Lo sviluppo della chemioterapia
• 1904-1910 Paul Ehrilich usa sostanze coloranti con tossicità selettiva per curare infezioni da
tripanosomi (malattia del sonno) e composti arsenicati per curare la sifilide
• 1935 Gerhard Dogmak (Nobel 1939) usa il colorante Prontosil (solfonamide) per curare da
infezioni da Streptococcus e Staphylococcus
• 1940 Howard Florey e Ernst Chain (Nobel 1945) purificarono la penicillina scoperta nel 1929
da Alexandrer Fleming (Nobel 1945)
• 1944 Selman Waskman (Nobel 1952) identificò la Streptomicina dopo un’analisi di circa
10.000 microrganismi del suolo
• da allora circa 5.000 nuovi antibiotici sono stati identificati da organismi del suolo. Di questi
circa 300 sono diventati farmaci e sono stati commercializzati
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Una sostanza antimicrobica (antibiotico) per essere utile come farmaco
deve avere particolari requisiti:
• deve avere una tossicità selettiva
• deve avere un alto indice terapeutico, cioè un rapporto tra dose tossica (concentrazione
tossica per l’ospite) e dose terapeutica (concentrazione necessaria per eliminare il patogeno)
• deve essere prodotta dall’organismo produttore e purificabile all’omogeneità
• deve essere caratterizzata per lo spettro d’azione ed il tipo di attività
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sostanze ad ampio
spettro d’azione o
con spettro d’azione
ristretto
Una sostanza antimicrobica (antibiotico) per essere utile come farmaco
deve avere particolari requisiti:
• deve avere una tossicità selettiva
• deve avere un alto indice terapeutico, cioè un rapporto tra dose tossica (concentrazione
tossica per l’ospite) e dose terapeutica (concentrazione necessaria per eliminare il patogeno)
• deve essere prodotta dall’organismo produttore e purificabile all’omogeneità
• deve essere caratterizzata per lo spettro d’azione ed il tipo di attività
effetto della concentrazione e del ceppo bersaglio
l’effetto (battericida o batteriostatico) dipende da:
- il tipo di antibiotico
- la concentrazione di antibiotico
- il ceppo bersaglio
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Determinazione della MIC (minima concentrazione inibente)
valutazione attivita’ di un
antibiotico:
1)
ceppo bersaglio in coltura
liquida + agar “molle”
(0,7%)
2)
versare su terreno solido
3)
aggiungere antibiotico si
dischetto di carta sterile
4)
incubare alla temperatura
di crescita del ceppo “test”
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valutare la mic di un determinato antibiotico
valutare la sensibilità del ceppo bersaglio a
diversi antibiotici
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Gli antibiotici sono metaboliti secondari, cioè sono prodotti dal
metabolismo secondario (non essenziale per la vita della cellula), sono
prodotti in fase stazionaria di crescita, principalmente da microrganismi del
suolo (funghi, Streptomiceti e Bacilli)
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I siti bersaglio degli antibiotici
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Biosintesi del peptidoglicano
Reazioni citoplasmatiche:
Sintesi di UDP-NAG e UDP-NAM:
NAG + UTP
NAG-UDP + Pi
NAM + UTP
NAM-UDP + Pi
Formazione del Nucleotide di Park: pentap.-NAM-UDP
aa aggiunti in sequenza (enzimi specifici, NO ribosomi)
D-ala terminali aggiunte direttamente come dimero:
2 L-ala
2 D-ala
D-ala-D-ala
Reazioni di membrana: legame del dimero al C55-P:
C55-P-P-NAG-NAM-pentap
trasporto attraverso la membrana al
punto di accrescimento e rilascio del C55-P
Reazioni di parete:
transglicosilazioni e transpeptidazioni
Reazioni di membrana: legame del dimero al C55-P:
UMP
UDP-NAM-pentap.
+
C55-P
UDP-NAG
UDP
+
C-55-P-P-NAM-pentap.
C55-P-P-NAG-NAM-pentap.
C55-P
vancomicina
bacitracina
C55-P-P
NAG-NAM-pentap.
inserimento nel peptidoglicano
preesistente mediante
transglicosilazione e
transpeptidazione
Antibiotici con effetto sulla parete cellulare
(penicilline, cefalosporine e vancomicina)
-lattamici
PROPRIETA’ DELLE PBP (Penicillin-Binding Proteins)
di Escherichia coli
PBP
numero
molec./cell.
Attività
enzimatica
Possibile
funzione
1
100
transglicosilasi e
transpeptidasi
sintesi peptidoglicano
durante allungam. parete
1B
100
transglicosilasi e
transpeptidasi
sintesi peptidoglicano
durante allungam. parete
1C
?
2
20
transpeptidase
3
50
transglicosilasi e
transpeptidasi
4
110
DD-endopeptidasi
DD-carbossipeptidasi
idrolisi leg. transpeptidici
durante allungam. parete
5
1.800
DD-carbossipeptidasi
idrolisi leg. DAla-DAla
6
600
DD-carbossipeptidasi
idrolisi leg. DAla-DAla
7
?
?
8
?
?
?
?
sintesi peptidoglicano
durante allungam. parete;
mantenimento forma cellulare
sintesi peptidoglicano
durante formazione setto di divisione
?
?
La vancomicina è prodotta da Streptomyces orientalis ha una struttura chimica
complessa; Blocca le reazioni di transpeptidizzazione, in particolare tra i monomeri
appena trasportati e quelli già incorporati nella struttura del peptidoglicano
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La bacitracina è prodotta da ceppi di Bacillus
licheniformis; ha una struttura peptidica con
aminoacidi insoliti che derivano da una sintesi non
ribosomica
inibisce la rigenerazione del bactoprenolo-P
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La cicloserina è un analogo strutturale della D-Ala e viene riconosciuta dagli enzimi DAla-D-Ala racemasi e D-Ala-D-Ala ligasi con maggiore efficienza rispetto al substrato
dei due enzimi. Come conseguenza le reazioni catalizzate dai due enzimi vengono
bloccate.
Si usa principalmente per curare la tuberculosi ed alcune infezioni urinarie
Antibiotico
Organismo produttore
Reazione bersaglio
Citoplasma:
D-CICLOSERINA
Streptomyces lavendulae
S. orchidaceus, S. garyphalus
racemizzazione D-L ala
sintesi D-Ala:D-Ala
Membrana:
VANCOMICINA
Streptomyces orientalis
transglicosilazione
BACITRACINA
Bacillus licheniformis
defosforilazione
bactoprenolo-P-P
-LATTAMICI
Penicillium, Streptomyces
assemblaggio monomeri
peptidoglicano
Parete:
Antibiotici chinolonici con effetto sulla sintesi del DNA
sono sostanze di sintesi (NON PRODOTTE DA MICRORGANISMI) ad ampio spettro d’azione
Antibiotici con effetto sulla sintesi proteica
(tetracicline, amminoglicosidici, eritromicina, cloramfenicolo)
La tetracicline sono prodotte da ceppi di Streptomyces; bloccano la sintesi proteica interagendo
con la subunità 30S del ribosoma ed in particolare bloccando il legame dell’aminoacil-tRNA al
sito A del ribosoma
Antibiotici con effetto sulla sintesi proteica
(tetracicline, amminoglicosidici, eritromicina, cloramfenicolo)
Appartengono a questa classe antibiotici molto comuni (streptomicina, kanamicina, gentamicina,
neomicina). Bloccano la sintesi proteica interagendo con la subunità 30S del ribosoma e
bloccando il processo o causando errori di lettura dell’mRNA
Antibiotici con effetto sulla sintesi proteica
(tetracicline, amminoglicosidici, eritromicina, cloramfenicolo)
L’eritromicina appartiene alla famiglia
degli antibiotici macrolidici prodotto
da Streptomyces erythraeus. Blocca
la sintesi proteica interagendo con la
subunità 50S, in particolare con la
molecole di rRNA 23S e bloccando la
fase di allungamento della catena
polipeptidica.
Antibiotici con effetto sulla sintesi proteica
(tetracicline, amminoglicosidici, eritromicina, cloramfenicolo)
Il cloramfenicolo è prodotto da Streptomyces venezuelae ma può essere ottenuto per via
sintetica. Ha un’azione simile a quella dell’eritromicina, interagendo con l’rRNA 23S e
bloccando la fase di allungamento della catena polipeptidica.
Antibiotici che contengono solfonammidi (solfamidici)
con azione da antimetaboliti
• efficacia limitata per l’insorgenza di ceppi batterici resistenti
• 5% dei pazienti ha effetti collaterali (risposte allergiche)
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Meccanismi di resistenza agli antibiotici
Resistenza costitutiva:
• mutazioni che alterano la permeabilità cellulare all’antibiotico
• mutazioni che alterano il sito bersablio dell’antibiotico
resistenza trasmissibile solo alle cellule figlie (trasmissione verticale)
Resistenza trasmissibile:
• inattivazione dell’antibiotico ad opera di enzimi batterici portati da plasmidi
coniugativi
resistenza trasmissibile ad altre cellule anche di specie diverse (trasmissione
orizzontale)
cloramfenicolo acetil-transferasi
elementi genetici mobili
Farmaci antifungini
inibitori
della sintesi
della parete
è convertito dai funghi in 5-fluoro
uracile che si incorpora nell’RNA
al post dell’uracile (effetti
collaterali)
successo minore rispetto a farmaci
antibatterici perchè le cellule fungine sono
più simili a quelle umane (tossicità)
Farmaci antifungini
legame agli steroli o
inibizione della sintesi:
danni alla membrana
fungina
polienici
Farmaci antivirali
antinfluenzale
(blocca l’ingresso del virus)
anti-Herpes
(blocca la replicazione
del DNA virale)
viene fosforilato dal
virus e diventa simile
al dGTP e blocca la
replicazione del DNA
anti-HIV
(blocca la trascrittasi
inversa)
anti-Herpes
(blocca la replicazione
del DNA virale)