Microbiologia - Appunti

CHEMIOTERAPIA ANTIMICROBICA

I sulfamidici sono state le prime sostanze chemioterapiche ad attività antimicrobica. Gli

antibiotici sono solo quelle sostanze di derivazione microbica, mentre quelle sintetizzate

artificialmente sono intese come “antimicrobiche”. Gli antibiotici sono probabilmente i più

importanti prodotti microbici commerciali. Sono prodotti principalmente da funghi

filamentosi e da batteri del gruppo degli attinomiceti. Il farmaco antimicrobico deve inibire o

uccidere il patogeno con il minor danno possibile per l’ospite: da qui indichiamo come

dose terapeutica la dose richiesta per il trattamento clinico di una particolare infezione

mentre come dose tossica la concentrazione del farmaco che risulta troppo tossica per

l’ospite. L’indice terapeutico si ottiene facendo il rapporto tra la dose tossica e la dose

terapeutica. Quanto più è elevato questo rapporto, tanto migliore è l’agente terapeutico. La

determinazione dell’efficacia nei confronti di specifici patogeni è essenziale per una

corretta terapia. Un parametro importante è la determinazione della Concentrazione

Minima Inibente o MIC. La MIC si ricava effettuando vari test: si effettua una diluizione

seriale di un antibiotico x. Si può partire da un antibiotico in concentrazione

128microgrammi/ml e si dimezza fino a 0,25. Si incubano delle colture batteriche con

queste concentrazioni e si vede qual'è la minima concentrazione che inibisce la crescita

(MIC). Un metodo più rapido ma non diretto per calcolare la mic è mediante piastratura in

presenza di dischetti cartacei diffusori di antibiotico (diffusione su agar). Questo metodo

consente di testare tanti tipi di antibiotico per ogni piastra, osservando anche qual'è

l'antibiotico più efficace in base al raggio degli aloni di inibizione della crescita che si può

notare per via della lucidità della piastra in quella regione (i batteri li non crescono).

Ovviamente va tenuto conto anche delle proprietà di diffusione dei vari antibiotici. A parità

di antibiotico, un batterio che sviluppa aloni di inibizione più grandi è anche più

sensibile.Un altro tipo di test è l’E-test: Questo sistema fa uso di alcune strisce cartacee

imbevute di antibiotico a valori di concentrazione differenti, con i relativi indicatori di MIC.

Tipi di antibiotici

Strutture o processi metabolici caratteristici dei procarioti rappresentano i bersagli specifici

per gli antibiotici. Possono quindi essere molto selettivi per i procarioti, senza intaccare

l'organismo ospite. Tra i vari bersagli alcuni molto sfruttati sono quelli riguardanti la

replicazione e la topologia del DNA (enzimi diversi da quelli dei procarioti) (girasi;

topoisomerasi ecc..). Questi antibiotici hanno un indice terapeutico moderatamente alto.

Un altro processo che può essere colpito è la trascrizione, in quanto la RNApol batterica è

differente da quelle eucariotiche. Il bersaglio più efficace però è la parete batterica di

peptidoglicano, che è presente solo nei batteri. La sintesi proteica è un altro bersaglio

comune a molti antibiotici. Bloccando i ribosomi si impedisce la traduzione e si porta a

morte il batterio (i ribosomi procariotici sono diversi dai nostri). Altri antibiotici bloccano la

sintesi dei folati; nei mammiferi i folati sono essenziali e possono solo essere assunti con

la dieta, mentre i procarioti li sintetizzano autonomamente e non sono molto in grado di

reclutarli dall'esterno, quindi impedendone la sintesi si uccide il batterio. Come ultima

spiaggia, se non funzionano gli altri, si usano antibiotici che aggrediscono le

membrane, ma sono molto tossici anche per le cellule eucariotiche.

β-lattamici: penicilline, cefalosporine, cefamicine, carbapenemi. tutti questi antibiotici

condividono la presenza di un caratteristico componente strutturale: l'anello ß-lattamico.

La resistenza a questi antibiotici è data dalla possibilità di esprimere degli enzimi che

tagliano l'anello ß-lattamico. Esistono alcuni ß-lattamici naturali, come le penicilline

prodotte da alcuni funghi. Sono attive nei confronti dei batteri Gram+ rispetto ai Gram-, e

questo è indice del fatto che agiscono sulla parete di peptidoglicano. Sono inoltre sensibili

all'acidità dello stomaco, e quindi possono essere fornite solo tramite iniezione (non per

via orale). I ß-lattamici attualmente utilizzati sono sintetizzati artificialmente, modificando le

penicilline naturali e rendendole più resistenti all'ambiente acido (somministrazione orale)

e di aggredire meglio il peptidoglicano, essendo efficaci anche per i Gram-.

Antibiotici glicopeptidici: I glicopeptidi sono antibiotici battericidi con struttura chimica

complessa (peptidi macromolecolari triciclici) di elevato peso molecolare (1450-1490 Da). I

due antibiotici più utilizzati sono la vancomicina e la teicoplanina ottenuti rispettivamente

da Streptomyces orientalis e Actinoplanus theichomyceticus. Sono antibiotici di uso

esclusivamente ospedaliero, impiegati nel trattamento delle gravi infezioni causate da

cocchi Gram-positivi multi resistenti (Staphylococcus, Streptococcus, Enterococcus) e

delle infezioni da Costridium difficile (colite acuta pseudomembranosa).

Antibiotici beta-lattamici e antibiotici glicopeptidici bloccano la sintesi del peptidoglicano.

Negli antibiotici β-lattamici Il bersaglio è l’enzima; infatti questi agiscono come

pseudosubstrato per le PBP a cui si legano covalentemente acilandone il sito attivo. Le

proteine PBP sono addette alla formazione dei legami crociati del peptoglicano; senza tali

legami il peptidoglicano risulta fragile. Negli antibiotici glicopeptidici Il bersaglio è il

substrato; questi antibiotici si legano alle 2 D-alanine poste alla fine dei 5 residui

amminoacidici del peptidoglicano impedendone il riconoscimento da parte delle PBP.

Le tetracicline: La loro struttura base è caratterizzata da 4 anelli naftacenici; diverse

posizioni possono essere sostituite per avere diversi antibiotici. Sono prodotte da

streptomiceti (S. aureofaciens e S. rimosus). Hanno molte applicazioni in campo

veterinario dove spesso vengono usati impropriamente come integratori alimentari:

l’eccessivo uso ha portato all’insorgenza di molti ceppi resistenti. Sono antibiotici ad ampio

spettro.

Amminoglicosidici: Sono antibiotici attivi per i Gram- (gli altri erano tutti specifici per i

Gram+). Il primo di questi ad essere scoperto era la streptomicina (storicamente usato con

successo per contrastare la tubercolosi). È formato da 3 anelli di cui uno è un cicloesano,

e altri sono degli zuccheri, con vari gruppi. Sono prodotti naturalmente dai batteri della

famiglia degli streptomiceti. Oltre alla streptomicina si annoverano tra questi anche la

kanamicina, la gentamicina, la neomicina, utilizzati con moderazione perché abbastanza

tossici.

Gli antibiotici macrolidici: Sono prodotti dagli attinomiceti; hanno in comune l'anello

lattonico e il più comune è l'eritromicina. Sono attivi soprattutto contro i Gram+.

Cloramfenicolo: viene attualmente prodotto per sintesi chimica. E’ batteriostatico e attivo

contro un gran varietà di batteri Gram + e Gram -. E’ tossico: provoca danni al midollo

osseo con insorgenza di anemia aplastica e leucemia. Attraversa efficacemente la barriera

emato-encefalica e ancora oggi è il farmaco di prima scelta per il trattamento di meningiti.

Tetracicline, Amminoglicosidici, Macrolidi e il Cloramfenicolo interferiscono con la sintesi

proteica. Infatti il loro bersaglio sono i ribosomi. le tetracicline si legano alla subunita’ 30S

deformando il sito “A” e impediscono l’alloggiamento degli AA-tRNA. Gli amminoglicosidi si

legano alla subunità 30S “bloccando” il complesso di inizio e impediscono il legame con la

subunità 50S e la lettura del messaggero. Oppure, quando la sintesi è già iniziata, gli

aminoglicosidi che si legano al 30S e rendono permissivo il sito “A” che accoglie AA-tRNA

non corrispondenti ai codoni del mRNA; verranno quindi sintetizzate proteine con

mutazioni che possono renderle non funzionali. Cloramfenicolo e macrolidi competono per

il medesimo sito di legame sulla subunità 50S. Interferiscono con l’azione della

peptidiltransferasi bloccando l’allungamento della catena.

I chinoloni: sono il primo tipo che non viene sintetizzato in natura, ma solo artificialmente.

Hanno la capacità di legarsi alle DNA girasi impedendo l'allentamento della tensione di

avvolgimento e impedendone la replicazione. I più utilizzati sono i fluorochinoloni come

ciprofloxacina e nofroxacina.

I sulfamidici: sono stati le prime sostanze chemioterapiche ad essere scoperte,

interferiscono con la sintesi dell'acido folico. Sono analoghi strutturali agli intermedi di

sintesi dell'acido folico, e con questa caratteristica si comportano da antimetaboliti.

(analoghi all'acido para-ammidobenzolico, da cui viene sintetizzato l'Acido Folico

importante per la sintesi di DNA e RNA e Proteine). Quando è presente questa sostanza

l'acido folico non viene sintetizzato perché si blocca la catena metabolica.

Rifamicine: si legano all’RNA-polimerasi batteriche impedendone la trascrizione.

RESISTENZE AGLI ANTIBIOTICI

Alcuni batteri possono sviluppare la resistenza agli agenti antibiotici. La resistenza

intrinseca degli antibiotici non è dovuta a qualcosa che viene modificato o acquisito in

particolari ceppi batterici ma è posseduta naturalmente dal batterio per alcune sue

caratteristiche. La resistenza acquisita può essere dovuta a plasmidi o a mutazioni

particolari. L'acquisizione delle resistenze consiste nell'acquisizione della capacità di:

• Inattivazione dell'antibiotico: La β-lattamasi secreta nello spazio periplasmico,

inattiva la penicillina prima che si leghi alle PBP.

• modificazione chimica dell'antibiotico: Batteri resistenti agli amminoglicosidi

operano una modificazione chimica dell'antibiotico attaccandogli alcuni gruppi che

ne modificano la struttura e li inattivano. Gli enzimi che operano la modificazione

sono del tipo Acetil-transferasi, fosfo-transferasi, adeniltransferasi. Il cloramfenicolo

viene modificato dagli acetil-transferasi.

• modificazione del bersaglio: Le resistenze ai chinoloni è data dalla modificazione

dell'enzima bersaglio (topoisomerasi e girasi). Analogamente si hanno esempi simili

con le RNA-pol e ribosomi. Un caso particolare è la resistenza nei confronti della

vancomicina (glicopeptidico che agisce nelle alanine terminali impedendo l'azione

della transpeptidasi). Vengono sostituite le alanine terminali con degli acidi D-

lattamici che risultano ancora funzionali per l'azione della transp