Metaboliti secondari
I METABOLITI SECONDARI rappresentano il differenziamento chimico di alcuni
microrganismi, spesso coincidente con il loro differenziamento morfologico.
Sono molecole insolite prodotte dal metabolismo secondario (tipico della fase stazionaria o
idiofase) e non sono indispensabili, al punto che solo un numero limitato di classi di
microrganismi sono in grado di produrli.
Nel microrganismo produttore possono svolgere diversi ruoli quali:
•Protezione da agenti fisici,
•Mediatori del quorum sensing,
•Mediatori nel differenziamento cellulare, e…
• funzione antagonista rispetto ad
altri organismi competitori!
Le vie biosintetiche
Metaboliti secondari ed antibiotici possono essere molecole molto complesse, per la sintesi
è spesso richiesto l’intervento ordinato e sequenziale di numerosi enzimi.
Cluster genici molto grandi (da 15 a 150 Kb), spesso associati a geni regolativi che
controllano l’onset della produzione
Sintesi di monomeri specializzati
(reazioni di modificazione di metaboliti
primari che possono fornire il prodotto finale
o più spesso una unità che entra a far parte di
una molecola più complessa)
Reazioni di oligomerizzazione
Reazioni di decorazione
Diverse tipologie di monomeri specializzati (alcuni esempi)
Precursori di antibiotici
polichetidici
(condensazione di acidi
carbossilici)
Precursori di antibiotici
peptidici
(condensazione di
aminoacidi, spesso non
proteici)
Le vie biosintetiche
Metaboliti secondari ed antibiotici possono essere molecole molto complesse, per la sintesi
è spesso richiesto l’intervento ordinato e sequenziale di numerosi enzimi.
Cluster genici molto grandi (da 15 a 150 Kb), spesso associati a geni regolativi che
controllano l’onset della produzione
Sintesi di monomeri specializzati
(reazioni di modificazione di metaboliti
primari che possono fornire il prodotto finale
o più spesso una unità che entra a far parte di
una molecola più complessa)
Reazioni di oligomerizzazione
(reazioni di assemblaggiodi metaboliti
primari e secondari. Quattro classi di
metaboliti secondari ottenibili: polichetidi,
peptidi, oligosaccaridi e isoprenoidi)
Reazioni di decorazione
(reazioni che aggiungono una serie di gruppi
funzionali alla molecola.Sono spesso
determinanti per l’attività biologica del
prodotto maturo)
Metaboliti secondari
da Steptomyces
•
antibiotici come: streptomicina, cloranfenicolo, tetraciclina
•
Immunosoppressori come:rapamicina
•
Antifungali come: amofotericina e nistatina
•
Antitumorali come: daunorubicina
•
ecc…
Da altri attinomiceti:
•
rifamicina e vancomicina (Amycolatopsis)
•
eritromicina e l’insetticida spinosina (Saccharopolyspora)
•
gentamicina e l’antitumorale dienamicina (Micromonospora)
Da funghi filamentosi:
•
penicilline (Penicillium)
•
Cefalosporine da (Cephalosporium)
Antibiotici
DEFINIZIONE DI ANTIBIOTICO
Per antibiotico si intende una molecola
naturale,
metabolita
secondario
di
Eubatteri, Actinomiceti e Funghi inferiori
Differiscono
da
altri
composti
ad
azione
antimicrobica (es. tossine) per le loro proprietà di
bassa tossicità per l’uomo e per gli animali
Discovery of penicillin
1928
Picture of Penicillium notatum
Alexander Fleming
6 August 1881 – 11 March 1955
Howard Walter Florey
(1898-1968)
Ernst Boris Chain
(1906-1979)
Discovery of terapeutic effects of penicillin
1945 - Nobel Prize in Physiology or Medicine
“for the discovery of penicillin and
its therapeutic effects”
Sir Alexander Fleming
Sir Ernst Boris Chain
Baron Howard Walter Florey
penicillin production
at the Sir William Dunn School of Pathology
Oxford, England, 1940
A poster from World War Two
ANTIBIOTICI
• ALTA TOSSICITA’ SELETTIVA
tossicità selettiva per i batteri
– battericidi (uccidono i batteri)
– batteriostatici (inibizione della crescita)
• BASSA TOSSICITA’ RESIDUA
tossicità nulla o scarsa per il paziente
INDICE TERAPEUTICO = dose tossica/dose terapeutica
1
Bersagli degli
antibiotici
2
5
3
4
Classificazione:Meccanismo d’azione
Beta-lattamici:
Glicopeptidi:
BLOCCO DELLA SINTESI PEPTIDOGLICANO
“
“
Tetracicline:
Aminoglicosidici:
Macrolidi:
INIBIZIONE DELLA SINTESI PROTEICA
“
“
“
“
“
“
“
“
Fluorochinolonici:
Rifampicine:
INTERFERENZA CON LA FUNZIONE DEGLI
ACIDI NUCLEICI
“
“
“
“
Sulfamidici:
ANTIMETABOLITI
Classificazione: struttura
Beta-lattamici
Glicopeptidi
Aminoglicoside
Macrolide
Peptide
Ansamicine
Macrolide polienico
Produzione mondiale di antibiotici
Spettro d’azione degli antibiotici
Antibiotici Beta-Lattamici
Penicilline e Cefalosporine
Anello Tiazolidinico
PENICILLINA NATURALE
Benzilpenicillina o PenG
Attiva su Gram+, sensibile alle -lattamasi
PENICILLINE SEMISINTETICHE
Meticillina
Stabile in ambiente acido, resistente alle -lattamasi
Oxacillina
Stabile in ambiente acido, resistente alle -lattamasi
Ampicillina
Ampio spettro di attività (specialmente contro batteri Gram-), stabile in ambiente
acido, resistente alle -lattamasi
Carbenicillina
Ampio spettro di attività (specialmente contro Pseudomonas aeruginosa), stabile in
ambiente acido ma inefficiente per via orale, sensibile alle -lattamasi
CEFALOSPORINE
Gram +
Gram P. aeruginosa
Anaerobi
Il monomero del Peptidoglicano
NAM= N-Acetil muramico
NAG= N-Acetil glucosoammina,
Struttura del peptidoglicano
GRAM+
Staphylococcus aureus
GRAME. coli
Meccanismo d’azione dei beta-lattamici
Bersaglio molecolare: Transpeptidasi, enzima che interviene nella
formazione dei legami crociati del PEPTIDOGLICANO
METODI INNOVATIVI PER LA
RICERCA DI NUOVE
MOLECOLE AD AZIONE
ANTIBIOTICA
Esempi di screening: ricerca di una molecola antibiotica in grado di
inibire la biosintesi degli acidi grassi
FAS, fatty acid synthase
Nei procarioti, complesso
multienzimatico
Negli eucarioti, proteina
multidominio
Ricerca di inibitori di
FabF/H
Costruzione di uno strain di
Staphylococcus aureus fabF AS
RNA. E’ 4-8 volte più sensibile
alla tiolattomicina del wt mentre
è ugualmente sensibile agli altri
antibiotici
Esempi di screening: ricerca di una molecola antibiotica in grado di
inibire la biosintesi degli acidi grassi
Ricerca di inibitori di FabF/H
Costruzione di uno strain di Staphylococcus aureus fabF AS RNA. E’ 4-8 volte più sensibile alla
tiolattomicina del wt mentre è ugualmente sensibile agli altri antibiotici
Library: circa 250.000 estratti microbici ottenuti da colture di attinomiceti e funghi
Isolato da un ceppo di Streptomyces
plantensis
