UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CATANIA
FACOLTA’ DI MEDICINA E CHIRURGIA
Corso di Laurea in Odontoiatria
GLI ANTIBIOTICI
Prof. Annamaria Speciale
Basi razionali della chemioterapia
(Paul Erlich 1891-1914)
• Tossicità selettiva
• Recettore specifico dell’agente patogeno
• Screening di prototipi naturali e semisintesi di
analoghi
• Ruolo dei modelli animali
• Problema della chemioresistenza
Paul R. Ehrlich
(1854-1915)
Erlich P. Chemotherapeutics: Scientific principles,
methods and results. Lancet, 1913; II: 445-451.
Principi fondamentali della chemioterapia
antibatterica
 Organotropismo: capacità di un farmaco di
raggiungere l’organo bersaglio
 Parassitotropismo: capacità del farmaco di
raggiungere il parassita,
ucciderlo o impedirne la crescita
Gerhard Domagk: Prontosil Rubrum, 1939
Alexander Fleming: penicillina, 1945
Selman Waksman: streptomicina,
1952
Gerhard Domagk (1895-1964)
(premio Nobel 1939 per “studi sugli effetti
antibatterici dei sulfonamidici)
 Azione antibatterica della crisoidina
(colorante azoico: -N=N-)
 Sintesi della crisoidina sulfonamidica
(Prontosil rosso)
N
N
H2N
NH2
SO2NH2
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.
Inoltre, Fleming potè osservare che il brodo di coltura in cui erano cresciuti
i funghi possedeva un potente effetto inibitorio nei confronti di molti
microrganismi.
Poiché la muffa apparteneva al genere Penicillum, Fleming chiamò questa
sostanza antibatterica penicillina
A poster from World War Two
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 culture
at the Sir William Dunn School of Pathology
Oxford, England, 1940
I capostipiti
1935 PRONTOSILROSSO
(Domagk)
1952 ERITROMICINA
(Mc Guire)
1941 PENICILLINA G
(1929) (Fleming, Chain, Florey)
1955 VANCOMICINA
(Mc Cormick)
1944 STREPTOMICINA
(Waksman, Shatz, Bugle)
1955 AMFOTERICINE A,B
(Gold)
1945 CEFALOSPORINE P,N,C
(Brotzu)
1959 RIFAMICINE A,B,C,D,E
(Sensi)
1947 CLORTETRACICLINA
(Duggar)
1959 STAFILOMICINA
(Vanderhaege)
1947 CLORAMFENICOLO
(Burkholder)
1962 AC. NALIDIXICO
(Lesher)
1952 ISONIAZIDE
(Fox)
1987 DuP 721
Scoperta di
nuovi
antibiotici
Studi di correlazione fra
struttura-attività
(analoghi)
NUOVE
MOLECOLE
ANTIMICROBICHE
Fasi di ricerca preclinica
Studi in vitro
Modelli animali
(Efficacia, Farmacodinamica, Farmacocinetica,
Tollerabilità)
Fasi di ricerca clinica
mediamente 10 anni
Progetto razionale di un antibiotico
• identificazione di una molecola attiva
• modificazione della molecola allo scopo
di potenziarne l’azione
• valutazione dell’attività in vitro
• valutazione dell’attività e della tossicità in
vivo
• trial clinici
• immissione nel mercato (ospedaliero
prima ed eventualmente comunitario)
Sviluppo ed efficacia della chemioterapia antimicrobica
(1935 – 1993)
Nuove molecole antinfettive dichiarate in fase
di ricerca e in programmi di sviluppo dalle
15 maggiori compagnie farmaceutiche mondiali
Tipo di agente
Numero di nuovi antiinfettivi
Anti HIV
12
Altri antivirali
5
Antibatterici
5
Antiparassitari
5
Antifungini
3
Topici
1
Spellberg et al., CID 2004
Definizione di antibiotico
Per antibiotico si intende una molecola naturale,
metabolita secondario di Eubatteri, Actinomiceti
e Funghi inferiori, prodotta in coincidenza della
differenziazione di strutture cellulari specializzate
per
la
sopravvivenza
substrato è esaurito.
microbica
quando
il
Definizione e caratteristiche
Antibiotici: sostanze prodotte da varie specie di
microrganismi (batteri o funghi) che sopprimono la
crescita di altri microrganismi e ne possono causare la
distuzione.
Chemioterapici: farmaci antibatterici prodotti per sintesi
chimica.
Farmaco batteriostatico: ferma la moltiplicazione
batterica, permettendo alle difese dell’ospite di reagire,
ma non uccide le cellule.
Farmaco battericida: uccide i microrganismi.
Cosa bisogna sapere di un antibiotico
Cosa è?
caratteristiche della struttura
chimica
Come agisce?
bersaglio; meccanismo d’azione
Dove si localizza?
assorbimento, distribuzione,
metabolismo ed escrezione
Quando si usa?
spettro di attività e uso clinico
Che problemi dà?
tossicità, resistenze
Quanto costa?
a parità di attività, si deve tener
conto del costo
Proprietà di un antibiotico ideale
Proprietà antimicrobiche
azione selettiva sui microrganismi piuttosto che sulle
cellule animali
ampio spettro di attività
attività citocida su batteri e funghi
Proprietà farmacologiche
non tossico per l’ospite
lunga emivita plasmatica
buona distribuzione tissutale (compreso il SNC)
basso legame con le proteine plasmatiche
somministrabile per via orale e per via parenterale
assenza di interferenza con altri farmaci
Caratteristiche degli antibatterici
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 molecole ad attività antibiotica o chemioterapica
sfruttano queste differenze.
Classificazione degli antibiotici
• inibizione della sintesi della parete
cellulare
• alterazione delle membrane cellulari
• inibizione della sintesi proteica
• inibizione della sintesi degli acidi nucleici
• attività anti-metabolica o antagonismo
competitivo
Bersagli degli antibiotici
Principali meccanismi d’azione dei più comuni
farmaci antibatterici
Chinoloni, Fluorochinoloni,
Novobiocina, Coumermicina
Inibizione
DNA-girasi
Sulfamidici, Trimetoprim,
Pirimetamina
Inibizione
competitiva enzimi
Polimixina, Tirocidina, Gramicidina,
Polieni
Disorganizzazione
struttura membrane
ß-lattamine e analoghi,
Fosfomicina
Inibizione sintesi
parete cellulare
Aminoglucosidici, Macrolidi,
Cloramfenicolo, Tetracicline,
Oxazolidinoni
Inibizione sintesi
proteica
Rifampicina e analoghi
Inibizione sintesi RNA
Antibiotici che agiscono sulla sintesi della parete
cellulare
Poiché il peptidoglicano della parete cellulare batterica
non è presente nelle cellule umane, esso rappresenta
un bersaglio ideale per l’antibiotico terapia
Antibiotici che inibiscono la sintesi della
parete cellulare batterica
beta – lattamine
penicilline, cefalosporine,
carbapenemici,
monobattamici
glicopeptidi
teicoplanina, vancomicina
cicloserina
bacitracina
fosfomicina
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
Rosso: inibitori
prima tappa
Verde: inibitori
seconda tappa
Blu: inibitori
terza tappa
Antibiotici attivi sulla prima tappa del
metabolismo del peptidoglicano
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 fosfomicina è un analogo strutturale del
fosfo-enolpiruvato. Impedisce la sintesi
dell’acido N-acetil-muramico, legandosi
covalentemente al sito attivo dell’enzima
piruvato-UDP-NAG trasferasi.
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 inibizione competitiva di
questi enzimi.
La cicloserina è neurotossica e non viene usata
clinicamente, eccetto per il trattamento delle infezioni da
Mycobacterium tuberculosis resistenti agli altri farmaci.
Struttura chimica della cicloserina e dell’analogo D-alanina
Fosfomicina
La reazione di condensazione tra UDP-N-acetil
glucosamina e fosfoenolpiruvato negli stadi iniziali
della sintesi del peptidoglicano rappresenta il target
d’azione della fosfomicina.
La rapida insorgenza di resistenza la rendono
praticamente inutile in clinica.
Struttura chimica della fosfomicina
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
inibisce
la
defosforilazione del trasportatore
lipidico legandosi al bactoprenolodifosfato
e
bloccando
la
rigenerazione del bactoprenolomonofosfato. E’ un polipeptide
ciclico 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 e la ristocetina sono glicopeptidi che si legano
all’estremità D-alanina-D-alanina del pentapeptide legato al
bactoprenolo
ed
impediscono
l’azione
della
transpeptidasi
sequestrandone il substrato.
Antibiotici attivi sulla terza tappa del
metabolismo del peptidoglicano:
gli 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 che presentano la
caratteristica assolutamente peculiare di legare
covalentemente la penicillina ed altri antibiotici βlattamici e sono noti, pertanto, come ”proteine leganti
la penicillina” o PBP (Penicillin-binding proteins).
Gli antibiotici β-lattamici sono analoghi strutturali del
dipeptide D-alanina-D-alanina che devono la loro
azione antibatterica proprio alla capacità di legarsi a
questi enzimi inibendo la sintesi del peptidoglicano.
Antibiotici β–lattamici: meccanismo
dell’azione battericida
L’evento finale dell’azione degli antibiotici β-lattamici
è la lisi della cellula batterica. La lisi cellulare non è
solo la conseguenza dell’arresto della sintesi del
peptidoglicano, ma anche il risultato dell’attivazione di
enzimi in grado di pepolimerizzare il peptidoglicano
stesso (mureina-idrolasi). Anche se il ruolo fisiologico
di questi enzimi non è ancora stato chiarito, essi
potrebbero svolgere un’attività nei processi correlati
alla divisione cellulare; inoltre non è nota la relazione
esistente tra inibizione dell’attività delle PBP e
attivazione delle autolisine. Alcuni dati suggeriscono
che l’esposizione dei batteri agli antibiotici β-lattamici
comporti la perdita di un inibitore delle autolisine.
Reazione di transpeptidazione e suo blocco
da parte delle b-lattamine
E = enzima (transpeptidasi o PBP); P = penicillina o altre b-lattamine
Gli antibiotici β-lattamici
Gli antibiotici b-lattamici sono accomunati dalla presenza di un
anello tetratomico azetidinico b-lattamico.
A differente struttura molecolare corrisponde un diverso
antibiotico b-lattamico:
Penicilline
Cefalosporine
Carbapenemici
Moxalactam
Clavulanici
Monobattamici
Antibiotici b-lattamici
β-lattamasi
L’anello β-lattamico è il punto debole degli antibiotici
β-lattamici e il legame CO-N è spezzato da aluni
enzimi (β-lattamasi) con conseguente produzione di
acido penicilloico inattivo. I diversi microrganismi
elaborano distinte β-lattamasi, anche se la maggior
parte dei batteri produce una sola forma dell’enzima.
La specificità di substrato di alcuni di questi enzimi è
relativamente ristretta, per questo motivo alcuni di
questi enzimi sono spesso definiti penicillinasi o
cefalosporinasi; altri enzimi ad ampio spettro d’azione
sono meno discriminanti e possono idrolizzare
differenti antibiotici β-lattamici.
Meccanismo d’azione delle
b-lattamine e delle b-lattamasi
PBP = Penicillin Binding Proteins
( transpeptidasi e carbossipepetidasi )
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.
Modello strutturale delle β-lattamasi. L’esame cristallografico
suggerisce un ruolo importante del residuo 244. L’arginina che occupa
questo sito sembra essere critica per il legame agli antibiotici e per la
capacità degli inibitori suicidi di inattivare l’enzima.
Classificazione delle penicilline
NATURALI
• Penicillina G
(benzilpenicillina)
• Penicillina V
(fenossimetilpenicillina)
• Acido clavulanico
• Tienamicina
SEMISINTETICHE
• Penicilline
betalattamasi-resistenti
•
•
•
•
•
•
Meticilina
Oxacillina
Cloxacillina
Dicloxacillina
Flucloxacina
Nafcillina
• Aminopenicilline
• Ampicillina
• Amoxicillina
• Carboxipenicilline
• Carbenicillina
• Ticarcillina
• Sulfoxipenicilline
• Sulbenicillina
• Metoxipenicilline
• Temocillina
• Acilureidopenicilline
• Azlocillina
• Mezlocillina
• Piperacillina
• Carbapenemi
• Imipenem
• Meropenem
• Ertapenem
Spettro di azione antimicrobica delle penicilline (I)
Concentrazioni minime inibenti (MIC90; mg/l)
Specie batterica
Penicillina G
Oxacillina
Cloxacillina
Dicloxacillina
Ampicillina
Amoxicillina
Carbenicillina
Ticarcillina
Azlocillina
Mezlocillina
Piperacillina
Imipenem
Streptococcus
pneumoniae
0,03***
0,06
0,03-0,06
0,5
0,125
0,03-0,06
Streptococcus
pyogenes
0,015-0,03
0,06
0,015-0,06
0,25
0,06-0,125
0,015-0,06
4,0
>32
0,5-1
>64
2-4
1-2
0,25-2
1,0
0,5-2,0
0,5
1,0
0,25-0,5
0,5
32
0,25-0,5
0,5
0,125
32
4
32
1-4
16
0,03-0,125
0,03-0,125
Neisseria
gonorrhoeae*
0,03-16**
16
0,5-32**
0,5-32**
0,015-0,03**
0,06
Neisseria
menigitidis
0,03-0,06
8,0
0,25
0,125
0,03-0,06
0,06
E. faecalis
Peptostreptococcus
S. aureus:
b-lattamasi –
b-lattamasi +
* le MIC possono variare da 0,005 a 100 mg/l; ** molti isolati resistenti; *** rari isolati resistenti alla
penicillina con MIC superiore a 5 mg/l
Spettro di azione antimicrobica delle penicilline (II)
Concentrazioni minime inibenti (MIC90; mg/l)
Penicillina G
Oxacillina
Cloxacillina
Dicloxacillina
Ampicillina
Amoxicillina
Carbenicillina
Ticarcillina
Azlocillinaa
Mezlocillina
Piperacillina
Imipenem
E. coli
128
>1024
4- 128
4-128
1-32
0,125-0,5
P. mirabilis
64
>1024
2-32
2-8
2-36
0,5-4
Klebsiella spp.
>400
>1024
128
128
16- 128
0,25-4
Enterobacter spp.
>512
>1024
>512
128
4- 128
1-4
Serratia
>512
>1024
>512
128
8- 128
1-2
Salmonella
128
>1024
1-8
4
4
0,25-1
Shigella
128
>1024
16- 128
16
16
0,25-1
Providencia
>512
>1024
>512
64
64
2-4
Acinetobacter
>512
>1024
250
25
12
0,8
P. aeruginosa
>1024
>1024
>1024
256
16- 128b
2-8
Specie batterica
a = Alcuni ceppi, soprattutto Klebsiella, resistenti ad azlocillina, ma sensibili a mezlocillina e piperacillina
b= Mezlocillina meno attiva di azlocillina o piperacillina
Spettro di azione antimicrobica delle penicilline (III)
Concentrazioni minime inibenti (MIC90; mg/l)
Specie batterica
Penicillina G
Oxacillina
Cloxacillina
Dicloxacillina
Ampicillina
Amoxicillina
Carbenicillina
Ticarcillina
Azlocillina
Mezlocillina
Piperacillina
Imipenem
Clostridium
perfringens
0,5
0,5
0,06
0,25
0,25
0,06
Listeria
monocytogenes
1,0
1,25
0,125-1,0
4
0,5
0,03
Hemophilus
influenzae
1,0
32
1,0
0,5
0,06-0,125
0,5
Fusobacterium
nucleatum
0,5
>128
0,05-0,125
0,5
0,5
1,0
Bacteroides
fragilis
32
512
32
64
32
0,25-1,0
Bacteroides
melaninogenicus
0,5
>128
0,5
0,5
0,25
0,25
IMPIEGO CLINICO
NON USO CLINICO
CEFEPIMA
CEFODIZIMA
CEFMENOXIMA
CEFOTETAN
CEFROXADINA
CEFTRIAXONE
CEFONICID
CEFORANIDE
MOXALATTAM
CEFTIZOXIMA
CEFTAZIDIMA
CEFOTIAM
CEFOPERAZONE
CEFTEZOLO
CEFAZEDONE
CEFOTAXIMA
CEFSULODIN
CEFADROXINA
CEFACLOR
CEFADROXIL
CEFMETAZOLO
CEFUROXIMA
CEFAZAFLUR
CEFATRIZINA
NOCARDICINA A*
CEFAPAROLO
CEFAMANDOLO
CEFRADINA
CEFACETRILE
CEFOXITINA
CEFAZOLINA
CEFAPIRINA
CEFANONE
Sviluppo di betalattamine
cefemiche
tipiche ed atipiche (1956-1983);
a destra i prototipi.
CEFALESSINA
CEFALORIDINA
CEFALOTINA
CEFALOSPORINA C*
*NATURALI
1960
1970
1980
CLASSIFICAZIONE PER “GENERAZIONE” DELLE 52 BETALATTAMINE
CEFEMICHE IN USO CLINICO DAL 1964 IN POI
Prima
generazione
Cefalotina
Cefaloridina
Cefapirina
Cefazolina
Cefalexina
Cefradina
Cefadroxil
Ceftezolo
Cefacetrile
Cefazedone
Cefazaflur
Cefprozil
Seconda
generazione
Cefamandolo
Cefoxitina
Cefacloro
Cefuroxima
Cefonicid
Ceforanide
Cefotetan
Cefotiam
Cefmetazolo
Cefatrizina
Cefroxadina
Cefminox
Cefuzoname
Ceftretrama
Terza
generazione
Cefotaxima
Latamoxef
Ceftizoxima
Ceftriaxone
Cefmenoxima
Cefodizima
Ceftiolene
Cefoperazone
Cefpiramide
Cefpodoxima
Cefetamet
Cefixima
Ceftibuten
Cefdinir
Loracarbef
Cefpimizolo
Ceftazidima
Cefsulodin
Quarta
generazione
Cefpiroma
Cefepima
Cefaclidina
Cefozopran
Cefquinoma
FK 037
E 1077
BO-1236
Cefalosporine
Classificazione per generazioni
Generazione
Attività relativa su specie
batteriche
Gram-positive Gram-negative
Prima
++++
+
Seconda
+++
++
Terza
+
+++*
Quarta
++
++++**
* In parte attive anche su P. aeruginosa; ** molto attive su P. aeruginosa
Strutture chimiche e principali proprietà antimicrobiche di cefalosporine
selezionate in rapporto alla generazione di appartenenza (I)
O
R1
C
NH X
S
NUCLEO CEFEMICO
N
R2
O
COOH
R1
PRIMA GENERAZIONE
O
cefalotina
(X = - H)
S
CH2
cefalexina
(X = - H)
a
Streptococchi b,
S. aureus c
CH 2OC
CH 3
N
N
cefazolina
(X = - H)
Spettro antimicrobicoa
R2
N
CH 2
CH2S
N N
CH
Stabilità a betalattamasi
dei gram negativi: +
N
S
CH3
CH3
NH2
Tutte le cefalosporine sono prive di attività nei confronti di Enterococchi, L. monocytogenes,
Legionella spp., S. aureus meticillino-resistente, X. maltophilia e specie di Acinetobacter.
b Eccetto i ceppi penicillino-resistenti; c Eccetto i ceppi meticillino-resistenti.
Strutture chimiche e principali proprietà antimicrobiche di cefalosporine
selezionate in rapporto alla generazione di appartenenza (II)
O
R1
NH X
C
S
NUCLEO CEFEMICO
N
R2
O
COOH
R1
SECONDA GENERAZIONE
Spettro antimicrobico
C
O
cefuroxima
acetilcefuroxima
(X = - H)
R2
O
CH2OC
N
NH2
OCH 3
cefacloro
(X = - H)
Cl
CH
NH2
E. coli, Klebsiella, Proteus,
H. influenzae, M. catarrhalis.
Meno attive sui microrganismi
Gram-positivi rispetto a
quelle di I generazione
Stabilità betalattamasi gram
negativi: +++/+
O
Cefoxitina
(X = - OCH3)
CH2OC
S
CH2
N
H2NC
Cefotetan
(X = - OCH3)
NH2
O
S
C
HOOC
C
C
CH 2S
N
N
N
S
CH 3
Attività inferiore nei
confronti di S. aureus
rispetto al cefuroxima, ma
con attività anche nei
confronti di B. fragilis ed
altri Bacteroides spp.
Stabilità betalattamasi gram
negativi: ++++
Strutture chimiche e principali proprietà antimicrobiche di cefalosporine
selezionate in rapporto alla generazione di appartenenza (III)
O
R1
C
NH X
NUCLEO CEFEMICO
S
N
R2
O
cefotaxima
(X = - H)
COOH
R1
TERZA GENERAZIONE
R2
Spettro antimicrobico
C
N
H2N
O
CH 2OC
S
N
CH 3
OCH 3
ceftriaxone
(X = - H)
C
N
H3C
N
H2N
S
N
OCH 3
ceftazidima
(X = - H)
H2N
S
d
+
CH2N
N
OC(CH 3)2COOH
C
N
H2N
N
CH 2S
C
N
QUARTA GENERAZIONE
cefepima
(X = - H)
N
S
H3C
+
CH2N
N
OCH 3
Enterobacteriaceae d,
P. aeruginosa (solo ceftazidima),
Serratia, N. gonorrhoeae; attività
nei confronti di S. aureus,
S.pneumoniae ed
S. pyogenes e comparabile alle
OH cefalosporine di I generazione.
Attività nei confronti di
Bacteroides spp. inferiore
O a quella di cefoxitina e
Cefotetan
Stabilità betalattamasi gram
negativi: +++
Comparabile alla III
generazione ma più resistente ad
alcune beta-lattamasi
Stabilità betalattamasi gram
negativi: ++++
La resistenza alle cefalosporine può essere rapidamente indotta, durante la terapia, dalla derepressione di betalattamasi
cromosomiche che distruggono le cefalosporine; e ceftazidima non ha attività significativa sui Gram-positivi. Cefotaxima è la
cefalosporina più attiva nei confronti di S. aureus e S. pyogenes
In vitro antibacterial activity of selected oral cephalosporins (I)
MIC90
Cephalexin (I)†
Cefaclor (II)†
Cefuroxime axetil
(II)†
Strep. pyogenes
2
0.5
0.06
Strep. pneumoniae*
2
0.5
0.06
Staph. aureus**
4
4
4
H. influenzae**
8
8
0.5
N. gonorrhoea**
2
1
0.25
M. catarrhalis**
4
1
1.0
E. coli*
>16
>16
8
Klebsiella spp.**
>16
>16
2
P. mirabilis
16
1
2
Salmonella spp.
>16
16
4
Shigella spp.
>16
16
2
Organism
† generation;
*penicillin-sensitive isolates; **betalactamase-producing isolates
In vitro antibacterial activity of selected oral cephalosporins (II)
MIC90
Organism
Cephalexin (I)†
Cefaclor (II)†
Cefuroxime axetil
(II)†
E. cloacae
>32
>32
>32
M. morganii
>32
>32
>32
P. vulgaris
>32
>32
>32
P. rettgeri
>32
>32
16
P. stuarti
>32
>32
>32
Serratia spp.
>32
>32
>32
P. aeruginosa
>32
>32
>32
B. fragilis
>32
>32
>32
† generation
In vitro antibacterial activity of selected oral cephalosporin (III)
MIC90
Organism
Cefpodoxime proxetil
(III)†
Cefixime
(III)†
Ceftibuten
(III)†
Strep. pyogenes
0.06
0.25
2
Strep. pneumoniae*
0.06
0.25
4
Staph. aureus**
4
>32
>32
H. influenzae**
0.06
0.06
0.06
N. gonorrhoea**
0.06
0.06
0.004
M. catarrhalis**
0.25
0.06
2
E. coli*
0.5
0.25
0.12
Klebsiella spp.**
0.12
0.06
0.03
P. mirabilis
0.06
0.06
0.015
Salmonella spp.
0.12
0.06
0.06
Shigella spp.
0.12
0.06
0.06
† generation;
*penicillin-sensitive isolates; **betalactamase-producing isolates
In vitro antibacterial activity of selected oral cephalosporin (IV)
MIC90
Organism
Cefpodoxime proxetil
(III)†
Cefixime
(III)†
Ceftibuten
(III)†
E. cloacae
>32
>32
>32
M. morganii
8
8
2
P. vulgaris
0.12
0.25
0.03
P. rettgeri
0.03
0.06
0.06
P. stuarti
0.5
0.6
0.06
Serratia spp.
>32
>32
4
P. aeruginosa
>32
>32
>32
B. fragilis
>32
>32
>32
† generation
In vitro antibacterial activity of selected parenteral
cephalosporins*: MIC90 (g/ml)*,** (I)
Antibiotic
S.
pyogenes
S.
pneumoniae
S.
aureus
H.
influenzae
E. coli
P.
mirabilis
K.
pneumoniae
0.1
0.12
1
8
16
<2
4
Cefamandole
0.06
0.12
1
32
16
1
8
Cefuroxime
0.06
0.12
4
2
8
<2
8
Cefoxitin
0.1
2
4
4
8
8
8
Cefotetan
4
>32
16
4
0.48
0.25
0.25
Cefotaxime
0.06
0.06
4
0.06
0.12
0.12
0.12
Ceftriaxone
0.03
0.06
4
0.01
0.25
0.25
0.25
Ceftazidime
0.25
0.5
16
0.12
0.25
0.25
0.25
0.04
0.06
4
0.12
0.06
0.1
0.25
I generation
Cefazolin
II generation
III generation
IV generation
Cefepime
*Values are approximations; **Minimal inhibiting concentrations (MICs) for 90% percent of strains in g/ml.
In vitro antibacterial activity of selected parenteral
cephalosporins*: MIC90 (g/ml)*,** (II)
Antibiotic
E. cloacae
C. freundii
M.
morganii
P. aeruginosa
B. fragilis
>32
>32
>32
>32
>64
Cefamandole
>64
8
64
>32
>64
Cefuroxime
>64
>32
>32
>32
>64
Cefoxitin
>32
>32
8
>32
32
Cefotetan
64
64
4
>32
>64
Cefotaxime
>32
0.5
8
32
>64
Ceftriaxone
>64
>64
1
>32
>0.64
Ceftazidime
>16
>16
4
>16
32
2
8
0.05
16
265
I generation
Cefazolin
II generation
III generation
IV generation
Cefepime
*values are approximations; **Minimal inhibiting concentrations (MICs) for 90% percent of strain in
g/ml
Meccanismi di resistenza alle betalattamine
•
•
•
Modifica del bersaglio:
alterazione PBP con conseguente ridotta affinità: es. S. pneumoniae
penicillino-resistente per ricombinazione omologa tra geni PBP di
specie batteriche diverse; S. aureus e stafilococchi coagulasi-negativi
meticillino-resistenti per acquisizione transposonica di PBP a bassa
affinità per tutti gli antibiotici betalattamici
Riduzione della permeabilità:
riduzione del numero e delle dimensioni delle porine: es.
P. aeruginosa;
aumenta espressione di pompe di efflusso per gli antibiotici: es.
P. aeruginosa, E. coli, N. gonorrhoeae
Inattivazione enzimatica:
amidasi: meccanismo clinicamente non rilevante;
betalattamasi -cromosomiche e plasmidiche-, ovvero enzimi che
catalizzano l’idrolisi di molecole contenenti un anello betalattamico
Glicopeptidi
Vancomicina
Teicoplanina
Strutture della vancomicina e della teicoplanina
D-glucosiovancosamina
D-glucosamina
D-mannosio
TA2 – 1, 2, 3, 4 e 5 sono le componenti della miscela
caratterizzate da uno specifico acido grasso in posizione R
Daptomycin chemical structure and mechanism of action
Hypothetical steps: step 1, daptomycin binds to cytoplasmic membrane in a calcium-dependent manner;
step 2: daptomycin oligomerized, disrupting the membrane; step 3: the release of intracellular ions and rapid cell death
Steenbergen JN et al., 2005
Mechanism of action of glycopeptides on peptidoglycan synthesis
A.
Inibizione per ingombro sterico, ad opera di molecole glicopeptidiche, della reazione di transglicosilazione che lega la
catena nascente di glicano alle altre subunità della parete.
B. Inibizione, ad opera di un glicopeptide, della reazione di cross-link (catalizzata da una transpeptidasi) nella
sintesi del peptidoglicano.
L’area ombreggiata rappresenta la grandezza approssimativa di una molecola di glicopeptide
In vitro activity of vancomycin and teicoplanin (I)
Organism
MIC range (mg/L)
Vancomycin (4
mg/l)*
Teicoplanin (8
mg/l)*
Methicillin-susceptible
0.25-2
0.125-4
Methicillin-resistant
0.25-4
0.06-8
S. aureus
Vancomycin-intermediate 8
8-32
S. epidermidis
Methicillin-susceptible
0.25-2
0.03-16
Methicillin-resistant
0.5-4
0.125-16
*Limit of chemosensitivity according the National Committee for Clinical Laboratory
standard
Van Bambeke et al., 2004
In vitro activity of vancomycin and teicoplanin (II)
Organism
MIC range (mg/L)
Vancomycin (4
mg/l)*
Teicoplanin (8 mg/l)*
0.25-0.5
0.03-0.12
0.06-0.5
0.01-0.25
0.06-1
0.01-0.25
penicillin-susceptible
0.12-1
0.01-0.5
penicillin-resistant
0.25-1
0.01-0.5
b-Haemolytic streptococci
0.25-1
0.12-0.25
S. pyogenes
S. pneumoniae
penicillin-susceptible
penicillin-resistant
Viridans streptococci
*Limit of chemosensitivity according the National Committee for Clinical Laboratory
standard
Van Bambeke et al., 2004
In vitro activity of vancomycin and teicoplanin (III)
Organism
MIC range (mg/L)
Vancomycin (4 mg/l)*
Teicoplanin (8 mg/l)*
Enterococcus spp.
0.01-4
0.012-8
VanA
64256
32256
VanB
8-128
0.125-0.5
VanC
4-16
0.125-4
Bacillus spp.
0.12-1
0.12-4
Corynebacterium spp.
0.25-0.5
0.12-1
vancomycinsusceptible
*Limit of chemosensitivity according the National Committee for Clinical Laboratory
standard
Van Bambeke et al., 2004
In vitro activity of vancomycin and teicoplanin (IV)
Organism
MIC range (mg/L)
Vancomycin
(4 mg/l)*
Teicoplanin
(8 mg/l)*
Listeria spp.
0.25-2
0.06-0.25
Clostridium difficile
0.5-4
0.064-0.5
0.025-4
0.064-4
Clostridium perfringens
Haemophilus
influenzae
16
*Limit of chemosensitivity according the National Committee for Clinical Laboratory
standard
Van Bambeke et al., 2004
Percentage of nosocomial enterococci reported as resistant to
vancomycin isolated from infections in patients in intensive-care units
(ICUs ) and non- ICUs, by year. From 1989 to 1992, N > 1000 isolates for
each year; for first quarter 1993, N= 291 isolates. National Nosocomial
Infectious Surveillance system, 1989 to March 31, 1993 (p<0.0001, chisquare test for linear trend).
15
Percent
12
ICUs
Non-ICUs
9
6
3
0
1989
1990
1991
1992
1993
Glycopeptide resistance in enterococci
Resistance
Acquired
Intrinsic
Phenotype
VanA
VanB
VanD
VanE
VanC
Vancomycin
64-1000
4-1000
64-128
16
2-32
Teicoplanin
16-512
0.5-1
4-64
0.5
0.5-1
Expression
Inducible*
Inducible**
constitutive
Inducible**
Location
Plasmid/
chromosome
E. faecium
E. Faecalis
E. avium
E. durans
E. hirae
E. mundii
E. raffinosus
E. gallinarum
E. casseliflavus
D-Ala-D-Lac
Chromosom
e/plasmid
chromosom
e
?
Constitutive/
inducible
chromosome
E. faecalis
E. faecium
E. bovis
E. faecium
E. faecalis
E. gallinarum
E. casseliflavus
E. flavescens
D-Ala-D-Lac
D-Ala-D-Lac
D-Ala-D-Ser
D-Ala-D-Ser
MIC (mg/L)
Species
Modified target
* by vancomycin and teicoplanin; ** by vancomycin
From Bambeke et al., 2004;
Golizadeh & Courvalin, 2000
Effetti collaterali dei glicopeptidi
Frequenza
Tipo
Vancomicina
Teicoplanina
Tromboflebite
+++
++
Nefrotossicità
+++
-
Rash cutaneo
++
++
Neutropenia
++
++
Ototossicità
+
-
+++
-
Disturbi gastrointestinali
-
++
Epatotossicità
-
++
Sindrome “red man”
+++ = 5 - 10%; ++ = 2 - 4,9%; + = < 2; - = assente
Properties of an ideal glycopeptides
MICROBIOLOGICAL PROPERTIES
• High intrinsic activity against Gram-positive organisms, including
methicillin-resistant S. aureus, vancomycin-resistant enterococci and
glycopeptide-resistant S. aureus
PHARMACODYNAMIC PROPERTIES
• Rapid and concentration-dependent bactericidal activity
• PHARMACOKINETIC PROPERTIES
• Area under the concentration/time curve and peak plasma
concentration for free fraction adequate to cover minimum inhibitory
concentration of target pathogens
• Prolonged half-life (once daily administration)
• High diffusibility in tissues, including in the CNS
SAFETY PROFILE
• Lower incidence of adverse effects than current molecules
Van Bambeke et al., 2004
Antibiotici che agiscono sulla membrana citoplasmatica:
le polimixine
Le polimixine sono un gruppo di antibiotici 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 eccanismo d’azione è
abbastanza peculiare in quanto sono antibiotici che
agiscono in maniera analoga ai disinfettanti, provocando,
cioè, l’alterazione di strutture cellulari piuttosto che
inibendo 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.
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.
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 ribosomiali. Poiché i
ribosomi batterici sono significativamente
diversi dai ribosomi delle cellule eucariotiche,
tutti gli antibiotici che interagiscono con le
subunità ribosomiali sono abbastanza selettivi
per poter essere impiegati nella terapia
antibatterica.
Antibiotici attivi sulla sintesi proteica
legandosi ai ribosomi
inibitori della subunità 30 S
aminoglucosidi, tetracicline
inibitori della subunità 50 S
cloramfenicolo, macrolidi,
ketolidi, lincosamidi,
ac. fusidico, streptogramine
Bersagli ribosomiali di antibiotici
RIBOSOMA 70S
(procariotico)
30 S
RIBOSOMA 80S
(eucariotico)
TETRACICLINE
AMINOGLUCOSIDI
40 S
CLORAMFENICOLO
50 S
ERITROMICINA
CICLOEXIMIDE*
PUROMICINA*
* reattivi di laboratorio (tossicità)
60 S
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.
Mentre la maggior parte degli inibitori della sintesi proteica
microbica è batteriostatica, gli aminoglicosidi sono battericidi.
Questa classe di antibiotici è oggi poco utilizzata, sia perché
causa di numerosi effetti collaterali che per la frequente comparsa
di resistenza batterica.
Aminoglicosidi
Gli aminoglicosidi agiscono legandosi irreversibilmente alla
subunità ribosomiale 30 S e bloccando, di conseguenza,
la sintesi proteica.
Questi antibiotici determinano anche un’alterata lettura
dell’mRNA portando all’incorporazione di aminoacidi errati
e causando, quindi, la produzione di proteine anomale o
non funzionali.
Per questa sua azione la streptomicina è in grado di
sopprimere alcune mutazioni che di per sé sarebbero letali
per il batterio, il quale può, pertanto, replicarsi solo in
presenza di streptomicina (streptomicino-dipendenza).
Sembra esservi una stretta correlazione tra attività
battericida e capacità di indurre un’errata lettura
dell’mRNA.
Principali aminoglucosidi
Streptomicina
Neomicina
Kanamicina
Gentamicina
Tobramicina
Amikacina
Netilmicina
Aminoglycosides
In vitro activity (MIC90, mg/l)
Pathogen
Amikacin
Tobramycin
Netilmicin
2.0 - 4.0
1.0 - 3.12
0.5 - 1.56
E. cloacae
2
1
0.5
P. aeruginosa
8
4
8
MSSA
4
0.5
0.5
E. faecalis
64
32
8
E. coli
Kurz T.O. et al., 1980; Thornsberry C. et al., 1980, 1981; Novelli A. & Periti P., 1994
Patogenesi dell’ototossicità da
aminoglucosidi
•
Accumulo nei liquidi dell’orecchio interno con distruzione cellule
capellute cocleari e vestibolari
•
Antagonismo con calcio e blocco dei canali del calcio (tossicità acuta);
metabolita citotossico della gentamicina (tossicità cronica; protezione
da parte di antiossidanti e glutatione)
•
Mutazione DNA mitocondriale, con disfunzione di mitocondri
nell’orecchio interno (insufficienza pompa ionica e squilibrio livelli K+,
Na+, Ca++ diminuzione riserva glutatione)
•
Fattori rischio: alte dosi giornaliere e totali, lunga durata, elevate
concentrazioni sieriche, insufficienza renale, età avanzata, terapia
concomitante con altri farmaci ototossici, febbre, disidratazione,
setticemia, esposizione rumore, infezioni concomitanti all’orecchio,
familiarità
Patogenesi della nefrotossicità da
aminoglucosidi
• Incorporazione e accumulo nelle cellule del tubo contorto
prossimale, prevalentemente all’interno dei lisosomi che
vengono così danneggiati
• Aumentata produzione di idrossiradicali
• Aumento della fosfolipidosi corticale renale
• Inibizione della Na+ - K+ - ATPasi
• Aumento del tromboxano A2 e prostaglandine
• Diminuzione sintesi proteine microsomiali nelle cellule del tubulo
renale
• Danni mitocondriali
• Fattori vascolari: attivazione del sistema renina-angiotensina
Aminoglucosidi
Indicazioni
Infezioni respiratorie (da batteri Gram-negativi)
Infezioni urinarie
Sepsi da batteri Gram-negativi
Infezioni intraddominali
Complicanze infettive secondarie ad intervento
chirurgico
Infezioni dei vari organi e apparati da batteri
Gram-negativi
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 e bloccando la formazione del polisoma.
Tetracicline
Le
tetracicline
sono
dotate
di
azione
batteriostatica nei confronti di batteri sia Grampositivi, sia Gram-negativi (la dizione “antibiotici
ad ampio spettro” è stata usata per la prima volta
nei loro riguardi), largamente utilizzati in campo
medico ed in alcuni Paesi sono anche impiegati
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.
Principali tetracicline
Clortetraciclina (aureomicina)
Ossitetraciclina
Tetraciclina
Doxiciclina
Minociclina
Chemical structures of selected tetracyclines and
glycylcyclines
Chlortetracycline (1945)
Doxycycline (1967)
Tetracycline (1953)
Minocycline (1972)
Tigecycline (GAR-936) (1993)
Spettro antibatterico delle tetracicline
AEROBI
Cocchi Gram+
Bacilli Gram+
Cocchi GramBacilli GramEnterobacteriaceae
altri Gram- fermentanti
altri Gram- non fermentanti
Staphylococcus sp, Streptococcus sp
B. antracis, C. diphteriae, L. monocytogenes, A. israeli
N. gonorrhoeae, N. mengitidis
Salmonella sp, Shigella sp, Yersinia sp
H. influenzae, F. tularensis, P. multocida, V. cholerae
B. pertussis, Br. melitensis, Ps. mallei, Ps. pseudomallei
ALTRI MICRORGANISMI
Spirochaetaceae
Rickettsiaceae
Chlamydiaceae
Mycoplasmataceae
T. pallidum, T. pertenue, B. recurrentis
Coxiella, Rickettsia
Chlamydia
M. pneumoniae, U. urealyticum
ANAEROBI
Cocchi Gram+
Bacilli Gram+
Peptococcus sp, Peptostreptococcus sp
Propionibacterium sp, Cl. perfringes
TETRACYCLINES
Mean MIC values
Organism
Gram-positive bacteria
S. pyogenes
S. pyogenes (group A)
S. pneumoniae
S. viridans sp.
S. faecalis (enterococcus, group
D)
Gram-negative bacteria
E. coli
Enterobacter
Klebsiella
Serratia
P. mirabilis
N. gonorrhoeae
N. meningitidis
H. influenzae
Mycoplasma and chlamydia
M. pneumoniae
U. urealyticum
Chlamydia
Legionella, L. pneumophila
Zhanel GG et al., Drugs, 2004
Tetracycline
(mg/l)
Doxycycline
(mg/l)
Minocycline (mg/l)
3.1
0.78
0.8
3.1
> 64
1.6
0.39
0.2
0.39
≥ 16
0.78
0.39
0.2
0.39
≥ 32
12.5
25
50
200
> 100
0.78
0.8
1.6
12.5
25
50
50
> 100
0.39
1.6
1.6
6.3
12.5
25
25
> 100
0.39
1.6
1.6
1.6
0.4
0.6
5.2
1.6
0.1
0.06
1.0
1.6
0.13
0.02
0.43
Resistance to tetracyclines
• Plasmid or transposon-encoded efflux systems
(tet-efflux proteins: classes A – E in enteric, K – L
in Gram-positive bacteria)
• Plasmid or transposon-encoded ribosomal
protection factors (tet M and tet O)
Principali effetti tossici delle tetracicline
BERSAGLIO
TIPO
Apparato
gastrointestinale
Fegato
Neusea, vomito, diarrea, stomatite, glossite, proctite
Rene
Cute
> azotemia, sindrome di Fanconi, diabete insipido
nefrogenico
Fototossicità, onicolisi, rash
Denti
Colorazione, disgenesie
Ossa
Diminuzione temporanea accrescimento
Sangue
Anemia, neutropenia, eosinofilia, ritardata
coagulazione
Effetti catabolici
Metabolismo
Superinfezioni
Allergia
Vari
Tossicità letale
Candida, stafilococchi resistenti e batteri Gramnegativi
Rash, orticaria, reazioni anafilattiche, edema
angioneurotico
> pressione endocranica, vertigini (minociclina)
Tetracyclines: clinical uses
Preferred
Alternative
Acne vulgaris
Bartonellosis
Borreliosis (relapsing fever)
Chlamydia
Cholera
Lymophogranuloma inguinale
Mieloidosis
M. pneumoniae
Psittacosis
Plague
Rickettsial infections
Tularemia
Amebiasis
Anthrax
Legionellosi
L. monocytogenes
Typhoid fever
Cloramfenicolo
Il cloramfenicolo inibisce la sintesi proteica
legandosi alla subunità 50S in corrispondenza del
sito peptidiltransferasico inibendo la formazione del
legame peptidico.
Tuttavia 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, quali le cellule staminali del midollo
osseo.
Lincosamidi
I lincosamidi sono antibiotici
batteriostatici con un meccanismo e
spettro d’azione simile a quello dei
macrolidi, pur avendo una struttura
chimica molto diversa.
Macrolidi
I macrolidi (eritromicina, roxitromicina, claritromicina,
spiramicina, etc.) inibiscono la sintesi proteica legandosi
reversibilmente alla subunità ribosomale 50S.
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.
Bersaglio: inibizione sintesi proteica
Spettro d’azione antimicrobica dei macrolidi
AEROBI
Cocchi Gram-positivi
S.aureus, S. pyogenes, S.pneumoniae
Bacilli Gram-positivi
L. monocytogenes, Gardnerella vaginalis, B. antracis
Cocchi Gram-negativi
Neisseria sp., Moraxella catharralis
Bacilli Gram-negativi
H. influenzae, L. pneumophila, Br. melitensis,
B. pertussis
Altri microrganismi
M. pneumoniae, Chlamidia, Rickettsia, T. pallidum,
T. gondii, M. avium
ANAEROBI
Cocchi Gram-positivi
Peptococcus sp., Peptostreptococcus sp.
Bacilli Gram-positivi
Clostridium sp.
Bacilli Gram-negativi
Campylobacter sp.
Resistenza ai macrolidi
• Modifica del target (rRNA metilasi)
– Geni ermB che conferiscono alto
livello
di resistenza costitutiva (C) o
inducibile (I)
(MIC = >128 mg/l)
• Efflusso attivo (mefA, M)
– Basso livello di resistenza (MIC = >1)
Telitromicina: meccanismo d’azione
“Doppio sito d’attacco ribosomiale”
Farmacocinetica dei macrolidi
(40 - 80% della dose)
(3 - 40% della dose)
Indicazione dei Macrolidi
•
•
•
•
•
•
•
Infezioni delle basse vie respiratorie
Infezioni delle alte vie respiratorie
Infezioni cutanee
Infezioni odontoiatriche
Infezioni da Helicobacter pyloris
Infezioni sesso-trasmesse
Diarrea da Campylobacter
CHETOLIDI
Eritromicina A
Telitromicina
Cetromicina
(ABT-773)
MACROLIDI
Telitromicina- Relazione struttura attività
Catena laterale11
C-C12
 Aumento dell’attività



di legame per ribosomi
i
Aumento della
O
O
R
9
11
potenza
N
12
antibatterica
Superamento
O
della resistenza
O
MLSB e da efflusso
3
Migliore penetrazione O
intracellulare
 Farmacocinetica
 Tollerabilità
OCH3
6
O – D-desosamina
O
Funzione 3keto
 Stabilità in ambiente acido
Gram+
 Attività su cocchi
erm-positivi
 Non induzione di resistenze MLS
B
Bryskier, Clin Infect Dis
, 1998;27:865-83
Telitromicina
Meccanismi di resistenza di efflusso
Eritromicina A
Telitromicina
Legame
del
Induzione + farmaco
Produzione
Gene (mef, mre,
msr)
Alta affinità
Pompa
di
efflusso
Eritromicina A
Claritromicina
Azitromicina
Alta
eliminazione
Resistenza
all’eritromicina A
Membrana
batterica
Telitromicina
Bassa affinità
Bassa
eliminazione
Telitromicina mantiene
l’attività
PROFILO DI TELITROMICINA
• Primo ketolide specificamente disegnato per la terapia
antibatterica delle infezioni respiratorie acquisite in comunità
indicato alla dose singola di 800mg/die x 5 gg. nella:
– RIACUTIZZAZIONE BRONCHITE CRONICA
– FARINGO-TONSILLITE
– SINUSITE
– POLMONITE (7-10 gg.)
• Registrazione centralizzata EMEA ottenuta nel 2001 (KETEK®)
• Ad oggi > 3 milioni di pazienti trattati in Francia, Germania,
Italia, Spagna, Belgio; Messico e Brasile *
Acido fusidico
L’acido fusidico è un antibioico steroideo che
esplica la sua azione di tipo batteriostatico
interagendo con il fattore extraribosomiale G
(EF-G) necessario per il processo di
allungamento della catena polipeptidica.
In presenza di acido fusidico si ha la
stabilizzazione
del
complesso
EFG/GTP/ribosoma,
con
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.
Inibitori della sintesi degli acidi nucleici
Inibitori della sintesi dei precursori
sulfonamidi
trimetoprim
Inibitori della RNA polimerasi batterica
rifampicina
Inibitori della replicazione del DNA
chinoloni
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 della vitamina acido folico. La sulfanilamide
compete con l’acido p-aminobenzoico 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.
Bersagli delle
sulfonamidi e del
trimetroprim
Chemiosensibilità ai sulfamidici
++++
Streptococchi*
Pneumococchi*
Meningococco*
H. influenzae*
Shigelle*
V. colerigeno
B. dell’antrace*
C. difterico*
++
Stafilococchi
E. coli*
Gonococco
+/Proteus (ind. pos. e
neg.)
Pseudomonas
Klebsielle
A. aerogenes
Salmonelle
M. leprae
Mycobacterium tbc
* specie oggi in realtà resistenti in elevata percentuale dei ceppi di comune isolamento
Sulfamidici
Tossicità
•
Disturbi del tratto gastrointestinale
• Anoressia, nausea, vomito, diarrea (1-2%)
• Epatite (<0,1%)
•
Disturbi del tratto urinario (rari)
• Cristalluria
•
Disordini del sistema emopoietico (0,1-0,05%)
• Anemia emolitica acuta, anemia aplastica, agranulocitosi,
trombocitopenia, leucopenia
•
Disturbi neuropsichiatrici
• Cefalea, depressione
•
Iper-reattività ritardata ed immediata*
• Necrosi tubulare, nefrite interstiziale, angite necrosante
• Eritema nodoso, eritema multiforme (compresa Sindrome di
Steven-Johnson), vasculite (simil-periarterite nodosa),
anafilassi
•
Ittero nucleare
* 1-2% con i sulfamidici a lunga azione
Principali indicazioni dei sulfamidici
Oggi non più usati da soli in Italia
•
•
•
•
•
•
•
•
Infezioni urinarie*
Dissenteria bacillare
Meningite meningococcica
Nocardiosi
Actinomicosi
Tracoma e congiuntivite da inclusi
Toxoplasmosi**
Malattia di Duhring (sulfapiridina)
* limitatamente al tratto inferiore (cistiti)
** in associazione alla pirimetamina
COTRIMOXAZOLO
• Combinazione precostituita a dose fissa
(5:1) fra Sulfametossazolo e Trimetoprim
– mg 400:80/800:160 per os
– mg 800:160 intramuscolo*
– mg 400:80 endovena*
* preparazioni non interscambiabili
COTRIMOXAZOLO
• RAZIONALITA’
• Sinergismo con potenziamento*
• Somiglianza farmacocinetica
• Spettro di azione sovrapponibile
* solo in vitro e per concentrazioni sub-inibenti dei due costituenti
Blocco sequenziale dei sulfamidici e diaminopirimidine
(trimetoprim) nella neosintesi dei coenzimi folici
Guanosina monofosfato
Diidroneopterina trifosfato
Idrossimetildiidropterina
X PABA
DIIDROPTEROATO
SINTETASI
SULFAMIDICI
Acido diidropteroico
Acido diidrofolico
DIIDROFOLATO
RIDUTTASI
X
TRIMETOPRIM
Acido tetraidrofolico
PURINE
TIMIDINA
METIONINA
tRNA
Spettro di azione delle diaminopirimidine antibatteriche
(Trimetoprim e Tetroxoprim)*
Specie batterica
CHEMIOSENSIBILE
CHEMIORESISTENT
E
E. coli*
Klebsiella
Enterobacter**
Salmonella**
P. vulgaris
P. morganii
S. faecalis**
S. aureus**
S. viridans
S. pneumoniae
H. influenzae
Shigella
P. aeruginosa
P. rettgeri
P. mirabilis
Neisseria
S. marcescens
* il Tetroxoprim è da 2 ad 8 volte meno attivo del Trimetoprim
** particolarmente chemiosensibile
Cotrimoxazolo
Indicazioni
•
INFEZIONI URINARIE
–
•
INFEZIONI RESPIRATORIE
–
•
salmonellosi
shigellosi
prevenzione della diarrea del turista
colera
INFEZIONI SESSO-TRASMESSE
–
•
bronchite, polmonite, sinusite, otite, polmonite da P. carinii*
INFEZIONI GASTROINTESTINALI
–
–
–
–
•
cistite, pielonefrite, prostatite
Linfogranuloma venereo, cancroide, uretrite non gonococcica (C. trachomatis)
PROFILASSI DELLA BATTERIEMIA DA GRAM-NEGATIVI NEL PAZIENTE
NEUTROPENICO
* 4 volte la dose giornaliera usuale
Linezolid
(U-100766)
O
O
O
N
N
O
C
N
H
F
CH3
(S)-N-[[3-[3-Fluoro-4-(4-morpholinyl)phenyl]-2-oxo-5-oxazolidinyl] methyl]-acetamide
C16H20FN3O4
MW 337.35
Linezolid
Meccanismo d’azione
Linezolid (PNU-100766)
Fattori di
iniziazione
30S
30S &
mRNA
70S
Complesso
Iniziale
mRNA
50S
Terminazion
e
Peptidi
Puromicina
fMet-tRNA
Ciclo di
prolungamento
Lincosamidi
Macrolidi
Tetracicline
Cloramfenicolo
Aminoglucosidi
Pristinamicine
Fattori di
prolungament
o
Acido fusidico
Attività in vitro di Linezolid e Quinupristina-Dalfopristina
Quinupristina - Dalfopristina
Streptogramina B
Streptogramina A
RP 57669
Quinupristina
30%
RP 54476
Dalfopristina
70
%
Attività in vitro di Linezolid e Quinupristina-Dalfopristina
Inibizione della sintesi di RNA:
le rifampicine
Le rifampicine sono un gruppo di antibiotici
isolati in Italia, dalle colture di Nocardia
mediterranea,
che
agiscono
legandosi
direttamente alla subunità β dell’RNA polimerasi
batterica che rendono non funzionale.
Le rifampicine sono attive nei confronti dei
batteri Gram-positivi e Gram-negativi, e in
particolare nei confronti del micobatterio
tubercolare per le cui infezioni rappresentano
uno dei farmaci di elezione.
Rifampicina
Inibisce l’azione della RNA
polimerasi batterica.
Infatti l’enzima, impedendo la
formazione di RNA messaggero e
quindi la sintesi proteica, blocca
la trascrizione del DNA.
Chinoloni
2° generazione
3 ° generazione
Acido Nalidixico
Norfloxacina
Levofloxacina
Cinoxacina
Enoxacina
Clinafloxacina
Acido Oxolinico
Pefloxacina
Sparfloxacina
Acido Pipemidico
Ciprofloxacina
Grepafloxacina
Acido Piromidico
Ofloxacina
Trovafloxacina
Lomefloxacina
Moxifloxacina
Fleroxacina
Gatifloxacina
1° generazione
Gemifloxacina
Fluorochinoloni
Struttura chimica
Ciprofloxacina
Levofloxacina
Grepafloxacina
Moxifloxacina
Trovafloxacina
Gemifloxacina
Fluorochinoloni
Interazioni con il DNA
chinolone
Fluorochinoloni di terza generazione
Meccanismo d’azione
DNA girasi
enzima responsabile
del superavvolgimento
negativo del DNA
Topoisomerasi IV
enzima responsabile
della separazione delle
doppie eliche del DNA
1º bersaglio
nei Gram-positivi
1º bersaglio
nei Gram-negativi
Relazione struttura/attività antibatterica
dei chinoloni
Controls potency.
Adds Gram-positive Essential for gyrase binding and
bacterial transport.
activity
No modifications possible
Controls gyrase
and bacterial
potency
Controls potency,
spectrum and
pharmacokinetics
Controls
pharmacokinetics
and anaerobe activity
Da J.M. Domagala, JAC, 1994, modificata
Close to gyrase binding
site. H is optimal. Small
rings to R
1 or C3 acid
are active
Controls potency.
Some effect on pharmacokinetics
for activity
Attivita’ dei fluorochinoloni verso specie
Gram-negative
MIC 90 (mg/l)
Specie
Ciprofloxacina Levofloxacina Grepafloxacina Moxifloxacina
 0.06
0.03
0.12
0.25
0.06 - 0.5
0.06 - 1
0.5 - 1
0.06 - 0.12
0.12 - 0.25
0.12
0.5 - 1
0.12 - 0.5
0.12
0.25 - 0.5
0.25
0.25 - 16
1-8
Shigella spp
0.01 - 0.03
0.12
0.03
1-2
0.05 - 0.5
Salmonella spp
0.01 - 0.06
0.12
0.12
0.12 - 0.5
Proteus spp
0.06 - 1
0.25 - 1
0.25
2-4
P. aeruginosa
0.25 - 1
4-8
1-4
4 - >32
Haemophilus spp
0.03
-
0.06 - 0.12
0.03 - 0.125
Neisseria spp
0.008
0.008 - 0.1
0.008
0.03 - 0.125
M. catarrhalis
0.01 - 0.03
0.03
0.03 - 0.125
E.coli
K. pneumoniae
Enterobacter spp
Citrobacter spp
Serratia marcescens
Neiss
0.06
0.03 - 0.12
0.06
Attivita’ dei fluorochinoloni verso specie
Gram-positive
MIC90 (mg/l)
Specie
S. aureus
S. pyogenes
S. pneumoniae
E. faecalis
E. faecium
Ciprofloxacina
0.5
0.5 - 1
1-2
2
4
Levofloxacina
0.25
1
2
2
4
Moxifloxacina
0.06 - 0.12
0.06 - 0.25
0.06 - 0.25
0.25 - 8
1-4
FLUOROCHINOLONI
MECCANISMI DI RESISTENZA
• alterazioni della DNA girasi
(subunità GyrA e GyrB)
• alterazioni di altre topoisomerasi
• riduzione della permeabilità
(alterazione di porine della membrana esterna,
ad es. Ompf eo C)
• aumento dell'efflusso di farmaco
(superespressione dei sistemi di efflusso)
ATTIVITA’ DEGLI
ANTIBIOTICI CONCENTRAZIONE-
TEMPODIPENDENTE
Betalattamine
Glicopeptidi
Lincosamidi
Macrolidi Naturali
DIPENDENTE
Aminoglucosidi
Fluorochinoloni
Metronidazolo
Claritromicina
Azitromicina
PK-PD correlazione
T > MIC
AUC/MIC
Cmax/MIC
Fluorochinoloni
Rapporti struttura-effetti collaterali
Fototossicità
Chelazione e legame
Ca++, Fe++, Zn++
GABA, FANS (max)
pip >> pyrr > mod pip or pyrr
Metilxantine
pyrr > pip
FANS (min) e
fototossicità
Metilxantine
Incidenza media degli effetti indesiderati dei
fluorochinoloni per via orale
TIPO DELL’EFFETTO
INCIDENZA (%) EFFETTI GRAVI (%)
GASTROINTESTINALE
2,5 - 5
(Nausea/vomito, dispepsia,
gastralgia, dolori addominali, diarrea)
0,1 - 0,3
DISORDINI METABOLICI E
3 - 4,5
NUTRIZIONALI
(Aumento transaminasi, anoressia)
0,02 - 0,04
NEUROLOGICI
0,5 - 1,5
(Cefalea, vertigini, insonnia,
sonnolenza, variazioni dell’umore,
reazioni psicotiche, allucinazioni,
euforia, astenia, turbe della visione,
convulsioni)
0,05 - 0,09
REAZIONI CUTANEE E DA
SENSIBILIZZAZONE
(Rash, eritema, orticaria, prurito,
fotosensibilizzazione, febbre da
farmaco, anafilassi)
0,03 - 0,06
0,6 - 1,5
(1) = da indurre la sospensione del trattamento
Incidenza media degli effetti indesiderati dei
fluorochinoloni per via orale
TIPO DELL’EFFETTO
INCIDENZA (%) EFFETTI GRAVI (%)
OSTEOMUSCOLARI
(Artralgia, mialgia)
0,9
—
EMATOLOGICI
(Leucopenia, trombocitopenia)
0,5 - 0,9
0,005 - 0,01
CARDIOVASCOLARI
(Flebiti, vampate di calore,
palpitazioni)
0,2 - 0,4
0,02 - 0,0
UROGENITALI
(Albuminuria, cristalluria)
0,1 - 0,3
—
SENSORIALI
(Turbe del gusto, turbe dell’olfatto)
0,2
—
RESPIRATORI
(Dispnea)
0,1
—
(1) Da indurre la sospensione del trattamento
Impiego clinico dei fluorochinoloni
TIPO DI INFEZIONE
INDICAZIONE (farmaco comprovato)
Infezioni urinarie
cistite (1)
prostatiche
pielonefrite
sì (tutti ad esclusione della terza generazione)
Infezioni respiratorie
faringite
otite media
otite necrotizzante
(P. aeruginosa)
bronchite
polmonite
fibrosi cistica
no (efficaci i derivati di terza generazione)
no (efficaci i derivati di terza generazione)
sì (ciprofloxacina)
si (derivati di terza generazione)
sì (derivati di terza generazione)
sì (ciprofloxacina)
Infezioni dermatologiche
piodermiti
celluliti
ulcere da decubito
si (derivati di terza generazione)
si (derivati di terza generazione)
sì (ciprofloxacina, ofloxacina)
no = uso non appropriato; sì = efficaci
(1) Meglio ricorrere ad un chinolonico di 1° generazione
Impiego clinico dei fluorochinoloni
TIPO DI INFEZIONE
INDICAZIONE
(farmaco comprovato)
Infezioni intestinali
enterocolite
febbre tifoide
sì (tutti)
sì (ciprofloxacina, ofloxacina,
pefloxacina)
Infezioni sesso-trasmesse
gonorrea
uretriti aspecifiche
(clamidie, micoplasmi)
cancroide
sì (norfloxacina, ciprofloxacina,
ofloxacina)
sì (ciprofloxacina, ofloxacina)
sì (tutti)
Infezioni ostetrico-ginecologiche sì (tutti)
no = uso non appropriato; sì = efficaci
Impiego clinico dei fluorochinoloni
TIPO DI INFEZIONE
INDICAZIONE
(farmaco comprovato)
Osteomieliti
ematogene
(età pediatrica)
croniche
no
sì (ciprofloxacina,
ofloxacina, pefloxacina)
Chemioprofilassi
portatori sani (neisserie)
sì (ciprofloxacina)
infezioni urinarie non complicate
recidivanti ospite immunosì (norfloxacina,
compromesso
)
ciprofloxacina, ofloxacina
strumentazione invasiva della via
urinaria
sì (norfloxacina, ofloxacina,
a breve termine in chirurgia
pefloxacina)
no = uso non appropriato; sì = efficaci
Principali chemioterapici antitubercolari
Prima scelta
Rifampicina, battericida
Isoniazide (idrazide dell’acido isonicotinico), battericida
Etambutolo, batteriostatico
Streptomicina, battericida (attualmente poco usata,
tossica)
Seconda scelta
PAS (acido para-aminosalicilico), batteriostatico
Amikacina, battericida
Principali chemioterapici anti-micobatteri
atipici, specialmente MAC
• Rifabutina
• Amikacina
• Ciprofloxacina
• Sparfloxacina
• Claritromicina (non attiva su M. tuberculosis)
• Azitromicina (attiva su M. avium complex)
Principali chemioterapici nella terapia
delle infezioni da M. leprae
Solfoni (dapsone)
Rifampicina
Tiambutosina
Claritromicina
La resistenza agli antibiotici
…..Il fenomeno della
resistenza agli antibiotici,
lungi dal regredire, continua
la sua rotta di diffusione in
tutti i patogeni delle
infezioni COMUNITARIE e
NOSOCOMIALI…..
Il basso livello di
colonizzazione con ceppi
resistenti dovrebbe divenire un
obiettivo
di pubblica sanità, così come
avere normali valori pressori e
bassi livelli di colesterolo
Rilevanza clinica del fenomeno della
resistenza batterica e conseguenze
• Visite addizionali da parte del medico
• Ulteriori test diagnostici
• Ospedalizzazione
• Prolungata assenza dal lavoro
• Costi aumentati
• Impatto sulla qualità di vita
ANTIBIOTICO 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 o,
operativamente, 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
RESISTENZA CROMOSOMICA
Ø Costituisce solo il 10-15% di tutte le resistenze acquisite (bassa frequenza di
insorgenza)
Ø Si realizza tramite un’alterazione mutazionale spontanea dell’informazione
genetica cromosomica
Ø L’antibiotico esercita un’azione selettiva (seleziona i mutanti resistenti,
inibendo le cellule sensibili)
Ø Gli stessi mutanti possono essere resistenti anche ad altri antibiotici con
caratteristiche simili (resistenza crociata o crossresistenza)
Ø Si trasmette verticalmente tramite la discendenza (da cellula madre a cellula
figlia)
Può essere:
Ø one-step: è sufficiente una sola mutazione per conferire un elevato grado di
resistenza (es. rifamicine, chinoloni)
Ø multi-step: sono necessarie più mutazioni perché possa instaurarsi (es. βlattamine, macrolidi, cloramfenicolo)
RESISTENZA EXTRACROMOSOMICA
Ø Costituisce il 90% di tutte le resistenze (alta frequenza di
insorgenza)
Ø 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
Ø Riguarda più antibiotici contemporaneamente (resistenza
multipla)
Ø E’ a trasmissione orizzontale (tramite lo scambio genetico)
Ø Può essere trasferita anche a microrganismi appartenente
a specie differenti (resistenza contagiosa)
Ø E’ dovuta a geni presenti su plasmidi o trasposoni
(elementi genici mobili)
MECCANISMI DI CHEMIORESISTENZA
BATTERICA
• MODIFICA DEL BERSAGLIO
•
•
•
•
•
Betalattamine
Macrolidi
Cotrimoxazolo
Glicopeptidi
Fluorochinoloni
• RIDOTTA PERMEABILITA’ (porine, efflusso)
•
•
•
•
•
•
Fluorochinoloni
Betalattamine
Macrolidi
Tetracicline
Aminoglucosidi
Cotrimoxazolo
• INATTIVAZIONE ENZIMATICA
• Betalattamine
• Aminoglucosidi
• Macrolidi
Nei confronti degli
enterococchi VRE la
resistenza è
codificata da un
trasposone che
contiene un
complesso di 9 geni
che trasformano
l’ultima alanina della
catena peptidica in
lattato impedendo il
legame
dell’antibiotico.
Studio dell’efficacia degli antibiotici
Uno dei test più importanti che viene
comunemente eseguito nel laboratorio di
microbiologia clinica è la determinazione
dell’efficacia antimicrobica di un farmaco nei
confronti di specifici patogeni. Nella pratica clinica
questo tipo di test, essenziale per una corretta
terapia, permette di vedere quali siano i farmaci
più efficaci nei confronti di un certo
microrganismo patogeno e fornisce, inoltre, una
stima della dose terapeutica più opportuna per la
cura della malattia infettiva.
Metodo delle diluizioni progressive
Nei test di sensibilità mediante diluizione la sensibilità del
microrganismo viene valutata in base alla sua crescita o meno
in un terreno di coltura - che può essere solido o liquido contenente diverse concentrazioni dell'antibiotico. Questo
metodo è quantitativo e consente di determinare
accuratamente oltre alla MIC anche la MBC (Minimal
Bactericidal
Concentration),
ovvero
la
più
bassa
concentrazione di antibiotico in grado di distruggere la totalità
dei batteri. Il metodo è valido e preciso, ma purtroppo anche
costoso e di lunga attuazione, per cui l'impiego è limitato a
pochi casi:
• trattamenti di affezioni molto serie in cui sia necessario
valutare la MBC per determinare il dosaggio dell'antibiotico
(es. nelle endocarditi batteriche o osteomieliti);
• valutazione della sensibilità di microrganismi a lenta crescita
(es. micobatteri e actinomiceti);
TEST DI DILUIZIONE
Nel test di diluizione in brodo di coltura si prepara una serie di provette di
terreno contenenti diverse concentrazioni di antibiotico, e le si inoculano
con quantità convenzionali dell’organismo da testare.
La concentrazione più bassa di antibiotico che porta ad assenza di crescita
dopo 16-20 ore di incubazione è la MIC.
E’ invece possibile calcolare la MBC se le provette che non presentano
crescita sono sottoposte a subcultura in terreno fresco privo di antibiotico:
la concentrazione più bassa di antibiotico alla quale il microrganismo non è
in grado di crescere quando viene trasferito in terreno fresco equivale alla
MBC.
Il metodo di diluizione su agar è molto simile al test di diluizione in brodo di
coltura: piastre contenenti quantità variabili di antibiotico si inoculano e,
quindi, viene valutata la crescita.
MIC e MBC
Il metodo più corretto per determinare l’efficacia di
un antibiotico nei confronti di un microrganismo
consiste nello stabilire, per ogni farmaco
antibatterico, la concentrazione minima inibente
(MIC) e la concentrazione minima battericida
(MBC).
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.
Determinazione della Minima Concentrazione
Inibente (MIC) e della Minima Concentrazione
Battericida (MBC) di un antibiotico
MBC
Determinazione della Minima Concentrazione Inibente (MIC) e
della Minima Concentrazione Battericida (MBC) di un antibiotico
La Minimum Inhibitory Concentration (MIC)
indica una inibizione della crescita e non che
il batterio venga ucciso (sebbene in pratica
una lunga inibizione della crescita conduca
alla eliminazione del batterio attraverso le
difese immunitarie dell’ospite.
La Minimum Bactericidal Concentration
(MBC) è generalmente superiore (2-4
volte) la MIC.
Dato che comporta la semina del brodo
su agar, il test ha delle limitazioni per il
tempo che si perde e i costi.
Antibiogramma
Test per la determinazione della sensibilità
batterica ai farmaci antibatterici
Le varie tecniche per eseguire questo tipo di
test sono sostanzialmente riconducibili a due
metodi principali:
• Metodo dei dischetti di diffusione
• Test di diluizione in agar o brodo
Metodo dei dischetti di diffusione
Nel metodo dei dischetti di diffusione il microrganismo in
esame viene coltivato su piastre di agar in presenza di
antibiotici contenuti in dischi: se il microrganismo cresce
normalmente significa che è resistente, se invece è
sensibile si rende visibile attorno al disco un alone di
inibizione.
È un metodo quali-quantitativo, semplice, rapido ed
economico, valido per microrganismi aerobi a crescita
rapida.
È il procedimento più comunemente usato in laboratorio,
e permette di ottenere una valutazione della MIC.
Attualmente il test di diffusione su dischetto più utilizzato è
il metodo di Kirby-Bauer, sviluppato agli inizi degli anni ’60.
Antibiogramma secondo Kirby - Bauer
Si allestiscono piastre con idoneo terreno
solido inoculate con una quantità di batteri
sufficiente a dare uno sviluppo confluente che
provochi una patina uniforme sul terreno.
Subito dopo l’inoculo si depongono sulla superficie della
piastra una serie di dischetti di carta assorbente sterili imbevuti
di adatte concentrazioni degli antibiotici che si desidera
testare.
• Si divide la piastra in spicchi, uno per ciascun antibiotico, e si
deposita al centro di ogni spicchio il dischetto corrispondente,
con l’aiuto di una pinzetta sterile.
•Si pongono le piastre in incubatore a 37°C per 18-24 ore.
•Si misura il diametro degli aloni di inibizione per ogni
antibiotico.
Test di sensibilità su piastra
INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI
INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI
I
valori standard di sensibilità variano per ciascun
microrganismo e sono basati sulla concentrazione
plasmatica di farmaco che può essere raggiunta senza la
comparsa di effetti tossici. Questi consentono di
classificare il microrganismo in:
• "sensibile", quando l'antibiotico risulta efficace ai dosaggi
comunemente raccomandati,
•
"intermedio", quando la crescita batterica è inibita solo al
dosaggio massimo raccomandato,
•
"resistente", quando l'antibiotico dovrebbe
utilizzato
a
dosaggi
che
risulterebbero
nell'organismo.
essere
tossici
L’antibiogramma – nuove metodiche
Oggi i test di sensibilità ai farmaci antibatterici
possono essere eseguiti con apparecchiature
semi-automatiche in cui i batteri vengono fatti
crescere in terreno liquido, in presenza di dosi
prefissate dei farmaci e la lettura dei risultati,
eseguita da un fotometro registratore, viene
interpretata da un elaboratore elettronico, che
fornisce in tal modo il significato finale.
Post-antibiotic effect (PAE)
THE PERSISTENT SUPPRESSION OF BACTERIAL GROWTH
FOLLOWING EXPOSURE TO AN ANTIMICROBIAL AGENT
PAE is demonstrated in vitro by osserving bacterial
growth kinetics after antibiotic removal.
PAE has also been demonstrated in vivo in a variety of
animal infection models
.
Il triangolo dell’interazione
Agenti
antimicrobici
Pazienti
Microrganismi
FARMACOCINETICA
Dose
assorbimento
CONCENTRAZIONE
EMATICA
Eliminazione
TESSUTI
FACILMENTE
ACCESSIBILI
metabolismo
EFFICACIA E
DURATA
EFFETTO
ANTIMICROBICO
TESSUTI
DIFFICILMENTE
ACCESSIBILI
BARRIERE
FARMACODINAMICA
ATTIVITA’ DEGLI ANTIBIOTICI
TEMPO-DIPENDENTE
•
•
•
•
Betalattamine
Glicopeptidi
Lincosamidi
Macrolidi Naturali
CONCENTRAZIONE-DIPENDENTE
•
•
•
•
•
Aminoglucosidi
Fluorochinoloni
Metronidazolo
Claritromicina
Azitromicina
Correlazione PK-PD
T > MIC
AUC/MIC
Cmax /MIC
Modelli di attività battericida
Curve di time-killing per P. aeruginosa ATCC 27853
CONCENTRAZIONE-DIPENDENTE
TobramIcina
TEMPO-DIPENDENTE
Ciprofloxacina
Ticarcillina
10
10
10
8
8
8
6
6
6
4
4
4
2
2
2
0
0
0
0
2
4
6
8
0
2
4
6
8
64xMIC
16xMIC
4xMIC
MIC
1/4xMIC
Control
0
2
4
6
8
Tempo(hr)
W.A. Craig et al., 1991, modified
PK-PD correlations
Cmax/MIC
Concentration (mg/L)
40
Aminoglycosides
Fluoroquinolones
30
AUC/MIC
20
Azithromycin
Clarithromycin
Ketolides
MIC
10
T > MIC
Betalactams
Oxazolidinones
0
0
0,5
PAE
Vancomycin
Teicoplanin
8
10
16
24
Hours
JM Hyatt et al., 1995
Pharmacodynamics and pharmacokinetics
Ccorrelation and clinical significance
Antibiotic
Pharmacodynamics
Dosing regimen
PENICILLINS
CEPHALOSPORINS
TIME-dependent killing +
short or no PAE
PD–PK correlation: T> MIC
Prolong exposure time:
maintain serum levels
> MIC (short intervals
or continuous infusion)
CARBAPENEMS
GLYCOPEPTIDES
ERYTHROMYCIN
TIME-dependent killing +
prolonged PAE
PD–PK correlation : T> MIC
Prolong exposure time:
serum levels might be
< MIC (short intervals)
AMINOGLYCOSIDES
FLUOROQUINOLONES
CLARITHROMYCIN
AZITHROMYCIN
CONCENTRATION
dependent killing +
prolonged PAE
:
PD–PK correlation
peak/MIC or AUC/MIC
Achieve high serum and
tissue concentrations
(high doses, long
intervals)