che sono, di regola, inducibili ed
esocellulari: secrete nello spazio extracellulare.
La maggior parte di questi enzimi sono
Penicillasi.
Nei batteri Gram- le β-lattamasi possono essere
sia
inducibili
che
costitutive,
sono
a
codificazione sia cromosomica che plasmidica e
sono intracellulari essendo localizzate nello
spazio periplasmico.
Le β-lattamasi sono:
Inducibili ed Esocellulari nei Gram-positivi
Endocellulari Inducibili o Costitutive nei Gram-negativi
Antibiotici che agiscono sulla membrana citoplasmatica: le Polimixine
Le polimixine sono un gruppo di antibiotici, prodotti da Bacillus
polymyxa, attivi solo nei confronti dei batteri Gram-negativi alla cui
membrana esterna si legano specificamente distruggendone le proprietà
osmotiche e provocando la fuoriuscita di composti intracellulari.
Il loro meccanismo d’azione è abbastanza peculiare in quanto sono
antibiotici che agiscono in maniera analoga ai disinfettanti, sono agenti
tensioattivi cationici e provocano l’alterazione di strutture cellulari
piuttosto che inibire i processi biosintetici. Esse, pertanto, sono attive
anche nei confronti di batteri non metabolizzanti.
In conseguenza del loro meccanismo d’azione le Polimixine sono
piuttosto tossiche anche per le cellule eucariotiche e il loro impiego è
limitato ai trattamenti topici, spesso in combinazione con altri agenti
antimicrobici, nel trattamento di infezioni a carico della cute, dell'occhio e
dell'orecchio.
Struttura chimica di una Polimixina
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.
Le polimixine fungono da detergenti
cationici
e
agiscono
rimpiazzando
competitivamente gli ioni Mg2+ e Ca2+ dei
gruppi fosfato carichi negativamente delle
membrane lipidiche. Il risultato è la
distruzione delle membrane.
Antibiotici attivi sulla sintesi proteica
Un gruppo assai numeroso di antibiotici deve la propria azione antibatterica
all’interferenza con la sintesi proteica intervenendo con diversi meccanismi
di cui i principali sono rappresentati dalla interazione con l’una o l’altra delle
subunità ribosomali.
Poiché i ribosomi batterici sono significativamente diversi dai ribosomi delle
cellule eucariotiche, tutti gli antibiotici che interagiscono con le subunità
ribosomali sono abbastanza selettivi per poter essere impiegati nella terapia
antibatterica.
A: Aminoglicosidi
T: Tetracicline
C: Cloramfenicolo
E: Eritromicina
Tetracicline
Le tetracicline sono un gruppo di antibiotici prodotti da Streptomiceti e
caratterizzati da una struttura molecolare tetraciclica: 4 anelli di benzene fusi
La loro azione antibatterica è dovuta ad un blocco della sintesi proteica in
una fase molto iniziale
Tali farmaci legano la subunità ribosomiale 30S subito dopo il legame
dell’mRNA, impedendo l’attacco dell’aminoacil-tRNA a livello del codone di
inizio e bloccando la formazione del polisoma.
Tetracicline
Le tetracicline sono dotate di azione batteriostatica
batteriostatica, più che battericida, nei
confronti di batteri sia Gram-positivi che Gram-negativi sono antibiotici ad ampio
spettro attivi contro specie aerobie ed anaerobie.
Sono inoltre attivi contro batteri intracellulari e contro i Mycoplasmi privi di parete
cellulare.
In passato in alcuni Paesi sono stati largamente utilizzati oltre che in campo
medico anche come integratori alimentari negli allevamenti animali.
A causa dell’ampio uso non medico degli antibiotici si è sviluppata una diffusa
resistenza a questi farmaci, tanto che questo tipo di applicazione viene oggi
vivamente scoraggiato.
Molecole appartenenti a tale gruppo oggi ampiamente utilizzate sono la tigeciclina
e la doxiciclina, le quali sono assorbite per via orale ma possono essere chelate
da alcuni alimenti (prodotti lattiero caseari)
Aminoglicosidi
Gli aminoglicosidi (Streptomicina, 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 attivi nei confronti di batteri sia Gram-positivi che Gram-negativi che
sono in grado di internalizzarli attraverso un meccanismo che coinvolge la fosforilazione
ossidativa.
Pertanto non sono attivi contro i microrganismi anaerobi obbligati e quelli che hanno un
metabolismo di tipo fermentativo.
Mentre la maggior parte degli inibitori della sintesi proteica microbica hanno azione
batteriostatica, gli aminoglicosidi sono battericidi.
Questa classe di antibiotici non è in grado di penetrare nelle cellule eucariotiche
pertanto non ha azione contro i microrganismi intracellulari.
Possono causare tossicità renale e vestibolare pertanto il loro utilizzo va monitorato,
ciononostante il loro ampio spettro d’azione e la ridotta insorgenza di resistenze ne
aumenta l’utilizzo.
Aminoglicosidi
Gli aminoglicosidi agiscono legandosi irreversibilmente alla subunità ribosomiale 30S,
bloccano di conseguenza l’inizio della sintesi proteica e portano all’accumulo di
complessi di inizio anomali.
Molecole di più recente sintesi sono in grado di legare anche la subunità 50S,
conferendogli un più ampio spettro d’azione.
Tali agenti possono anche causare distorsione del sito di attacco dell’mRNA,
traslazione dei codoni, e quindi un’alterata lettura dell’mRNA e il fallimento della
produzione di corrette sequenze aminoacidiche nelle proteine.
Sembra esservi una stretta correlazione tra attività battericida e capacità di indurre
un’errata lettura dell’mRNA.
Il valore clinico degli aminoglicosidi è una conseguenza della loro rapida azione
battericida, del loro ampio spettro d’azione e del lento sviluppo di resistenza batterica,
includendo la mantenuta attività contro ceppi di Pseudomonas resistenti a molti altri
farmaci.
Aminoglicosidi
La gentamicina e la tobramicina sono i principali aminoglicosidi; essi hanno un
ampio spettro che include le Enterobacteriaceae, e di particolare importanza P.
aeruginosa. Ci sono a volte benefici nel trattamento di infezioni serie causate da
batteri patogeni Gram-positivi come S. aureus ed enterococchi, sebbene solo
quando usati in combinazione con altri farmaci.
Streptomicina e amicacina sono ora usati primariamente in combinazione con
altri agenti antimicrobici nella terapia della tubercolosi e altre malattie da
Micobatteri.
La Neomicina, il più tossico degli aminoglicosidi, è usata nelle preparazioni
topiche ed è utilizzata come preparazione orale prima di alcuni tipi di chirurgia
intestinale, poiché è scarsamente assorbita.
Gli amminoglicosidi determinano minori disturbi al microbiota residente
rispetto a molti altri antimicrobici ad ampio spettro, probabilmente a causa della loro
mancanza di attività contro la flora anaerobica predominante dell’intestino, e anche
perché sono spesso utilizzati per via parenterale per le infezioni sistemiche.
Streptomicina
Oggi è noto che per questa capacità di indurre un alterata
lettura dell’mRNA la Streptomicina è in grado di
sopprimere alcune mutazioni nel genoma batterico che
di per sé sarebbero letali per il microrganismo, il quale
può, pertanto, replicarsi solo in presenza di
streptomicina, questo determina l’insorgenza di mutanti
Streptomicino--dipendenti
Streptomicino
Cloramfenicolo
Il cloramfenicolo inibisce la sintesi proteica legandosi alla subunità 50S in
corrispondenza del sito peptidil-transferasico, blocca la peptidil-transferasi e
inibisce la formazione del legame peptidico.
Ha un’azione batteriostatica poiché la sua azione è reversibile nella maggior
parte delle specie batteriche sensibili
Il Cloramfenicolo ha una semplice struttura ad anello nitrobenzenico e può
essere prodotto in grandi quantità mediante sintesi chimica.
Cloramfenicolo
La maggiore problematica di questo economico antibiotico ad ampio spettro
con alcune caratteristiche farmacologiche ideali è rappresentata da una rara
ma seria tossicità.
Sono sensibili all’azione del cloramfenicolo anche i ribosomi mitocondriali;
Ciò determina l’inibizione da parte dell’antibiotico di cellule eucariotiche in
rapida crescita e con elevata attività mitocondriale come le cellule staminali
del midollo osseo
Ciò può determinare anemia aplastica e tossicità
La sua penetrazione nel Sistema Nervoso Centrale (SNC) e la sua attività
contro microrganismi anaerobi ne giustifica l’impiego nel trattamento degli
ascessi cerebrali. In alcuni paesi in via di sviluppo il cloramfenicolo è utilizzato
più diffusamente dato il suo basso costo ed approvata efficacia in malattie
come febbre tifoide e meningite batterica.
Macrolidi
I macrolidi (eritromicina, claritromicina, azitromicina, etc.) inibiscono la sintesi
proteica legandosi reversibilmente alla subunità ribosomiale 50S;
Inibiscono la tappa della traslocazione nella sintesi proteica operata dal ribosoma
stesso;
Generalmente i macrolidi sono batteriostatici ma, ad alte dosi, divengono anche
battericidi;
Il loro spettro d’azione è poco più ampio di quello delle penicilline includendo
anche alcuni Gram- ad esclusione degli enterobatteri.
L’eritromicina è generalmente usata in clinica nei pazienti allergici ai β-lattamici.
Lincosamidi
I
lincosamidi
sono
una
classe
di antibiotici di cui fanno parte la
lincomicina e clindamicina, attiva sia su
batteri aerobi che anaerobi Gram positivi, ma
anche specie Gram-negative (B. fragilis).
Importante l'utilizzo alternativo alla penicillina
nei
pazienti
allergici
ai
β-lattamici.
Sono antibiotici batteriostatici con un
meccanismo e spettro d’azione simile a quello
dei macrolidi, pur avendo una struttura
chimica molto diversa.
Acido fusidico
L’acido fusidico è un antibioico steroideo che esplica la sua azione di tipo
batteriostatico interagendo con il fattore extra-ribosomale G (EF-G)
necessario per il processo di allungamento della catena polipeptidica.
In presenza di acido fusidico si ha la stabilizzazione del complesso
EF-G/GTP/ribosoma,
La formazione del complesso causa il conseguente impedimento della
traslocazione in quanto il fattore di allungamento non è utilizzabile
perché legato all’antibiotico e il ribosoma è incapace di muoversi lungo
l’mRNA.
L'acido fusidico è un antibiotico batteriostatico che viene spesso
utilizzato per via topica in creme e colliri, ma può anche essere
somministrato per via sistemica sotto forma di compresse o iniezioni.
I chinoloni e la novobiocina
I chinoloni hanno un nucleo di due anelli a sei membri fusi e quando avviene la
sostituzione con un atomo di fluoro diventano fluorochinoloni, che sono
attualmente i chinoloni dominanti per il trattamento delle infezioni batteriche.
I fluorochinoloni attualmente in uso sono la ciprofloxacina, la levofloxacina, la
gemifloxacina e la moxifloxacina.
Il target dei chinoloni sono la DNA
girasi e la topoisomerasi IV, enzimi
responsabili per il taglio, il
superavvolgimento e il saldamento
del DNA batterico durante la
replicazione.
I chinoloni e la novobiocina
La DNA girasi batterica è formata da due
coppie di identici polipeptidi, denominati:
subunità A e B.
Le subunità A tagliano la catena di DNA
in siti specifici e ne consentono lo
srotolamento,
Le subunità B sono responsabili della
spiralizzazione negativa del DNA.
Ambedue le funzioni sono necessarie
per ottenere le modificazioni topologiche
indispensabili alla produzione della “forca
replicativa” e, quindi, alla replicazione del
DNA.
I chinoloni inattivano la girasi interferendo con la subunità A (GyrA).
L’antibiotico novobiocina ottiene lo stesso risultato interferendo con la
subunità B (GyrB).
L’azione antibatterica dei chinoloni è sinergica con quella della
novobiocina: l’inattivazione della girasi è potenziata se sono
contemporaneamente colpite le due subunità costitutive e non presenta
resistenza crociata
Ciprofloxacina
Novobiocina
Inibizione della sintesi di RNA: le rifampicine
Le rifampicine sono un gruppo di antibiotici isolati in Italia, dalle
colture di Nocardia mediterranea;
Agiscono legandosi direttamente alla subunità β dell’RNA polimerasi
batterica rendendola non funzionale, impedendo così il processo di
trascrizione del DNA ad RNA.
Questo agente è attivo contro molti batteri
Gram-positivi e selezionati microrganismi
Gram-negativi, che includono Neisseria ed
Haemophilus ma non membri della famiglia
delle Enterobacteriaceae.
La principale proprietà clinica della rifampicina
e la sua attività anti-micobatterica, che include
Mycobacterium tuberculosis ed altre specie
che più comunemente infettano l’uomo.
Resistenza alla rifampicina
La subuità β della RNA pol è codificata dal gene rpoB.
Il gene rpoB è altamente conservato tra batteri Gram-positivi e
Gram-negativi.
Il farmaco lega la RNApol mediante intrerazioni elettrostatiche e
legami π-π.
Mutazioni puntiformi del gene rpoB che causano sostituzioni
amminoacidiche nella porzione centrale della proteina RpoB
determinano resistenza al farmaco.
Mutazione spontanea=resistenza naturale.
Poiché la resistenza determinata da mutazioni della polimerasi
insorge frequentemente, la rifampicina è combinata con altri agenti
nel trattamento di infezioni attive.
I sulfamidici sono stati i primi chemioterapici antimetaboliti 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 paminobenzoico legandosi al sito attivo
dell’enzima
di-idropteroato-sintetasi
(DHPS) bloccando la sintesi dell’acido
folico, precursore degli acidi nucleici.
La sulfanilamide è attiva contro i batteri
metabolicamente attivi che sono in grado
di sintetizzare acido folico.
Oggi il suo uso principale è nel
trattamento di infezioni urinarie da
Enterobacteriaceae (E. coli).
La tossicità selettiva dei sulfamidici dipende dal fatto che le cellule
animali sono in grado di utilizzare solo gli acidi folici preformati
presenti nella dieta e, in parte sintetizzati dai batteri intestinali;
I batteri, nella maggior parte dei casi, non riescono ad assumere
gli acidi folici dall’ambiente, e di conseguenza devono sintetizzarli.
I sulfamidici, quindi, che penetrano facilmente nelle cellule
batteriche, sono in grado di contrastare efficacemente la sintesi
degli acidi folici.
Il trimetoprim è analogo dell’acido diidrofolico.
Esso esercita la sua azione inibente
legandosi all’enzima di-idrofolato riduttasi
(DHFR).
L’enzima che catalizza la reazione che
trasforma il di-idrofolato in tetra-idrofolato,
cofattore richiesto per la sintesi delle
purine, della timina, e di alcuni
aminoacidi.
L’esempio di inibizione competitiva offerto dai
Sulfamidici aveva indotto a sperare che la ricerca di
nuovi Chemioterapici antimicrobici potesse basarsi
sulla sintesi di analoghi strutturali di vari metabolici
essenziali conosciuti, sono stati infatti, sintetizzati
numerosi analoghi strutturali denominati
Antimetaboliti, che però non sono abbastanza selettivi
per poter essere usati senza danno per le cellule
animali.
ANTIBIOTICO RESISTENZA
AntibioticoAntibiotico
-resistenza
Uno stipite batterico è Resistente ad un farmaco quando è in grado di moltiplicarsi in
presenza di concentrazioni del farmaco che risultano inibitorie per la massima parte
degli stipiti della stessa specie;
Oppure 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 oggi è il maggiore problema dell’antibioticoterapia ed è un
problema di grande attualità e di profondo impatto pratico che condiziona la scelta,
l’impiego ed il futuro degli antibiotici;
Esistono, oggi, ceppi di Stafilococchi, Pseudomonas ed Enterococchi che sono
resistenti a tutti i farmaci antibatterici in commercio e producono infezioni virtualmente
intrattabili.
L’antibiotico resistenza è una proprietà geneticamente
trasmissibile del microrganismo:
Naturale o 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 Mycoplasmi che sono privi della
parete cellulare e quindi insensibili ai beta-lattamici.
La struttura della parete cellulare o la membrana citoplasmatica di
un microrganismo possono essere impermeabili a un antibiotico
(resistenza intrinseca dei Gram-negativi, Batteri alcool-acido
resistenti M. tuberculosis)
Resistenza acquisita agli antibiotici
Non appena un nuovo antibiotico si dimostra efficace e viene
introdotto in terapia i suoi “ giorni sono contati”
Germi resistenti inizieranno a comparire nel giro di pochi anni o mesi
Per la penicillina, ceppi resistenti iniziarono ad essere segnalati dopo
due anni dalla sua introduzione alla metà degli anni ‘40.
RESISTENZA CROMOSOMICA
Costituisce solo il 10-15% di tutte le resistenze acquisite (bassa frequenza di
insorgenza)
Si realizza tramite un’alterazione mutazionale spontanea dell’informazione
genetica cromosomica
L’antibiotico esercita un’azione selettiva (seleziona i mutanti resistenti,
inibendo le cellule sensibili)
Gli stessi mutanti possono essere resistenti anche ad altri antibiotici con
caratteristiche simili (resistenza crociata o cross-resistenza)
Si trasmette verticalmente tramite la discendenza (da cellula madre a cellula
figlia)
Può essere:
one-step: è sufficiente una sola mutazione per conferire un elevato grado di
resistenza (es. rifampicine)
multi-step: sono necessarie più mutazioni perché possa instaurarsi (es. βlattamici, macrolidi, cloramfenicolo)
Resistenza Extracromosomica
Costituisce il 90% di tutte le resistenze (alta frequenza di
insorgenza).
Si origina per acquisizione di nuova informazione genetica che
deriva da altri microrganismi e che penetra nella cellula mediante i
meccanismi di coniugazione, trasformazione e trasduzione.
Riguarda più antibiotici contemporaneamente (resistenza multipla).
Si verifica mendiante scambio orizzontale di materiale genetico
Può essere trasferita anche a microrganismi appartenente a specie
differenti.
E’ dovuta a geni presenti su elementi genici mobili come plasmidi e
trasposoni.
Resistenza extracromosomale
