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Microbiologia
ANTIBIOTICI
Antonio Nenna
ANTIBIOTICI
Un antibiotico è una molecola a basso PM, di produzione naturale, che agisce su batteri e non è tossica per
l’uomo (dotata di tossicità selettiva). La tossicità selettiva è il rapporto tra la dose che agisce sui batteri e la
dose tossica. Se la dose efficace è minore della dose tossica, il farmaco ha tossicità selettiva.
Ad inizio ‘900, Elrich pensò l’esistenza di un “magic bullet” che uccide batteri e non le cellule umane, e
trova una molecola contenente arsenico che agiva contro la sifilide.
Negli anni ’30, Fleming tentava di isolare gli Haemophilus influenzae, che crescono vicino agli
Staphilococcus aureus (H. influenzae ha bisogno di due fattori contenuti nei globuli rossi, e l’emolisina di S.
aureus lisa i globuli rossi; quindi H. cresce vicino a S.). Lasciando aperta una piastra, trova che le colonie di s.
erano scomparse, ed erano cresciute delle muffe dovute al fungo “penicillum”, il quale produceva una
sostanza (la penicillina) che lisava gli Staphilococcus.
Successivamente, il gruppo Bayer studiò l’azione dei coloranti sui batteri (screening per vedere se coloranti
sono tossici, poichè già si sapeva che la colorazione di Gram inibiva i batteri, ma era tossica per l’uomo).
Nel 1935, Domac scoprì il prontosil-rosso, una molecola sulfamidica; poco tossica per l’uomo, non di
produzione naturale (chemioterapico). Ai sulfamidici appartengono i chemioterapici tuttora utilizzati. I
sulfamidici (metotrexate) causano interferenza sulla catena enzimatica della di-idro-pteroato-sintetasi (con
inibizione della sintesi di ac. folico, che negli uomini è una vitamina e viene assunta preformata con la dieta,
mentre nei batteri è un prodotto endogeno).
La penicillina e i suoi derivati (famiglia dei beta-lattamici) ha il target specifico dei batteri (non c’è target
nell’uomo), poichè interferisce solo i processi batterici di sintesi del peptidoglicano, agendo sulle PBP
(penicillin binding protein). Per i gram-negativi, bisogna penetrare la membrana esterna, quindi essere
lipofili: la penicillinaG (scoperta da Fleming) non è attiva, poichè non passa la membrana esterna.
Le penicilline agiscono solo sui batteri in moltiplicazione, che sintetizzano il peptidoglicano; quelli che non si
duplicano non solo sensibili.
Sono disponibili tre metodi per ottenere sostanze ad azione antibatterica:
1) cercare molecole naturali che fossero antibatteriche: penicillina, streptomicina
2) produrre analoghi artificiali per superare i difetti intrinseci.
3) trovare molecole che agiscono su target caratteristici dei batteri.
Gli antibiotici si dividono in base al loro sito di azione:
- antibiotici che agiscono sulla sintesi del peptidoglicano
beta-lattamici (penicillina),
glicopeptidi (vancomicina),
antibiotici per batteri con acidi micoici (isoniazide, antiTBC)
- antibiotici che agiscono sul ribosoma batterico
30S [aminoglicosidi (gentamicina, streptomicina), tetracicline, linezolide]
50S [cloramfenicolo, macrolidi, clindamicina]
- antibiotici che agiscono sulla RNApol batterica
rifampicina, antiTBC [mutazioni puntiformi della RNApol causano resistenza, non va utilizzata mai da sola]
- antibiotici che agiscono sulla DNApol batterica
chinolonici (ciprofloxacina e levofloxacina) [agiscono sulle topoisomerasi batteriche]
- antibiotici antimetaboliti
sulfamidici [agiscono su enzimi per la sintesi di folati]
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ANTIBIOTICI
Antonio Nenna
ANTIBIOGRAMMA
L’antibiogramma permette di trovare gli antibiotici per il trattamento di uno specifico batterio:
- diluizione in brodo:
diluisco l’antibiotico con rapporti successivi 1:2 e aggiungo una quantità fissa di brodo batterico.
es. 512 μg/mL, 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, 0.5, 0.25, 0.12
alcune colture mi rimangono torbide (sono quelle dove il batterio è presente, quindi l’antibiotico non è
sufficiente). La provetta non torbida con la massima diluizione indica la MIC (minima concentrazione
inibente). Per trovare la MBC (minima dose battericida) [ovvero la dose minima che inibisce la crescita del
99,9% dei batteri] prelevo i campioni e li semino in agar:
- se tra MIC e MBC ci sono meno di due diluizioni di differenza, l’antibiotico è battericida
- se tra MIC e MBC ci sono più di due diluizioni di differenza, l’antibiotico è batteriostatico
La MIC è correlata con i parametri di terapia per il paziente, e nell’antibiogramma viene detto se il batterio
è sensibile o resistente ad un antibiotico. L’antibiotico può agire in maniera:
- tempo-dipendente: tempo in cui la concentrazione ematica è superiore alla MIC (tempo di azione del
farmaco maggiore della MIC) (quale antibiotico è al di sopra della MIC per il maggior tempo possibile)
(l’antibiotico che dura di meno lo dovrei somministrare più volte per avere l’effetto dell’antibiotico che
dura più a lungo) [beta-lattamici]
- concentrazione-dipendente: il picco di concentrazione ematica è superiore alla MIC (picco di azione del
farmaco è maggiore della MIC) [aminoglicosidici, hanno attività post-antibiotica: dopo che hanno agito,
anche se eliminassi i batteri, questi verrebbero comunque uccisi] [invece di dosare il valore di picco, misuro
l’integrale della curva, e trovo il rapporto tra area sotto la curva e la MIC]
- diffusione in agar: semina dei batteri su agar con dei dischetti; intorno ai dischetti si genera un’area di
inibizione della crescita; si correla la MIC ottenuta con il brodo e il diametro dell’inibizione, per trovare la
sensibilità.
Gli “antibiotici ad ampio spettro” agiscono sia su gram-positivi che su gram-negativi. meglio non usarli
perchè elimina batteri normalmente presenti (permettendo la moltiplicazione del c. difficile) e causano
ceppi resistenti.
La resistenza antibiotica è data da:
- modifica dell’antibiotico (beta-lattamasi per beta-lattamici, enzimi acetilanti per aminoglicosidi)
- modifica del target (modifiche di 23S o proteine ribosomiali per macrolidi)
- pompe di efflusso (tetracicline, macrolidi)
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ANTIBIOTICI
INIBITORI DELLA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO
BETA-LATTAMICI: si legano alle PBP. Sono
formate da un anello a quattro atomi con un
azoto e un gruppo chetonico; c’è un secondo
anello contenente solfo o ossigeno. Si
distinguono in penicilline, carbapenemici
(secondo anello con cinque atomi di carbonio
e doppio legame) e cefemici (cefalosporine,
secondo anello con sei atomi di carbonio).
Altri farmaci, utilizzati in contemporanea con i
beta-lattamici, si legano agli enzimi che
tagliano l’anello beta-lattamico (betalattamasi), nei batteri resistenti (s. aureus). la
resistenza ai beta-lattamici mediata da betalattamasi è sempre esistita, oltre la prassi
medica.
Alcune penicilline agiscono anche sui gramnegativi (ampicillina, piperacillina) e vengono
chiamate penicilline ad ampio spettro.
La tossicità delle penicilline non è dovuta al
meccanismo di azione (visto che sono dirette
solo ai componenti batterici), ma può esserci
allergia.
Transpeptidasi e beta-lattamasi hanno una
serina al sito attivo ed entrambe si legano
all’anello beta-lattamico; il beta lattamico
inibisce l’azione della transpeptidasi oppure la
beta-lattamasi apre l’anello beta-lattamico,
distruggendo l’attività antibatterica.
Antonio Nenna
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ANTIBIOTICI
Antonio Nenna
Per impedire l’azione antibatterica, il batterio può:
- modificare l’antibiotico (beta-lattamasi)
- modificare il target dell’antibiotico (meticillino-resistenza in s. aureus, MRSA per acquisizione di isola
genetica che codifica per una transpeptidasi modificata, invece di PBP2 è PBP2a e non possiede la serina al
sito attivo necessaria per il legame del beta-lattamico)
Il problema della penicillina, visto che è una molecola idrofila, era la penetrazione attraverso la membrana
esterna per entrare nei gram-negativi e bloccare la sintesi del peptidoglicano; furono sintetizzate penicilline
che avevano parti idrofobe e con sostituzioni che impedissero l’azione della beta-lattamasi.
Negli stafilococchi ci sono quattro PBP; la penicillina causa una diminuzione del cross-linking del
peptidoglicano (diminuisce l’azione delle transpeptidasi); inoltre scompare il sistema di “splitting”
(murosomi e vescicole che permettono la divisione batterica). In presenza di penicillina, il batterio può
continuare a dividersi, ma poi muore (morte nascosta) per l’attivazione delle idrolasi batteriche (autolisine).
La penicillina quindi agisce solo sui batteri in moltiplicazione attiva, poichè solo li si ha la localizzazione del
macchinario e l’esposizione delle PBP sensibili alla penicillina (le PBP si producono solo quando il batterio si
riproduce; la penicillina blocca la replicazione del peptidoglicano e il batterio scoppia).
CEFALOSPORINE: l’anello beta-lattamico è analogo; nelle penicilline il secondo anello ha 5 C e una catena
modificabile, mentre nelle cefalosporine il secondo anello ha 6 C e due catene modificabili (R1 e R2). Sono
dotate di lipofilicità (entrano nei gram-negativi) e protezione dalle beta-lattamasi. Agiscono come
transpeptidasi e da transglicosilasi
INIBITORI DELLA SINTESI DEGLI ACIDI NUCLEICI
su RNA: rifampicina
su DNA: chinolonici (ciprofloxacina, levofloxacina e moxifloxacina), metronidazolo
La resistenza ai chinolonici è dovuta all’ampio uso negli anni passati, che ha selezionato ceppi resistenti.
La rifampicina agisce sul bacillus tuberculosis (isolinazide + rifampicina + pirazina).
I chinolonici agiscono sulle topoisomerasi, su gram-positivi e gram-negativi, a livello intracellulare.
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INIBITORI DELLA SINTESI PROTEICA
A differenza delle penicilline, negli inibitori della sintesi proteica c’è tossicità legata al meccanismo di azione
(cloramfenicolo, sul 50S, 1/40,000 somministrazioni può essere letale per il paziente, poichè causa anemia
aplastica, irreversibile); inoltre, è presente anche tossicità per l’endotelio.
Gli antibiotici utilizzano come bersaglio selettivo una delle due subunità ribosomiali:
30S: aminoglicosidi (streptomicina, gentamicina, amicacina, tobramicina), tetracicline (glicil-glicina)
50S: macrolidi (eritromicina, azitromicina, claritromicina), streptogramina, clindamicina
Questi antibiotici non sono battericidi, tranne gli aminoglicosidi (inibizione del 30S e produzione di ROS).
I battericidi quindi sono: beta-lattamici (tempo dipendenti) e amminoglicosidi (concentrazione dipendenti),
e agiscono su gram-positivi e gram-negativi.
La resistenza agli aminoglicosidi è la modifica dell’antibiotico, tramite trasposoni e plasmidi, che producono
enzimi che acetilano o fosforilano gli antibiotici.
MACROLIDI: penetrano facilmente nelle cellule eucariotiche, e possono agire nei batteri intracellulari
(polmonite da mycoplasma, legionella). La resistenza ai macrolidi è dovuta a modifiche del target (non a
inattivazione, come per la beta-lattamasi sui beta-lattamici):
- nel 30S, la modifica è sul 16S rRNA
- nel 50S, la modifica è sul 23S rRNA
- modifiche in proteine del ribosoma (dimetilazione di adenina-2058)
ANTIBIOTICI ANTIMETABOLITI
Gli antimetaboliti sono antibiotici batteriostatici che inibiscono la sintesi dei folati tramite inibizione di:
- diidropteroato-sintetasi
- diidropteroato-reduttasi
Nell’uomo, l’ac. folico è una vitamina, e non viene sintetizzata. Pertanto sono specifici per i batteri.