Antibiotici
Antibiotico è un composto ad uso
terapeutico che esercita
un’azione letale nei confronti dei
microorganismi patogeni, ma
spesso presenta un notevole
impatto ecologico
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Usato per infezioni della pelle
Coniò il termine
“chemioterapia
Il grande merito di Herlich fu quello di adottare un metodo sistematico di ricerca che
consisteva nell’analizzare uno per uno i derivati di uno stesso composto di riferimento.
sulfamidocrisoidina
con questa scoperta fu dato il via ad un
programma di sintesi di composti basati
sulla struttura della sulfanilamide, che
produsse numerosi composti attivi,
alcuni dei quali sono usati ancora oggi.
Nel 1941 comparve il primo articolo sulla rivista “The Lancet” che descriveva le proprietà dell’antibiotico.
1943 la Pfizer riusciva a produrre grandi quantitativi di penicillina G da ceppi di Penicillium crhysogenum, che
vennero largamente utilizzati durante la guerra per curare i soldati feriti.
Comincia l’era degli antibiotici
Dopo l’introduzione in commercio della penicillina G, lo screening di
decine di migliaia di microrganismi condusse nel giro di pochi anni
alla scoperta di un certo numero di antibiotici:
•streptomicina nel 1994
•cloramfenicolo nel 1947
•clortetraciclina nel 1948
•cefalosporina C nel 1948
•neomicina nel 1949
•nistatina nel 1950
•eritromicina nel 1952
Ciascuno di questi antibiotici “naturali” divenne il composto di
riferimento per la preparazione di antibiotici semisintetici.
L’uso massiccio ed indiscriminato degli antibiotici ha ridotto gran
parte del loro potenziale a causa della comparsa di ceppi batterici
divenuti resistenti alla loro azione.
La storia degli antibiotici continua. Oltre alla necessità di nuovi
antibiotici, occorre usare quelli disponibili in maniera mirata.
Introduzione agli agenti antibatterici
Prospetto storico
prima del 1935: trattamento delle infezioni senza speranza
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1900 P.Ehrlich concetto di tossicità selettiva
1929 Fleming penicillina (P.notatum) G+ (beta-lattamici)
1935 Domagk dimostra attività antibatterica di prontosil
1936 Trofouel il principio attivo di prontosil è la sulfanilamide
1940 Florey primo uso terapeutico della penicillina
1944 Waksman Streptomicina G- (aminoglicosidi)
1947 Cloramfenicolo ampio spettro
1948 Clorotetraciclina ampio spettro
1952 Eritromicina G+ (macrolidi)
1956 introduzione della vancomicina per pen-R SA
1962 Acido nalidixico G- (chinoloni)
1970 oxazolidinoni
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http://www.microbiologia.unige.it/dpb/indexxx.htm
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Attività antibatterica
• Battericidi (AG, β-latt.,Q/FQ, bacitracina,
isoniazide, metronidazolo,RIF, Vanco)
• Batteriostatici (macrolidi, sulfa, trim, tet,
clinda., Chloram, entambutolo, novobiocina,
nitrofur)
Divisione importante ma non assoluta:
Ch batteriostatico vs. bastoncini GCh battericida vs. pneumococchi
Fq battericidi in aerobiosi
Batteriostatici in anaerobiosi
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Bacteriostatic and bacteriocidal time-kill
curves for 3 antibiotics added to a liquid
culture of E. coli, maintained shaken for 24 h
12,00
10,00
log CFU
8,00
Control
Cipro
6,00
Cloramphenicol
Rifaximin
4,00
2,00
0,00
T0
T2
T4
Time in hours
T6
T24
PER OGNI COMBINAZIONE
tipo di antibiotico/ceppo batterico
La più bassa concentrazione di farmaco
in grado di bloccare la crescita è detta
MIC
(Minima concentrazione inibente)
La concentrazione che uccide il 99,9%
dell’inoculo originale è detta
MBC
(Minima concentrazione battericida)
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
ANTIBIOGRAMMA
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
MIC
MBC
Attività antibatterica
Battericidi
► preferiti nei pz. Immunocompromessi
► per infezioni gravi
Concentrazione-dipendenti: il tasso di killing
aumenta aumentando la concentrazione. Es.
fluorochinoloni e aminoglicosidi
Tempo-dipendenti: aumentando la conc. non
aumenta il killing, ma devo mantenere conc.>MIC
per tempo + prolungato. Es. beta-lattamici,
vancomicina
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Batteriocidia di amikacina nei confronti di E.coli
9
9
8
8
7
7
Log CFU/ml
Log CFU/ml
Batteriocidia di cefixime nei confronti di E.coli
6
5
5
4
4
3
3
2
2
0
2
Tempo (ore)
Controllo
cefixime 10XMC
db
qp
6
6
cefixime 1XMIC
24
0
2
6
24
Tempo (ore)
Controllo
amikacina 10XMIC
amikacina 1XMIC
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
Effetto letale degli antibiotici
•Antibiotici tempo dipendenti
•penicilline
•cefalosporine
•macrolidi*
•glicopeptidi
•sulfamidici
•Lincosamidi
•Antibiotici concentrazione
dipendenti
•chinoloni
•aminoglicosidi
•* alcuni possono avere anche azione concentrazione
dipendente
E’ essenziale mantenere per periodi
lunghi concentrazioni di antibiotico
superiori alla MIC (lungo tempo di
contatto
db
qp
Craig, 1998; Scaglione 2000.
E’ essenziale che l’antibiotico
raggiunga elevate concentrazioni nel
sito di infezione per eradicare il
patogeno (>10XMIC).
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
Meccanismo d’azione degli
aminoglicosidi (fluorochinoloni)
• Di conseguenza l’impiego dell’antibiotico in
terapia alla concentrazione di almeno 10XMIC
per conseguire effetti battericidi sul più alto
numero di patogeni e impedire l’insorgenza di
microorganismi resistenti.
• Somministrazione intervallata in modo da non
cadere nel periodo di induzione
• Per questi antibiotici si raccomanda la
monosomministrazione giornaliera.
Craig, 1995; Drusano, 1995; Blaser 1996, Freeman et al., 1997.
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
INTERAZIONI TRA ANTIBIOTICI
Si valuta l’attività di un farmaco in presenza di un altro nei confronti di
un microorganismo. Si esegue con tecniche diverse, Dischetto,
checkerboard o diluizioni crociate, time-kill o curve di batteriocidia. Si
possono ottenere tre risposte:
Sinergismo, l’attività di un antibiotico è potenziata
dalla presenza dell’altro.
Indifferenza, l’attività di un antibiotico non è
influenzata dalla presenza dell’altro.
Antagonismo, l’attività di un antibiotico è
compromessa dalla presenza dell’altro.
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
INTERAZIONI TRA ANTIBIOTICI
Motivi di impiego.
Estendere lo spettro d’azione di un antibiotico
Limitare la tossicità di antibiotico
Prevenire l’insorgenza di microorganismi
resistenti
Conseguire un effetto sinergico
Valutare nuove molecole.
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
INTERAZIONI TRA ANTIBIOTICI
Esempi di combinazioni:
Agente attivo sulla sintesi di parete associato ad un
aminoglicoside (resistenze intrinseche o plasmidi che
codificano per enzimi inattivanti possono annullare
l’effetto sinergico).
Inibitori enzimatici, l’associazione più diffusa è quella tra
un β-lattamico ed un inibitore suicida di β-lattamasi,
esistono anche inibitori delle adenilasi, che inattivano gli
aminoglicosidi.
Inibitori delle vie metaboliche come il trimetoprim e il
sulfametossazolo, anche se si prevede in tempi brevi, per
effetti collaterali indesiderabili, il ritiro dal commercio.
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
In vitro
dati ottenuti in condizioni statiche
In vivo
condizioni dinamiche
(concentrazioni variabili di farmaco,
densità variabile dei batteri)
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
In vivo
Il tasso di crescita
dei batteri è
fortemente rallentato
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
Fattori che influenzano il tasso di crescita
dei batteri in vivo
• pH
• Tensione di ossigeno
• Carica batterica
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
Fattori che influenzano l’attività
di un antibiotico in vivo
• Tasso di crescita
(β-lattamici, fluorochinoloni)
• pH
(aminoglicosidi, macrolidi)
• Assenza di ossigeno
(aminoglicosidi, fluorochinoloni)
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
Discordanze tra dati in vivo e in vitro
Presenza nel sito di infezione di
popolazione microbica normale che
produce enzimi inattivanti
Sviluppo in vivo di microorganismi
resistenti (alta densità batterica)
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
Discordanze tra dati in vivo e in vitro
•L’antibiotico non raggiunge il sito di
infezione in concentrazione utile
•L’antibiotico è sequestrato dalle
proteine del siero o da altre presenti nel
sito di infezione (pus)
•Età dell’infezione
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
EFFETTO POSTANTIBIOTICO (PAE)
I batteri esposti ad un antibiotico subiscono effetti
letali o arrestano la crescita. Se la concentrazione del
farmaco scende livelli non più inibenti i ceppi
sopravvissuti non riprendono immediatamente la
crescita delle pre-esposizione all’antibiotico ma
hanno bisogno di tempo per la riparazione dei danni
subiti o per ricostruire tutte le proteine consumate
durante la fase di trattamento. Il tempo per ricuperare
la totale funzionalità sarò più o meno lungo in
funzione del tempo di esposizione e dei danni subiti
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
VALUTAZIONE DELL’EFFETTO
POSTANTIBIOTICO (PAE)
L’effetto postantibiotico è definito come il tempo necessario
ai batteri per riprendere il normale tasso di crescita dopo
breve esposizione ad un farmaco.
Questo parametro può essere importante per stabilire i tempi
di somministrazione di un antibiotico. Più lungo è il tempo
che i batteri necessitano per recuperare i danni operati
dall’antibiotico, più lunghi saranno i tempi di intervallo tra
una somministrazione e l’altra. Il PAE è stato individuato con
tutti gli antibiotici nei confronti dei gram-positivi, mentre sui
gram-negativi non producono PAE i β-lattamici, con
l’eccezione dei carbapenemici.
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
PAE indotto da vari antibiotici nei gram-negativi
Range dei PAE (ore)
Chinoloni
Aminoglicosidi
Macrolidi
Carbapenemici
β-lattamici*
1.2-3.6
1-2.7
0.7-3.2
0.5-1.5
-0.2-0.5
*Escluso i carbapenemici
Debbia et al. 1988,1990,1992,1993; Zhanel et al. 1991
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
PAE indotto da vari antibiotici nei gram-positivi
Range dei PAE (ore)
Chinoloni
Aminoglicosidi
Macrolidi
Glico-lipopeptidi
Carbapenemici
β-lattamici*
1.1-3.7
0.5-2.9
0.5-4.6
0.7-2.9
0.6-3.5
0.4-3.9
*Escluso i carbapenemici
Debbia et al. 1988, 1990, 1992, 1993; Zhanel et al. 1991
db
qp
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
PAE indotto da vari antibiotici da
soli o in combinazione tra loro.
E coli*
Amikacina
Piperacillina
Amikacina+piperacillina
0.8
-0.1
1.3
S.aureus*
1.1
1.2
2.5
*Esposti alla concentrazione di 1 X MIC
db
qp
Paglia et al. 1989; Debbia et al. 1992
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Dinamica delle Popolazioni Batteriche
Antibiotici
(Altri aspetti)
Diffondono passivamente in funzione della
concentrazione
Dipende: costante di dissociazione (pKa) e lipofilia
(solubilità nei lipidi) pH che circonda un tessuto
(molecole molto cariche hanno difficoltà ad
attraversare le membrane)
Tetracicline, eritromicina e chinoloni sono lipofilici
e attraversano più facilmente rispetto a composti
solubili in acqua come i β-lattamici,
aminoglicosidi e vancomicina
Antibiotici
La diffusione attraverso l’endotelio dei
capillari è più facile per cloramfenicolo,
metronidazolo e rifampicina
Più difficoltosa appare per i β-lattamici e
aminoglicosidi
Mentre chinoloni, tetracicline e trimetoprim
diffondono con facilità intermedia
Antibiotici
Penetrazione all’interno delle cellule
Del tutto trascurabile (scarsa penetrazione):
β-lattamici, Aminoglicosidi
Elevata concentrazione (alcuni tendono a raggiungere
concentrazioni 100 volte maggiori rispetto al plasma
Macrolidi (Clindamicina, azitromicina, claritromicina,
eritromicina)
Tetracicline:
Chinoloni: alcuni (rufloxacina) si concentrano a dosi elevate
In breve, per i patogeni intracellulari sono più adatti gli
antibiotici lipofilici
Caratteristiche degli Antibiotici
• Bersaglio-Meccanismo d’azione
• Spettro d’attività (gram+, gram-, aerobi
anaerobi)
• Diffusione nelle cellule
• Battericidi (tempo o concentrazione
dipendenti)
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PROPRIETA’ DI UN ANTIBIOTICO
(Ideali)
•
•
•
•
•
Tossicità selettiva
Idrosolubile – Attivo al pH fisiologico
Non allergico
Scarsa propensione selezione R
Somministrabile alte dosi senza
effetti collaterali indesiderabili
• Battericida meglio di batteriostatico
• Livelli stabili e battericidi
• L’attività non compromessa da siero o pus
http://www.microbiologia.unige.it/dpb/indexxx.htm
Per un’efficace azione antibiotica e per ridurre l’incidenza
di gravi infezioni secondarie è opportuno attenersi alle
seguenti norme
1) Prescrizione di antibiotici solo quando i reperti clinici
ne indicano chiaramente l’impiego. L’uso profilattico
degli antibiotici va fortemente limitato.
2) Uso di antibiotici efficaci contro l’agente infettivo
aventi il più ristretto spettro di attività antibatterica.
3) Somministrazione e dosaggio appropriati, mai in
eccesso rispetto a quanto richiesto dalla situazione
clinica.
4) Cessazione della terapia non appena ciò sia
clinicamente consentito.
http://www.microbiologia.unige.it/dpb/indexxx.htm
5) Esami colturali in corso di terapia per dimostrare il
possibile sviluppo di sovrainfezioni.
6) Impiego di un battericida piuttosto che che di un
batteriostatico quando ciò sia possibile.
7) Uso di un agente ben assorbibile, che raggiunga
rapidamente livelli ematici efficaci e resti a lungo
attivo.
8) Uso di un antibiotico che non induca rapidamente
ipersensibilità o consenta l’insorgenza di resistenza
batterica.
http://www.microbiologia.unige.it/dpb/indexxx.htm
Bersaglio degli antibiotici (in uso)
Sintesi di parete
Sintesi proteica
Traduzione
Traslocazione e/o allungamento peptide
Trascrizione
Sintesi acidi nucleici
Funzionalità di membrana
Metabolismo
Bersaglio non noto
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Nuovi bersagli
Sintesi acidi grassi(fab, fatty acid biosynthesis)
ATPasi for functional DNA gyrB
PDF, peptidil deformilasi
Sintesi acidi teicoici (WTA,wall teicoic acid)
Inibizione riboswitch
Sintesi lipopolisaccaride, LpxC
Subunita b DNA girasi (topoisomerasi II)
Ossidazione
Inibizione pompa efflusso
Cell division (Fts)
http://www.microbiologia.unige.it/dpb/indexxx.htm
Sintesi di parete
β-lattamici
Penicilline, Cefalosporine,
Carbapenemici, Monobattamici,
(inibitori suicidi, incluso non β-lattamici)
Glicopeptidi
Vancomicina, Teicoplanina, Dalbavancin,
Oritavancin, Telavancin
Altri
Fosfomicina, Cicloserina, Bacitracina (topico)
http://www.microbiologia.unige.it/dpb/indexxx.htm
Sintesi proteica
Traduzione
Aminoglicosidi
Traslocazione e/o allungamento peptide
macrolidi, ketolidi, oxazolidinoni,
lincosamidi, streptogramine
tetracicline, cloramfenicolo,
ac. fusidico, pleuromutiline
http://www.microbiologia.unige.it/dpb/indexxx.htm
Sintesi acidi nucleici
Trascrizione
sintesi RNA: rifampicina, rifapentina,
rifabutina, rifaximina (topico)
tiacumicine
sintesi tRNA, Mupirocina:
Metabolismo del cromosoma
sintesi DNA
Chinoloni
Fluorochioloni
http://www.microbiologia.unige.it/dpb/indexxx.htm
Altri bersagli
Funzionalità di membrana
Polimixine
Lipopeptidi
Metabolismo
Sulfamidici-Trimetoprim
http://www.microbiologia.unige.it/dpb/indexxx.htm
Bersaglio intracellulare non
totalmente noto
Antibiotici peptidici (bersaglio variabile)
Nitrofurani*, furadantin
Imidazoli*, nitroimidazolo
*Il composto è metabolizzato e il prodotto
interferisce con sintesi essenziali
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Antibiotici ad uso specifico
• Mycobacterium tuberculosis
• Clostridium difficile
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