AGENTI TERAPEUTICI EZIOTROPI

Origine

Naturale

Sintetica

da microrganismi: Antibiotici

da pianteAlcaloidi

Terpenoidi

Altri

Antisettici (uso locale/topico) - selettivi

Chemioterapici (uso sistemico) + selettiviSemisintetica

Caratteristiche farmacocinetiche

Topici (uso esterno: cute e mucose)

Intestinali (uso orale: non assorbiti)

Urinari (uso orale o parenterale: raggiungono

concentrazioni attive solo nell’urina)

Sistemici (uso orale o parenterale: raggiungono

concentrazioni attive al sito di azione)

sele

ttività

AGENTI TERAPEUTICI EZIOTROPI

Tum

ori

Elm

inti

Prot

ozoi

Mic

eti

Mic

obat

teri

Bat

teri

Vir

us

Sele

ttiv

ità

di

chem

io/a

ntibio

tici

Patogeni

MICRORGANISMI PATOGENIP

RO

TIS

TI

SCHIZOMICETI

EU

CA

RIO

TI

ELMINTI

(vermi)

PROTOZOI

MICETI

LocalizzazioniMalattia

Intest.e sistem.

Sistemiche

Sistemiche

Intest. e sistem.

Localiz. , sistem.

Sistemiche

Sistemiche

Varie

PR

OC

AR

IOT

I

VIRUS Sistemiche

Nematodi

Cestodi

Trematodi

Plasmodi

Tripanosomi

Amebe

(Funghi)

Spirochete

Micobatteri

Eubatteri

Virus DNA

Virus RNA

Elmintiasi

Malaria

Malattia del sonno

Dissent. amebica

Micosi

Sifilide

TBC, lebbra

Infez. batteriche

Infezioni

virali

Spirochete

Micobatteri

Gram +

Gram -

Eubatteri

Sifilide

TBCLebbra

Infez. stafilococcichePolmoniteScarlattina, Malat. reum.DifteriteCarbonchioTetano, cangrena, botul.

Gonorrea, Meningite b.ColeraColitiDiarree, cistitiTifo, paratifoDissenteriaPesteF. maltesePertosseSetticemie, Meningite

Treponema

M. tuberculosisM. leprae

Micrococcus (Stafilococco)Diplococcus (Pneumococco)StreptococcusCorynebacteriumBacillus (B.anthracis)Clostridium

Neisseria VibrioEscherichiaProteusSalmonellaShigellaPasteurellaBrucellaHaemophylusPseudomonas

MalattieClassi Generi (e sp.)

SCHIZOMICETI PATOGENI

Differenze cellulari fondamentali tra eucarioti e procarioti

Nucleo

Cromosomi

Apparato mitotico

Membranacitoplasmatica

Parete cellulare

Ribosomi

Sistemi respiratori

Altri organulicitoplasmatici

Press. osm. cell.

Eucarioti

Nucleo vero e proprio limitato dauna membrana

Diversi cromosomi costituiti daDNA e proteine (in preval. istoni)

Presenza di centrioli e fuso

Presenza di steroli

Assente negli animali. In vegetali, efunghi, se presente, è composta inprevalenza da polisaccaridi semplici

80S, ad esclusione di quelli deimitocondri e dei cloroplasti (70S)

Localizzati in organuli specializzati:i mitocondri

Presenti (ad es. i cloroplasti)

Simile a quella dell’ambiente

Procarioti

Assenza di membrana nucleare

Cromosoma unico, costituito daDNA

Assenza di app. mitotico; il suoruolo è assolto dalla mem. plasm.

Assenza di steroli

Tipica struttura complessa conpresenza di peptidoglicani eamminoacidi “atipici”

Unicamente 70S

Localizzati sulla memb. plasm.:assenti i mitocondri

Assenti

Sup. a quella dell’ambiente

Citoplasma

Ribosoma

Nucleoide

Membrana plasmatica

Capsula

Peptidoglicano

Membrana esterna

RISPOSTE E MECCANISMI IMMUNITARIR

isp

ost

a im

mu

nit

aria

Cellulo-mediata(CM)

AnticorpaleUmorale(AU)

Difesa contro le infezioni da

Difesa contro i tumori

Immunizzazione

Ipersensibilità(reaz. allergiche)

Tolleranza (self-non self)

Rigetto di trapianti (non self)

Malattie autoimmuni (-> self)

Protozoi AUMiceti CMMicobatteri CMBatteri AUVirus CM

Attiva (vaccini)Passiva

ad antigeni estraneia farmaci o tossici

HVGRGVHD

RESISTENZA BATTERICA

Non geneticaInattività metabolica

Perdita della struttura bersaglio

GeneticaCROMOSOMICA

PLASMIDICA

Meccanismi di trasferimento

Trasduzione (virale)

Trasformazione (DNA ricombinante)

Coniugazione (pili sessuali)

ORIGINE:

RESISTENZA BATTERICA

1.Produzione di enzimi inattivanti

2.Modifiche di permeabilità

3.Alterazione del recettore o dell’enzima

bersaglio

4.Attivazione di vie metaboliche alternative

(by-pass)

5.Sovraproduzione (over-expression)

dell’enzima o recettore bersaglio

6.Multi-drug resistance (efflux pumps)

CAUSE (meccanismi):

Inattivazione degli antibiotici: Risposte Enzimatiche

Reazione Tipologia Antibiotici sensibili

Idrolisi b-lattami-Macrolidi

Aminoglicosidi

Cloramfenicolo

Streptogramina A

Trasferimento

di gruppiAcile

Fosforile

tiolo

Nucleotidile

ADP-ribosileglicosile

Altro Redox

Liasi

Aminoglicosidi

Macrolidi

Rifamicina

Peptidici

Fosfomicina

Aminoglicosidi

Lincosamina

Rifamicina

Macrolidi

Rifamicina

Tetracicline

Rifamicine

Streptogramina A

Streptogramina B

•6000 batteri resistenti agli antibiotici

(progetto “Patologie Gravi e

Farmacoresistenza” ISS;

• 1/4 batteri responsabili di polmoniti,

endocarditi,ascessi, infez. Chirurgiche

sono resistenti ad uno o più antib.

•Resistenza penicilline ~80% (osp.

90%);

•1/3 enterobacter (sepsi osp.) è

resitente a cefalosporine e

fluorochinolonici;

•Stenotrophomonas, Acinobacter

resistenti a pencilline,

fluorochinolonici, imipenem >90%.

STORIA DELLA SCOPERTA DEI FARMACI ETIOTROPI

Antic

1860

1870

1880

1890

1900

1905

1910

1915

1920

1925

1930

1935

1940

1945

1950

1955

1960

1965

1970

Anti-

elmintici

Droghe varie

Pelletierina

Tart. emet.

CCl4-C2Cl4

Stibofene

Esilresorcina

Dietilcarbam.

Piperazina

Lucantone

Ditiazanina

Befenio

Tetramisolo

Anti-

protozoi

China

Chinina

Bleu metil.

Arsenicali

Emetina

Suramina

Idrossichin.

Pamachina

Mep., cloroch.

Diammidine

Glicobiarsolo

Proguanil

Pirimetamina

Fenantridina

Anti-

micotici

Viol. genz.

Ac. grassi

Griseofulv.

Nistatina

Amfoteric.

Anti-

settici

Fenolo

HgCl2

Metenam.

Proflavina

Merbrom.

Cloro e d.

Esaclorof.

Quatern.

Antibatt.

chemiot.

Hg

Au

Solfanilam.

Arsfenam.

Bi

SOlfamidici

Dapsone

Nitrofurani

PAS-TB1

INI

Pirazinamide

Ac. nalidix.

Etambutolo

Antibatt.

Antibiot.

Antag. batt.

Antibiosi

Penicillina

Tirotricina

Streptom.

CAF-CTC

Eritr. Tetrac.

Pen. semisint.

Lincomicina

Rifamicine

Anti-

virus

Metisazone

Interferone

Idossuridina

Amantadina

Anti-

cancro

Azotiprite

Orm. sess.

8-Azaguanina

Aminopterina

Mercaptop.

Alcal. vinca

1877 Concetto di inibizione batterica (Pasteur)

1889 Sinbiosi e antibiosi (Uuillemin)

1889 Piocianasi (Bouchard)

1896 Ac. micofenolico (Gosio)

1900~ Chemioterapia (Ehrlich)

1910 Salvarsan = arsfenamina (Ehrlich)

1929 Scoperta penicillina (Fleming)

1935 Prontosil -> sulfamidici (Domagk)

1940 Antimetaboliti (Woods-Fildes)

1942 Concetto di antibiotico (Waksman)

1943 Isolamento penicillina (Chain)

Le tappe più importanti della terapia antinfettiva

1877

PasteurScoperta delle prime

colonie batteriche

1904

ElrichNascita della

chemioterapia

1928

FlemingScoperta della

penicillina

1935 Prontosil: primo agente antibatterico

1940 Isolamento della penicillina

1944 Streptomicina

1945 Bacitracina, Cloramfenicolo

1948Tetracicline

1952 Eritromicina

1955 Cicloserina, Cefalosporina C

1962 Acido nalidissico

1987 Ciprofloxacina ……………

……….

CRITERI DI CLASSIFICAZIONE

DEGLI ANTIBIOTICI

• Microorganismo produttore

• Origine biogenetica( da AA, Glicidi, Unità ac e prop.)

• Struttura chimica

• Spettro antimicrobico

• Uso terapeutico

• Meccanismo di azione

CLASSIFICAZIONE

A da aminoacidi

B da glicidi

A + B

Biogenesi gruppi antibiotici

•Cicloserina

•CAF e analoghi

•Penicilline

•Cefalosporine, ……

•Bacitracina, Tirotricina,

Polimixina ecc.

•Lincomicina

•DALBH (vanco, teicopl.)

•Streptomicine

•Kanamicina, Gentamicina

•Neomicina, Paromomicina

Da 1 a.a.

Da 2-3 a.a.: b-

lattamici

Da molti a.a.:

polipeptidici

Amminoeterosidi di

amminociclitoli:

amminooligosaccaridici

CLASSIFICAZIONE

B

+

C

Cda unità acetiche

e propioniche

Biogenesi gruppi antibiotici

•Eritromicina

•Oleandomicina

•Altri macrolidi

•Macrolidi polienici

•Novobiocina

•Daunomicina, Adriamicina

•Tetracicline

Macrolidi

Cumarine

Antracicline

Amminoeterosidi di :

•Rifamicine

•Griseofulvina

Naftacenici

Ansamicine

Spiranici

Spettro antimicrobico dei principali antibiotici

Cicloserina + + (+)

Cloramfenicolo + + +

Penicilline + + (-) +

Cefalosporine + +

Bacitracine +

Polimixine +

Lincomicina + +

Streptomicina + +

Kanamicina/Gentamicina + + (+)

Neomicina/Paromomicina + + +

Eritromicina + (+) +

Macrolidi polienici + +

Novobiocina +

Rifamicine + + + (+)*

Tetracicline + + + + + +

Griseofulvina + * Attive su DNA-virus

Siti bersaglio degli antimicrobici

Modello semplificato della parete cellulare batterica (cell wall)

Gram +

(Stafilococcus aureus)

Gram -

(Proteus vulgaris)

Acido teicoico

(polifosfogliceroribitolo)

Peptidoglicano

Membrana plasmatica

Strato lipoproteico e

lipopolisaccaridico

Peptidoglicano

Membrana plasmatica

esterno esterno

citoplasma citoplasma

ACIDO TEICOICO

Polifosfogliceroribitolo

P

O

O

OOC C CH

ORH

H

H

H

n

Unità di

fosfoglicerolo

P

O

O

OOC C CH

O

C

H

H

H

H

O

C

H H

O

R2

R3

R4

Unità di

fosforibitolo

R = COCH(CH3)NH2 (Ala)

R = NAG

O

OH

OH

NHAc

CH2OH

R2, R3, R4 = H o, almeno uno

uguale ad R

n

ACIDO TEICOICOPolifosfogliceroribitolo

P

O

O

OOC C CH

ORH

H

H

H

n

Unità di fosfoglicerolo

P

O

O

OOC C CH

O

C

H

H

H

H

O

C

H H

O

R2

R3

R4

Unità di fosoforibitolo

R = COCH(CH3)NH2 (Ala)

R = NAG

R2, R3, R4 = H ,

almeno uno uguale ad R

n

Acido

colanico

Parete cellulare dell’ Escherichia Coli (gram-)

Parete batterica

Stadio Processo Sito Inibitori

1 Sintesi deiprecursori

Citoplasma FosfomicinaNovobiocinaCicloserina

2 Sintesi etrasporto delpeptidoglicanolineare

Membranacellulare Bacitracina

Vancomicina

3 Formazione deilegamitrasversali delpeptidoglicano

Parete cellulareesterna

PenicillinaCefalosporina

BIOSINTESI DELLA PARETE

CELLULARE (e INIBITORI della)

COSTITUENTI DEL PEPTIDOGLICANO

Altre denominazioni: glicopeptide, mucopeptide, mureina

O

CH2OH

NHCOCH3

OH

OHOH

O

CH2OH

NHCOCH3

OH

OHO

CH

H3C

HOOC

N-acetil-D-glucosamina

(NAG)

Acido N-acetilmuramico

(NAMA)

COOH

NH2H

HH

HH

NH2H

COOH

(D)

(L)

Altri aminoacidi naturali (L) o loro enantiomeri (D)

Acido a,e-diamminopimelico (config. meso):

D-DAP-L o DL-DAP o m-DAP (2R,6S)

O

CH2OH

OH

NH

HO

COCH3

O

O

CH2OH

NH

O

COCH3

O

COOH

HCCH3

Peptidoglycandisaccharide

NAGNAM

amino acid side chain attached here

( gram +; *Staphylococcus)(gram-; E. coli)

NH2CHHOOC

(CH2)3

HOOC NH2CH

NH2CHH

(CH2)3

HOOC NH2CH

acido

diaminopimelico lisina

Disaccaride del

Peptidoglicano: NAG-NAMA

O

Legame 1,4-beta glucosidico

BIOSINTESI DEI PRECURSORI

Piruvil transferasi

UDP-NAMA

(N-ACETIL-D-GLUCOSAMMINA)

3

(Phosphoenolpyruvate)

BIOSINTESI DEI PRECURSORI II

DAP-Peptidoglicani Lisin-Peptidoglicani

FORMAZIONE DEL PEPTIDOGLICANO LINEARE

Peptidoglican sintetasi

P

Lys

FORMAZIONE DEI LEGAMI TRASVERSALI DEL PEPTIDOGLICANO

PEPTIDOGLICANO (MUCOPEPTIDE, MUREINA)

Polimero glicopeptidico

-NAMA-NAG - polimero glicopeptidico

Polimero glicopeptidico - NAMA-NAG

Polimero glicopeptidico

CITOPLASM

• Fosfomicina ( Acidi fosfonici)

• Novobiocina

• Cicloserina

• Bacitracina

• Penicilline

• Cefalosporine

• Altri antibiotici b-lattamici

• Dalbaeptidi (AB Glicopeptidici)

INIBITORI DELLA SINTESI DELLA

PARETE CELLULARE

(inibitori della biosintesi del peptidoglicano)

A. Biogenesi da amminoacidi(da un solo amminoacido)

O

OH

HH2N

OH

CH2

COOH

NH2H

CH

CH2OH

NH

H

HO

COCHCl2

L-Serina

D-Cicloserina

L-Fenilalanina D-(treo)-Cloramfenicolo

(CAF)

O

NH

OH

H2N

4-Amino-isoxazolidin-3-one

CICLOSERINA

• Prodotta da Streptomyces lavendulae, garyphalus, orchidaceus)

• Meccanismo di azione: inibisce la Ala racemasi e la D-Ala-DAla sintetasi

•Attiva su alcuni Gram +, diversi Gram- e su micobatteri (mdr-tTbc, xdrTb)

•Tossicità: convulsioni, Jap: aumento della tendenza al suicidio (?)

Blumberg, P. M., and Strominger, J. L. (1974) Bacteriol Reu. 38

Vitamina B6Alanina racemasi

(PLP dipendente)

Lys39, Tyr265

+H+Addiz.-stereospec

transaminazione

racemizzazione

decarbossilazione

L-AA

P-piridossale (forma aldimminica cofattore enzimatico)

Base di Schiff(interemedio, aldimminico)

Intermedio chinoideP-piridossammina

Intermedio chinoide

P-piridossale (forma aldimminica cofattore enzimatico rigenerato)

D-AA

carbanione Intermedio chinoide

Base di Schiff(interemedio, aldimminico)

Intermedio chinoide

P-piridossale (forma aldimminica cofattore enzimatico rigenerato)

vitamina B6

C. Geoffrey F. Stamper et al. Biochemistry 1998, 37, 10438-10445

Timothy D. Fenn et al. Biochemistry 2003, 42, 5775-5783

+H2O

FOSFOMICINAAcido(-)-cis-1,2-epossi-propil-1-fosfonico

O

CH3

H H

PO

OH

OH

• Prodotto dalla fermentazione di Streptomyces fradiae

• Biogenesi glicidica (da Piruvato)

• Analogo strutturale di Ac. Lattico e Ac. Piruvico

• Meccanismo di azione : inibisce la piruvato-UDP-NAG tranferasi ( reattività alchilante

del ciclo epossido: formazione di un legame covalente con un gruppo SH dell’ enzima)

• Spettro antibatterico ampio (battericida), molto attivo verso Prot., Pseudom. Salmon.

• Config. assoluta 1R, 2S

• Altamente polare: utilizza il sistema di trasporto dell’ L-a-glicerofosfato per attraversare

la membrana cellulare

Sale disodico (i.m.), Sale di calcio (os).

Sale di trometamina (os, > assorbimento)

Trometamina: NH2-C(CH2OH)3

Monuril; Fosfocin

O

CH3

H H

PO

OH

OH

Analogie strutturali tra fosofomicina e

fosfoenol-piruvato (PEP)

Biochemistry 2001, 40, 1550-1559

Eur. J. Biochem. 271, 2682–2690 (2004) FEBS 2004

MurAUDP-NAMA

riduz

Acidi fosfonici

H2N

HN P

CH3

O CH3

O

OH

OH*

S

R

*

Metab.

ALAFOSFALINA

Acido S-alanil-R-1-aminoetilfosfonico

Ampio spettro, in particolare vs. Gram -

N

OH

P

O

OHOH

O Acido 3-(N-formil-N-idrossiamino)propilfosfonico

FOSMIDOMICINA (Sale sodico; ampio spettro, in

particolare vs. Gram -;Malaria)

Lancet 2002; 360: 1941–42

( Inibitori della Ala racemasi e DAla-DAla sintetasi)

Biochemistry 1998, 37, 10438-10445

DIAPOSITIVE ADDIZIONALI

C. Geoffrey F. Stamper et al. Biochemistry 1998, 37, 10438-10445

1-Deoxy-d-Xylulose 5-Phosphate Reductoisomerase (IspC) from Mycobacterium tuberculosis: towards Understanding

Mycobacterial Resistance to Fosmidomycin J Bacteriol. 2005 December; 187(24): 8395–8402

Regione

periplasmaticaPeptidoglicano

transpeptidasi

3° stadio

transglicosilasi

1° stadio

2° stadio Regione

citoplasmatica

lipide I lipide II

MurA UDP-N-acetylglucosamine 1-carboxyvinyltransferase

MurB UDP-N-acetylmuramate dehydrogenase

MurC UDP-N-acetylmuramate—L-alanine ligase

MurD UDP-N-acetylmuramoyl-L-alanine—D-glutamate ligase

EC 6.3.2.13 UDP-N-acetylmuramoyl-L-alanyl-D-glutamate—2,6-diaminopimelate ligase

MurE UDP-N-acetylmuramoyl-L-alanyl-D-glutamate—L-lysine ligase

MurF UDP-N-acetylmuramoyl-tripeptide—D-alanyl-D-alanine ligase

P O

OONAG

NAMA

DAP= O

O OH

HO(R)(S)

NH2 NH2

O

OH

(R)

NH2

H2NLys=

Nucleotide pentapeptidico

EC 5.1.1.1

alanina racemasi;

(L-alanina racemasi)

Classe Isomerasi

Racemasi e epimerasi

Agiscono su AA e deriv.

Substrato L-alanina Prodotto D-alanina

Cofattore Piridossale fosfate

Inibitore 3-Fluoro-D-alanina

Metabolismo della D-Alanina

Alanina –Aspartato

Glicolisi

Selenoaminoacidi

Cianoaminoacidi

D-Arginina–D-Ornitina

Peptidoglicano

D-Alanil-D-alanina

Piruvato

D-Alanina

L-Alanina

Peptidoglycan Biosynthesis (Part 2)

MurY phospho-N-acetylmuramoyl-pentapeptide-transferase

MurG undecaprenyldiphospho-muramoylpentapeptide b-N-acetylglucosaminyltransferase

Biosintesi del Peptidoglicano (Parte 2)

Lipide I

Lipide IIGram +

Peptidoglycan Biosynthesis (Part 3)

EC 2.4.1.129 peptidoglycan glycosyltransferase

EC 3.6.1.27 undecaprenyl-diphosphatase

Biosintesi del Peptidoglicano (Parte 3)