Alexander Fleming La piastra originale

La muffa: Penicillium notatum

Colonie diS.aureus

Antibiotici e antibioticoAntibiotici e antibiotico--resistenzaresistenza

CHEMIOTERAPIA CHEMIOTERAPIA ANTIMICROBICAANTIMICROBICA

ANTIBIOTICIANTIBIOTICI : definizioni : definizioni Con il termine Con il termine antibioticoantibiotico si si

definiscono sostanze prodotte da definiscono sostanze prodotte da batteri o funghi in grado di inibire la batteri o funghi in grado di inibire la crescita di altri microrganismi. crescita di altri microrganismi.

Dal momento che attualmente molte Dal momento che attualmente molte molecole vengono prodotte per via molecole vengono prodotte per via sintetica o semisintetica sintetica o semisintetica èè preferibile preferibile utilizzare il termine utilizzare il termine CHEMIOANTIBIOTICOCHEMIOANTIBIOTICO

ProprietProprietàà fondamentale:fondamentale:TOSSICITA' SELETTIVATOSSICITA' SELETTIVA

E' la capacitE' la capacitàà degli antibiotici di risultare degli antibiotici di risultare tossici esclusivamente nei confronti dei tossici esclusivamente nei confronti dei microrganismi e non nei confronti delle microrganismi e non nei confronti delle cellule cellule eucarioticheeucariotiche. .

I disinfettanti non presentano tossicitI disinfettanti non presentano tossicitààselettiva, non possono pertanto, essere selettiva, non possono pertanto, essere impiegati nel trattamento sistemico delle impiegati nel trattamento sistemico delle malattie infettive. malattie infettive.

Gli antibiotici debbono la loro Gli antibiotici debbono la loro tossicittossicitàà selettivaselettiva aa::

1) Assenza nelle cellule 1) Assenza nelle cellule eucarioticheeucariotiche di particolari siti che di particolari siti che rappresentano il bersaglio dell'azione degli antibiotici rappresentano il bersaglio dell'azione degli antibiotici (es. parete cellulare) (es. parete cellulare)

2) Diversa capacit2) Diversa capacitàà di penetrazione del farmaco nelle di penetrazione del farmaco nelle cellule cellule eucarioticheeucariotiche e e procarioticheprocariotiche (es. tetracicline) (es. tetracicline)

3) Diversa affinit3) Diversa affinitàà del farmaco per strutture simili del farmaco per strutture simili funzionalmente, ma non strutturalmente. (es. antibiotici funzionalmente, ma non strutturalmente. (es. antibiotici che bloccano la sintesi proteica, per la diversa struttura che bloccano la sintesi proteica, per la diversa struttura del ribosoma del ribosoma procarioticoprocariotico) )

N.B. Gli antibiotici antibatterici N.B. Gli antibiotici antibatterici nonnon possiedono attivitpossiedono attivitàànei confronti nei confronti dei virusdei virus per l'assenza in questi ultimi di per l'assenza in questi ultimi di bersagli specifici che possono indirizzare un'azione bersagli specifici che possono indirizzare un'azione specificatamente tossica. specificatamente tossica.

Bersagli cellulari degli antibiotici

chinolonichinoloni

intervengono nella sintesi del DNA dei intervengono nella sintesi del DNA dei batteribatteririfampicinarifampicina

tetraciclinetetracicline

neomicinaneomicina

kanamicinakanamicina

alterano la sintesi proteica alterano la sintesi proteica cloramfenicolocloramfenicolo

polimixinapolimixina

alterano la permeabilitalterano la permeabilitàà della membrana della membrana battericabattericanistatinanistatina

penicillinepenicilline

inibiscono la sintesi dei componenti inibiscono la sintesi dei componenti della parete battericadella parete batterica

bacitracina cefalosporine bacitracina cefalosporine cicloserinacicloserina, , vancomicinavancomicina

Meccanismo d'azioneMeccanismo d'azioneAntibiotici Antibiotici

Meccanismo dMeccanismo d’’azione degli antibioticiazione degli antibiotici

CLASSIFICAZIONECLASSIFICAZIONEEsistono diversi sistemi di classificazione in Esistono diversi sistemi di classificazione in

considerazione del notevole numero di molecole considerazione del notevole numero di molecole utilizzate nella pratica clinica. utilizzate nella pratica clinica.

1. Classificazione in FAMIGLIE 1. Classificazione in FAMIGLIE Vengono classificati in "famiglie" molecole che presentano Vengono classificati in "famiglie" molecole che presentano

caratteristiche simili (es. penicilline, cefalosporine etc.) caratteristiche simili (es. penicilline, cefalosporine etc.)

2. Classificazione secondo lo 2. Classificazione secondo lo SPETTRO SPETTRO D'AZIONED'AZIONESi intende per spettro d'azione, il ventaglio delle specie Si intende per spettro d'azione, il ventaglio delle specie

batteriche nei riguardi delle quali l'antibiotico mostra batteriche nei riguardi delle quali l'antibiotico mostra attivitattivitàà..

Lo spettro d'azione sarLo spettro d'azione saràà:: Ampio: Ampio: la molecola la molecola èè attiva verso attiva verso

batteri batteri GramGram positivi e negativi positivi e negativi

mediomedio: la molecola : la molecola èè attiva ad es. verso attiva ad es. verso batteri batteri GramGram positivi e verso taluni positivi e verso taluni GramGram negativi negativi

ristretto:ristretto: la molecola la molecola èè attiva ad es. attiva ad es. solamente verso batteri Gram positivi o solamente verso batteri Gram positivi o solo verso solo verso GramGram negativi negativi

Classificazione secondo il Classificazione secondo il TIPO TIPO D'AZIONED'AZIONE

L'azione dell'antibiotico può essere: L'azione dell'antibiotico può essere: batteriostaticabatteriostatica: l'antibiotico blocca la : l'antibiotico blocca la

riproduzione dei batteri riproduzione dei batteri battericidabattericida: l'antibiotico determina la : l'antibiotico determina la

morte dei batteri. Si definisce morte dei batteri. Si definisce battericida l'antibiotico il quale dopo battericida l'antibiotico il quale dopo 24 h di contatto "in vitro"determina 24 h di contatto "in vitro"determina una sopravvivenza uguale o inferiore una sopravvivenza uguale o inferiore allo 0,01%. allo 0,01%.

•L'azione batteriostatica o battericida di un antibiotico dipendono dal meccanismo d'azione.

• Saranno battericidi gli antibiotici che agiscono su strutture fondamentali per la cellula batterica quali: la parete o gli acidi nucleici.• I batteriostatici sono solo inibitori della crescita

•Per valutare se un antibiotico è batteriostatico o battericida si determinano le M.I.C e le M.B.C.

Penicillina G: il primo antibiotico scoperto-un farmaco beta-lattamico

Anello beta-lattamico

Anello tiazolidinico

Altri antibiotici beta-lattamici

OCH3

OCH3

CO CH

C H

S

COOH

(CH3)2

METICILLINA: farmaco antiMETICILLINA: farmaco anti--stafilococcicostafilococcico

=O

NH CH

N

C

CH

Il bersaglio dei beta-lattamici: la sintesi dei legami crociatida aa. inposizione 3 ad aa. in posizione 4

Aminoglicosidi. Inibitori della subunità 30S dei ribosomi

AntibioticoAntibiotico--resistenzaresistenza EE’’ la capacitla capacitàà dei batteri di essere o di dei batteri di essere o di

diventare resistenti nei confronti degli diventare resistenti nei confronti degli antibiotici. antibiotici.

Aspetti importanti dellAspetti importanti dell’’antibioticoantibiotico--resistenza:resistenza:1.1. problema di grande attualitproblema di grande attualitàà e di profondo e di profondo

impatto pratico; impatto pratico; 2.2. condiziona la scelta, lcondiziona la scelta, l’’impiego, il futuro della impiego, il futuro della

chemioterapia; chemioterapia; 3.3. Essa inizia con la nascita della Essa inizia con la nascita della

chemioterapia e ne accompagna lchemioterapia e ne accompagna l’’impiego impiego costantemente; costantemente;

MECCANISMI DELLMECCANISMI DELL’’ANTIBIOTICO RESISTENZA ANTIBIOTICO RESISTENZA 11

I meccanismi attraverso i quali può I meccanismi attraverso i quali può instaurarsi una resistenza instaurarsi una resistenza antibiotica sono: antibiotica sono:

ridotta permeabilitridotta permeabilitàà cellulare cellulare aumentato efflusso aumentato efflusso alterazione del bersaglio alterazione del bersaglio produzione di enzimi inattivanti produzione di enzimi inattivanti

(vedi figura 1)(vedi figura 1)

Meccanismi di resistenza 2Meccanismi di resistenza 2 Ridotta permeabilitRidotta permeabilitàà cellularecellulare: : •• la penetrazione di un antibiotico può essere ridotta da la penetrazione di un antibiotico può essere ridotta da

cambiamenti strutturali negli involucri superficiali dellacambiamenti strutturali negli involucri superficiali dellacellula. Nei cellula. Nei GramGram-- la resistenza può essere dovuta ad la resistenza può essere dovuta ad alterazione delle alterazione delle porineporine. .

Aumentato efflusso: Aumentato efflusso: ll’’antibiotico penetrato nella cellula batterica antibiotico penetrato nella cellula batterica èè allontanato da allontanato da

sistemi di efflusso. sistemi di efflusso. Nei Nei GramGram-- le pompe di efflusso operano accoppiate a le pompe di efflusso operano accoppiate a ””

proteine canaleproteine canale”” che provocano lche provocano l’’espulsione diretta del espulsione diretta del farmacofarmaco

Alterazione del bersaglioAlterazione del bersaglio:: il bersaglio dellil bersaglio dell’’antibiotico antibiotico èè alterato e non alterato e non èè pipiùù riconosciuto riconosciuto

dal batterio. dal batterio.

Figura 1

Es.PBP

AZIONE DELLA PENICILLINA SUI BATTERI GRAM POSITIVI

Resistenza mediata da Resistenza mediata da --lattamasilattamasi Le betalattamasi (EC 3.5.2.6) aprono l'anello Le betalattamasi (EC 3.5.2.6) aprono l'anello

betalattamico idrolizzando il legame Cbetalattamico idrolizzando il legame C--NN IIl farmaco viene convertitol farmaco viene convertito in formain forma inattivinattivaa ai fini ai fini

dell'azione antibattericadell'azione antibatterica Il mondo batterico annovera numerosi differenti Il mondo batterico annovera numerosi differenti

tipi di betalattamasitipi di betalattamasi (BL)(BL)ESBL=betaESBL=beta--lattamasi a spettro esteso lattamasi a spettro esteso poichpoichééidrolizzano anche il legame idrolizzano anche il legame betabeta--lattamicolattamico di di cefalosporine (cefalosporine (cefotaximecefotaxime, , ceftazidimeceftazidime ecc)ecc)LL’’ acido acido clavulanicoclavulanico èè un inibitore di un inibitore di betabeta--lattamasilattamasi e può essere utilizzato per e può essere utilizzato per ““stabilizzarestabilizzare””la molecola di la molecola di betabeta--lattamicolattamico (es. (es. ampicillinaampicillina))

LL’’antibiogrammaantibiogramma

EE’’ un test qualitativo di valutazione della un test qualitativo di valutazione della sensibilitsensibilitàà a diversi antibiotici di un ceppo a diversi antibiotici di un ceppo batterico. batterico.

Tale ceppo Tale ceppo èè stato precedentemente isolato stato precedentemente isolato in coltura pura e identificatoin coltura pura e identificatocome responsabile di una come responsabile di una patologia.patologia.Una tecnica tradizionale di Una tecnica tradizionale di allestimento allestimento èè il il KirbyKirby--BauerBauer

Allestimento di un Kirby-Bauer

Dispensatore di antibiotici caricati su dischetti di carta bibula

Esecuzione dellEsecuzione dell’’antibiogrammaantibiogramma

Si Si piastranopiastrano 1 o 2 gocce1 o 2 gocce di sospensione batterica strisciando di sospensione batterica strisciando sullsull’’ agar (terreno MH) in modo che la piastra venga agar (terreno MH) in modo che la piastra venga omogeneamente seminata e dia una crescita confluente, omogeneamente seminata e dia una crescita confluente, dopo incubazione. dopo incubazione.

Si appongono immediatamente dischetti di carta bibula Si appongono immediatamente dischetti di carta bibula impregnati con diversi antibioticiimpregnati con diversi antibiotici

Le piastre sono incubate a Le piastre sono incubate a 3737°°C per 18C per 18--24 ore.24 ore. Valutare il diametro di inibizione della crescita per ogni Valutare il diametro di inibizione della crescita per ogni

antibiotico antibiotico

Antibiogramma: lettura manuale con misurazione dei diametri degli aloni di inibizione

DEFINIZIONI di MIC e MBC:

M.I.C. o minima concentrazione inibenteè la minima concentrazione di antibiotico in grado di impedire lo sviluppo dei microrganismi (vedi Fig.2)

M.B.C. o minima concentrazione battericida è la minima concentrazione di antibiotico in grado di portare a morte le cellule batteriche (vedi Fig.3).

MIC in terreno liquido: la torbidità, decrescente al crescere della concentrazione di antibiotico, indica la progressiva inibizione della crescita batterica

Figura 2

MIC/MBC test di un batterio moderatamente resistente ad un farmaco battericida.

Figura 3

Crescita batterica

MIC=4

Alone di inibizione

Un’altra tecnica per fare un antibiogramma: E-test

Esempio di controllo della sensibilità a 3 farmaci diceppi di S. aureus

MeticillinaMeticillinaVancomicinaVancomicinaTeicoplaninaTeicoplanina

3232161688TeicoplaninaTeicoplanina

323288--161644VancomicinaVancomicina

16168844MeticillinaMeticillina

resistente resistente

g/mlg/ml

Intermedio Intermedio

g/mlg/ml

sensibile sensibile

g/mlg/ml

AntibioticoAntibiotico

Valori soglia in Valori soglia in g/ml per lg/ml per l’’ antibioticoantibiotico--sensibilitsensibilitàà (NCCLS)(NCCLS)

MIC DI

Lettura di un antibiogramma dopo incubazione

RESISTENZA CROMOSOMICA RESISTENZA CROMOSOMICA

Costituisce solo il 10Costituisce solo il 10--15% di tutte le resistenze 15% di tutte le resistenze acquisite (bassa frequenza di insorgenza) acquisite (bassa frequenza di insorgenza)

Si realizza tramite unSi realizza tramite un’’alterazione mutazionale alterazione mutazionale spontanea dellspontanea dell’’informazione genetica cromosomica informazione genetica cromosomica

LL’’antibiotico esercita unantibiotico esercita un’’azione selettiva (seleziona azione selettiva (seleziona i mutanti resistenti, inibendo le cellule sensibili) i mutanti resistenti, inibendo le cellule sensibili)

Tale resistenza può interessare solo lTale resistenza può interessare solo l’’antibiotico antibiotico verso il quale sono stati isolati i mutanti resistenti verso il quale sono stati isolati i mutanti resistenti

Resistenza extraResistenza extra--cromosomicacromosomica

Costituisce il 90% di tutte le resistenze (alta frequenza Costituisce il 90% di tutte le resistenze (alta frequenza di insorgenza) di insorgenza)

Si origina per acquisizione di Si origina per acquisizione di nuova informazione nuova informazione geneticagenetica che deriva da altri microrganismi e che penetra che deriva da altri microrganismi e che penetra nella cellula mediante i meccanismi di nella cellula mediante i meccanismi di coniugazione, coniugazione, trasformazione e traduzionetrasformazione e traduzione) )

Riguarda piRiguarda piùù antibiotici contemporaneamente antibiotici contemporaneamente (resistenza multipla)(resistenza multipla)

Può essere trasferita anche a microrganismi Può essere trasferita anche a microrganismi appartenente a specie differenti (resistenza contagiosa) appartenente a specie differenti (resistenza contagiosa)

EE’’ dovuta a geni presenti su plasmidi o dovuta a geni presenti su plasmidi o trasposonitrasposoni(elementi genici mobili) (elementi genici mobili)

: trasferimento genico

Associazioni di Farmaci:Associazioni di Farmaci:

Quando si utilizzano due diversi Quando si utilizzano due diversi farmaci si possono verificare farmaci si possono verificare situazioni diversesituazioni diverse::

SinergismoSinergismo Effetto sommaEffetto somma AntagonismoAntagonismo

Associazione di farmaci: effetti diversi

resist.

BetaBeta--lattamasilattamasi stafilococcichestafilococciche

La prima osservazione concernente una penicillinasi La prima osservazione concernente una penicillinasi plasmidicaplasmidica fu pubblicata nel 1940fu pubblicata nel 1940

Ceppi di Ceppi di S. aureusS. aureus penicillinasipenicillinasi--produttori emersero produttori emersero rapidamente con lrapidamente con l’’introduzione dellintroduzione dell’’antibiotico in antibiotico in terapiaterapia

Dalla metDalla metàà degli anni 50 degli anni 50 èè temuto lo stafilococco temuto lo stafilococco nosocomialenosocomiale, resistente alle penicilline betalattamasi, resistente alle penicilline betalattamasi--labili ed ad altri antibiotici (tetracicline, macrolidi, labili ed ad altri antibiotici (tetracicline, macrolidi, cloramfenicolocloramfenicolo……))

Nuovi agenti antiNuovi agenti anti--Gram+Gram+

Resi necessari dallResi necessari dall’’emergenza e diffusione emergenza e diffusione di enterococchi di enterococchi multiresistentimultiresistenti e di MRSAe di MRSA

Farmaci introdotti di recente sono:Farmaci introdotti di recente sono: QuinuQuinu--dalfopristinadalfopristina LinezolidLinezolid TigeciclinaTigeciclina

Effetti collateraliEffetti collaterali

Alcuni antibiotici possono dare effetti Alcuni antibiotici possono dare effetti collaterali:collaterali:

eritemieritemiessere ototossiciessere ototossiciessere essere nefrotossici ecc.nefrotossici ecc.