Antybiotyki
Aminoglikozydy
Budowa
W swojej budowie zawierają aminocukry oraz aminocyklitol np streptydynę(streptomycyna) lub deoksystreptaminę(gentamycyna).
Przykłady
Naturalne: streptomycyna, gentamycyna, tobramycyna, kanamycyna, neomycyna
Półsyntetyczne: amikacyna,netylmycyna.
Mechanizm
Wiążą się z receptorem dla kationów Ca i Mg, następnie są aktywnie transportowane do wnętrza komórki(niskie pH i warunki beztlenowe zaburzają ten etap) i blokują podjednostkę 30S rybosomów hamując w ten sposób syntezę białka. Wykazują efekt postantybiotykowy(supresja wzrostu bakterii w ognisku zakażenia po pierwotnej ekspozycji na antybiotyk nawet wtedy gdy jego stężenie spada poniżej wartości MIC), synergizm z antybiotykami beta-laktamowymi.
Oporność
Oporność bakterii na aminoglikozydy związana jest z syntezą N-acetylotransferaz, O-fosfotransferaz, O-nukleotydylotransferaz (np. przez enterococcus, gronkowce), które prowadzą do powstania pochodnych pozbawionych aktywności.Enzymy mogą występować jako dwufunkcyjne kompleksy np acetylotransferaza/fosfotransferaza S.aureus czy E. Faecalis kodowane przez transpozon Tn-4001. Inny mechanizm spotykany np. u P.aeruginosa czy Enterococcus faecalis to zaburzenie energozależnego transportu antybiotyku. Kolejny mechanizm polega na modyfikacji białka S12 wchodzącego w skład podjednostki 30S rybosomu i utracie zdolności wiązania antybiotyku.
Spektrum
G- pałeczki (oprócz H. influenzae)
G+ ziarenkowce (statycznie)
Prątki
Antybiotyki przeciwgrzybicze [ustny]
Polieny: naturalne antybiotyki, wytwarzane przez Streptomyces (promieniowce). Zbudowane z makrolidowego pierścienia, zamkniętego przez utworzenie estru lub laktonu, zawierają dużą liczbę podwójnych wiązań i grup hydroksylowych.Przykłady: amfoterycyna B, nystatyna Mechanizm: wiążą się ze steroidami błon komórkowych grzybów zwiększając ich przepuszczalność i wypływ jonów potasu oraz aminocukrów na zwenątrz, dochodzi do zaburzenia metabolizmu i śmierci komórki. Niestety w ten sam sposób reagują z innymi komórkami zawierającymi steroidy w błonach, co jest przyczyną znacznej toksyczności tych leków.
Azole: Budowa: syntetyczne antybiotyki o 5-członowym pierścieniu, zawierające dwa (imidazole) lub trzy (triazole) atomy azotu.Przyklady: (imidazole) ketokonazol, klotrimazol, (triazole) flukonazol. Mechanizm: hamowanie syntezy ergosterolu i zaburzanie syntezy fosfolipidów błon (zmiana przepuszczalności: ucieczka potasu, fosforanów), pochodne imidazolu zmieniają aktywnośc oksydaz i reduktaz (zniszczenie organelli wewnątrzkomórkowych). Azole hamują transformację blastospor Candida w formy inwazyjne.
Antymetabolity: flucytozyna(5-fluorocytozyna). Mechanizm: flucytozyna dostaje się do wnętrza komórki za pośrednictwem permeazy cytozynowej, ulega redukcji do fluorouracylu przez deaminaze cytozynową. Wbudowanie fluorouracylu do RNA blokuje synteze białka. Inny szlak prowadzi do powstania fluorodeoksyurydyny, która zaburza syntezę DNA.
Spektrum:
Polieny: wiekszość grzybów oprócz Epidermophyton, Trychophyton, Microsporum
Azole: większość grzybów oprócz Candida glabrata, Candida krusei, Mucor
Flucytozyna: Cryptococcus, Candida, Aspergillus
Echinokandyny: Anidulafungina to półsyntetyczna pochodna antybiotyku lipopeptydowego, echinokandyny B, który jest produktem fermentacji grzyba Aspergillus nidulans.Podobnie jak inne echinokandyny, działa grzybobójczo poprzez selektywne hamowanie syntazy β-(1,3)-D-glukanu. Enzym ten występuje wyłącznie w ścianie komórkowej grzybów i jest niezbędny do syntezy β-(1,3)-D-glukanu, który jest istotnym jej składnikiem.
Anidulafungina jest aktywna wobec drożdżaków z rodzaju Candida oraz wobec obszarów aktywnego wzrostu komórek w grzybni u Aspergillus fumigatus.
Oporność: nadprodukcja enzymów docelowych dla leku, zmiana miejsca docelowego działania leku, aktywne wypompowywanie leku na zewnątrz komórki, brak przepuszczalności błony komórkowej grzyba dla leku, zmiana szlaku metabolicznego, unieczynnianie enzymów aktywujących lek, wydzielanie enzymów degradujących lek.
Beta laktamazy
Klasyfikacja molekularna oparta na podstawie homologii sekwencji aminokwasowych zaproponowana przez Ambler: enzymy należące do klas A, C, D to β-laktamazy serynowe, klasa B obejmuje metaloenzymy (MBL)
Cztery klasy wyodrębnione na podstawie profilu substratowego oraz wrażliwości na inhibitory β-laktamaz wg Bush
GRUPA 1 (C) - cefalosporynazy, oporne na kwas klawulanowy
GRUPA 2 (2a-2f) (A, D) - penicylinazy i cefalosporynazy hamowane przez kwas klawulanowy
GRUPA 3 (B) - metalo-ၢ-laktamazy
GRUPA 4 - penicylinazy oporne na kwas klawulanowy
Gatunkowo specyficzne: są to stare ewolucyjnie enzymy, kodowane chromosomalnie, charakterystyczne dla danego gatunku, produkowane na dość niskim poziomie, wąskosubstratowe (penicylinazy, cefalosporynazy). Produkowane przez np SA, Pseudomonas, Bacteroides
Wtórne: pochodzą od specyficznych gatunkowo, chromosomalnych enzymów, rozprzestrzeniły się dzięki przeniesieniu na plazmid.
ESBL i BSBL: betalaktamazy o poszerzonym spektrum substratowym, kodowane plazmidowo, powstały na skutek mutacji pojedynczych w betalaktamazach wtórnych. Hydrolizują penicyliny, cefalosporyny I, II, III (oprócz cefamycyn), monobaktamy. Najczęściej są to enzymy z grup TEM, SHV, CTX-M. Produkowane przez np. Klebsiella, E. coli
IBL: indukcyjne enzymy, kodowane chromosomalnie lub plazmidowo.
AmpC betalaktamazy derepresorowane: powstałe na skutek pojedynczej mutacji, która powoduje stałą ekspresję chromosomalnego genu AmpC na wysokim poziomie niezależnie od obecności induktora. Hydrolizują penicyliny (także z inhibitorami), cefalosporyny I,II,III (w tym cefamycyny), monobaktamy. Produkowane przez Enterobacter, Citrobacter, Serratia, Morganella.
MBL: zaliczane do metaloenzymów ze względu na obecność cynku w miejscu aktywnym. W odróżnieniu od betalaktamaz serynowych (np ESBL) mają zdolnośc do hydrolizy karbapenemów. Produkowane przez np: Aeromonas hydrophila, Pseudomonas, Serratia.
Cefalosporyny
Budowa
Pochodne kwasu 7-aminocefalosporynowego, zawierają pierścień beta-laktamowy i dihydrotiazynowy
Przykłady
I generacja: cefalorydyna, cefradyna, cefadroksyl, cefazolina
II generacja: cefamandol, cefoksytyna, cefaklor, cefuroksym
III generacja: cefotaksym, cefpodoksym, ceftriakosn, ceftazydym
IV generacja: cefepim, cefpirom, cefklidyna
Mechanizm
Blokują miejsce aktywne białek PBP (transpeptydaz, karboksypeptydaz), uniemożliwiają
tworzenie mostków łączących podjednostki peptydoglikanu w integralną całość.
Oporność
Związana z produkcją enzymów rozkładających antybiotyk (cefalosporynazy np. chromosomalne enzymy ampC), zmianą miejsca docelowego (MRSA - mutacje w białkach PBP) oraz z zaburzeniem transportu antybiotyku przez ścianę komórki (mutacje w kanałach Omp C i Omp F - outer membrane proteins)
Spektrum
I generacja: G+ ziarenkowce (nie penetrują do OUN)
II generacja: G+ ziarenkowce, H. Influenzae, Moraxella, pałeczki G- (bez Pseudomonas, Acinetobacter, Serratia, nie wszystkie Enterobacteriaceae)(nie penetrują do OUN)
III generacja: G+ ziarenkowce, H. Influenzae, Moraxella, pałeczki G-(w tym także Pseudomonas, Serratia, Acinetobcter i wszystkie Enterobacteriacae) (penetrują do OUN)
IV generacja: tak jak III, ale skuteczniejszcze wobec szczepów ampC
Nie skuteczne wobec: Enterococcus, Listeria monocytogenes, G- pałeczki beztlenowe, MRSA
Chinolony
Budowa
Pochodne kwasu nalidyksowego, fluorochinolony mają w 9. pozycji atom fluoru
Przykłady
Chinolony: kwas nalidyksowy
Fluorochinolony: ciprofloksacyna
Polifluorochinolony: fleroksacyna
Naftyrydynochinolony: gemifloksacyna
Mechanizm
Inhibitory gyrazy DNA (bakteryjnej topoizomerazy II i IV). Zablokowanie aktywności gyrazy prowadzi do gromadzenia nadmiaru skrętów dodatnich i blokowania replikacji DNA (normalnie gyraza wprowadza ujemne skręty, rekompensując w ten sposób skręty dodatnie -jest to niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórki). Wykazują efekt poantybiotykowy.
Oporność
Polega na mutacjach(zamiana pojedynczego aminokwasu) w genach gyrazy(topoizomerazy II), gyrA i gyrB lub topoizomerazy IV odpowiednio u bakteri G-(np Pseudomonas) i G+(np SA). Oporność niskiego stopnia jest powodowana obecnością genów nor determinujących syntezę białek usuwających antybiotyk z wnętrza komórki.
Spektrum
G+ tlenowce
G- tlenowce
Naftyrydynochinolony aktywne także wobec beztlenowców
Glikopeptydy
Budowa
Wielkocząsteczkowe związki heterocykliczne
Przykłady
Wankomycyna, teikoplanina
Mechanizm
Tworzą kompleks z N-acetylo-pentapeptydem, tj. prekursorem peptydoglikanu, przez utworzenie wiązań wodorowych z terminalnymi cząsteczkami tego pentapeptydu: D-Ala-D-Ala. Jest to inny etap niż w przypadku betalaktamów, więc nie występuje oporność krzyżówa. Wykazują synergizm z aminoglikozydami (ale mogą także potęgować nefro- i ototoksyczność)
Oporność
Związana z obecnością genów (VRE/GRE= vancomycin/glycopetide resistant Enterococci):
vanA (oporność na wankomycynę i teikoplaninę)
vanB (zróżnicowana oporność na wankomycynę, wrażliwe na teikoplaninę)
vanC (niska oporność na wankomycynę, wrażliwe na teikoplanię)
vanD (umiarkowana oporność na wankomycyne, wrażliwe lub niskooporne na teikoplaninę)
vanE (oporność na wankomycynę i teikoplanię)
Związna z przebudową ściany komórkowej (VISA/GISA= vancomycin/glycopeptide intermediate Staphylococcus aureus)
Spektrum
Streptococcus
Enterococcus
Staphylococcus
Clostridum difficile
Corynebacterium jeikium
HLAR,ESBL
HLAR= high level aminoglycoside resistance
Oporność bakterii na aminoglikozydy związana jest z syntezą N-acetylotransferaz, O-fosfotransferaz, O-nukleotydylotransferaz (np. przez enterococcus, gronkowce), które prowadzą do powstania pochodnych pozbawionych aktywności.Enzymy mogą występować jako dwufunkcyjne kompleksy np acetylotransferaza/fosfotransferaza S.aureus czy E. Faecalis kodowane przez transpozon Tn-4001. Inny mechanizm spotykany np. u P.aeruginosa czy Enterococcus faecalis to zaburzenie energozależnego transportu antybiotyku. Kolejny mechanizm polega na modyfikacji białka S12 wchodzącego w skład podjednostki 30S rybosomu i utracie zdolności wiązania antybiotyku.
ESBL= extended spectrum beta-lactamases
ESBL i BSBL: betalaktamazy o poszerzonym spektrum substratowym, kodowane plazmidowo, powstały na skutek mutacji pojedynczych w betalaktamazach wtórnych. Hydrolizują penicyliny, cefalosporyny I, II, III (oprócz cefamycyn), monobaktamy. Najczęściej są to enzymy z grup TEM (skrót od imienia greckiej pacjentki Temoneira, od której w 1965r. wyizolowano szczep E. coli wytwarzający β-laktamazę TEM-1), SHV (skrót od sulfhydryl variant), CTX-M. Produkowane przez np. Klebsiella, E. coli
Linkozamidy
Budowa
Pochodne kwasu propylohygronowego i ośmiowęglowego aminocukru - metylotiolinkozaminy połączone wiązaniem amidowym.
Przykłady
Naturalne: linkomycyna
Pół-syntetyczne: klindamycyna
Mechanizm
Wiązanie sie z podjednostką 50S rybosomu(blokują zawarte w niej białko L16).
Oporność
MLSB
Spektrum
Ziarenkowce G+ (oprócz Enterococcus)
Beztlenowce: ziarenkowce, pałeczki(Bacteroides, Fusobacterium), laseczki (oprócz C. difficile)
Makrolidy
Budowa
Związki lipofilne, z centralnie ułożonym jądrem laktonowym, zawierającym 12 - 16 atomów węgla, prawie pozbawione wiązań podwójnych, nie zawierające atomów azotu (wyjątek: azalidy, dzięki czemu posiadają one rozszerzone działanie przeciwbakteryjne oraz lepsze parametry farmakokinetczne)
Przykłady
C14: erytromycyna, klarytromycyna
C15: azytromycyna (azalid,)
C16: josamycyna, spiramycyna
Mechanizm
Blokowanie syntezy białka na poziomie podjenostki 50S rybosomu (docelowo 23S rRNA wchodzącego w skład dużej podjednstki rybosomu)
Oporność
MLSB - oporność na makrolidy linkozamidy streptograminy z grupy B(ze względu na to samo miejsce docelowe). Występuje u Staphylococcus spp., które nabyły gen erm (erythromycin resistance methylase) odpowiedzialny za metylację 23S rRNA podjednostki 50S rybosomu.
Ekspresja genu erm może mieć charakter konstytutywny (oporność na erytromycynę i linkozamidy) lub indukcyjny (oporność na makrolidy, wrażliwość na linkozamidy).
MSB - oporność na makrolidy i streptograminy z grupy B. Mechanizm oporności oparty na wypompowywaniu makrolidów i streptogramin B z komórki (efflux).
Spektrum
Ziarenkowce Gram(+) i Gram(-):
Streptococcus, Staphylococcus, Moraxella, Peptococcus, Peptostreptococcus
Pałeczki Gram(-):
Bordetella pertussis, Prevotella, Fusobacterium
Bakterie spiralne:
Campylobacter, Helicobacter, Treponema, Borrelia
Drobnoustroje atypowe:
Mycoplasma(wyjątek: M. hominis), Ureaplasma, Chlamydia, Legionella pneumophila
Mechanizmy działania antybiotyków
Blokowanie syntezy ściany komórkowej
Betalaktamy- wiązanie z PBP, uniemożliwienie powstania mostków łączących podjednostki peptydoglikanu w całość
Glikopeptydy- tworzą kompleks z N-acetylo-pentapeptydem, tj. prekursorem peptydoglikanu, przez utworzenie wiązań wodorowych z terminalnymi cząsteczkami pentapeptydu D-Ala-D-Ala.
Uszkodzenie błony cytoplazmatycznej
Leki przeciwgrzybicze wiążą się ze steroidami błon komórkowych grzybów zwiększając ich przepuszczalność
Polimyksyny
Blokowanie syntezy białka
Tetracykliny blokują podjednostkę 30S rybosomów
Aminoglikozydy blokują podjednostkę 30S rybosomów
Makrolidy blokowanie syntezy białka na poziomie podjednostki 50S. Miejscem docelowym jest podjednostka 23S rybosomalnego RNA
Blokowanie syntezy DNA
Chinolony inhibitory gyrazy DNA (bakteryjnej topoizomerazy 2 i 4). Zablokowanie aktywności gyrazy prowadzi do gromadzenia nadmiaru skrętów dodatnich i blokowaniu replikacji DNA
Kotrimoksazol blokuje powstawanie kwasu foliowego i tetrahydrfolianu niezbędnych w syntezie DNA
Metronidazol alkiluje DNA.
Nitroimidazole
Budowa
Heterocykliczne związki o 5-członowym jądrze.
Przykłady
5-nitroimidazol (metronidazol)
Mechanizm
Po wniknięciu do wnętrza komórki ulega redukcji (przy niskim potencjale oskydoredukcyjnym występującym tylko u beztlenowców)z udziałem ferrodoksyny, forma zredukowana powoduje rozerwanie nici DNA. W warunkach in vitro działa mutagennie, indukuje powstawanie wolnych rodników
Oporność
Zmniejszenie aktwności oksydoreduktazy?
Spektrum
Giardia lamblia
Trichomonas vaginalis
Entamoeba histolitica
Bakterie beztlenowe
Nieaktywny wobec Acitnomyces, Propionibacterium
Oporność Gram (-) na antybiotyki
Patrz ESBL, BSBL, beta-laktamazy
Penicyliny
Budowa
Pochodne kwasu 6-aminopenicilinowego, zawierają pierścień beta-laktamowy i tiazolidynowy
Przykłady
Naturalne: penicylina benzylowa
Półsyntetyczne: metycylina, oksacylina,
Półsyntetyczne szerokowachlarzowe: amoksycylina,ampicylina, karbenicylina, tikarcylina piperacylina,azlocylina
Mechanizm
Blokowanie białek PBP(transpeptydazy, karboksypeptydazy) odpowiedzialnych za sieciowanie peptydoglikanu. Blokowanie PBP-1=liza, PBP-2=formy sferyczne podatne na zmiany osomotyczne PBP-3= formy nitkowate.
Oporność
Związana z syntezą enzymów hydrolizujących pierścień beta-laktamowy warunkujący aktywność leku(penicylinazy)- BSBL, ESBL. Inną formą obrony przed antybiotykami jest zmiana miejsca docelowego, tzn synteza białka PBP o zmniejszonym powinowactwie do antybiotyku( zmiany w genach pbp- mutacja lub transformacja) u szczepów MRSA(gen mecA),SPPR, BLNAR.
Spektrum
Naturalne: paciorkowce, gronkowce (penicylinazo-ujemne), ziarenkowce beztlenowe,, Clostridium, Actinomyces, Neisseria, krętki, wąglik
Półsyntetyczne: paciorkowce, gronkowce(penicylinazo-ujemne i dodatnie)
Szerokowachlarzowe: gronkowce (penicylinazo-ujemne), paciorkowce (w tym Enterococcus), Enterobacteriaceae, beztlenowce, Neisseria, Moraxella, Pseudomonas, Haemophilus i inne...
Tetracykliny
Budowa
Wielkocząsteczkowe związki, zawierają 4 pierścienie karbocykliczne
Przykłady
Doksycyklina,minocyklina, tetracyklina, oksytetracyklina, chlorotetracyklina
Mechanizm
Hamowanie sytezy białka na poziomie podjednostki 30S rybosomu. Powodują przebarwienia i hipoplazję zębów u dzieci, jako związki chelatujące wapń nie powinny być stosowane u dzieci ponizej 9 r.ż
Oporność
Mechanizm oporności jest bardzo złożony, polega na utrudnionym dostępie do miejsca docelowego, modyfikacji miejsca docelowego, aktywnym usuwaniu leku z komórki, enzymatycznej inaktywacji leku. Geny oporności znajdują się zwykle na plazmidach lub transpozonach.
Spektrum
Bakterie G+ i G-
Atypowe (Chlamydia, Ureaplasma, Rickettsia, )
Krętki (Borellia)
Metody oznaczania antybiotykooporności:
Metoda seryjnych rozcieńczeń (seria probówek z identyczną ilością bulionu i rośnącym stężeniem antybiotyku, do każdej probówki dodaje się standaryzowaną, jednakową objętość badanego drobnoustroju,inkubacja, w probówkach, w których stężenie antybiotyku było wyższe lub równe MIC nie obserwuje się zmętnienia)
Metoda dyfuzyjno-krążkowa Kirby-Bauer'a (podłoże Muellera-Hintona, krązki nasycone antybiotykiem, inkubacja, strefa zahamowania wzrostu), odmiany to np. DDST(krązek z antybiotykiem i inhibitorem beta-laktamaz, powiększenie strefy zahamowania wzrostu w miejscu gdzie dyfundują antybiotyk i inhibitor świadczy o wytwarzaniu beta-laktamaz), wykrywanie indukcyjnej oproności (krązek z induktorem+inny antybiotyk np erytromycyna + klindamycyna)
E-test (tak jak metoda dyfuzyjno-krążkowa, ale z użyciem pasków z gradientem stężenia antybiotyku i antybiotyku+inhibitor)
Test cefinazowy (inkubacja drobnoustroju z krążkiem nasyconym nitrocefiną, jeżeli dochodzi do hydrolizy antybiotyku, krążek zmienia zabarwienie)
Genetyczne (PCR) oznaczenie genów Van, mecA, erm
Z czyraka wyizolowano szczep MRSA opisz mechanizm opornosci i zaproponuj wlasciwa antybiotykoterapie
S. aureus oporny na metycylinę, oznacza oporność na wszystkie antybiotyki β-laktamowe (penicyliny, penicyliny z inhibitorami β-laktamaz, cefalosporyny i karbapenemy).
Szczepy MRSA są z reguły wielooporne (oporne na tetracykliny, makrolidy, linkozamidy, aminoglikozydy).
Oporność receptorowa - synteza nowego białka PBP2a (PBP2') - produkt genu mecA - niewrażliwego na działanie antybiotyku.
Lekiem z wyboru w leczeniu zakażeń wywołanych przez szczepy MRS jest wankomycyna, w eliminacji nosicielstwa - mupirocyna.
Karbapenemy
Budowa
Pochodne tienamycyny, podobne do penicylin, ale zwierają atom węgla zastępujący atom siarki w pozycji 1.
Przykłady
Meropenem, imipenem
Mechanizm
Podobnie jak inne beta-laktamy powodują zablokowanie funkcji białek PBP, mają wysokie powinowactwo do białka PBP-2 (indukcja powstawania sferoplastów). Imipenem + cilastatyna (Cilastatyna wiąże konkurencyjnie dihydropeptydazę I - enzym wydzielany przez komórki nabłonka nerek, który rozkłada imipenem,chroni nerki przed toksycznym działaniem imipenemu i wydłuża jego działanie terapeutyczne)
Oporność
Synteza betalaktamaz cynkowych(MBL) i zaburzenia transportu leku w skutek utraty białka porowego D2 (Pseudomonas aeruginosa), efflux.
Spektrum:
Bakterie G+ i G- , tlenowe i beztlenowe
Wyjątki:Chalmydia spp, Mycoplasma pneumoniae, MRSA, E. Faecium, Corynebacterium jeikeium i kilka innych.