Mecanismo de acción de Antimicrobianos

Transcripción

1 Mecanismo de acción de Antimicrobianos Lic. en Bioquímica- Lic. en Biotecnología-2015 Antimicrobianos Sustancia producida por un microorganismo o elaborada en forma total o parcial por síntesis química, la cual inhibe el desarrollo o mata a otros microorganismos. Producto sintetizado por microorganismos = ANTIBIOTICO Compuesto obtenido por síntesis química = QUIMIOTERAPICO 1

2 Drogas antimicrobianas Bacterias Hongos Filamentosos Levaduras Virus DNA RNA Parásitos Helmintos protozoos 4 2

3 Características ESPECIFICIDAD ELEVADA POTENCIA BIOLÓGICA (CIM) TOXICIDAD SELECTIVA 3

4 Elevada potencia biológica Especificidad Toxicidad selectiva 7 Otras características que deben expresar: Acción bactericida No inducir resistencia Permanecer estable en los líquidos corporales Tener un largo período de actividad Ser soluble en humores y tejidos No inducir respuesta alérgica en el huésped Tener un espectro de acción limitada 4

5 APLICACIONES Agentes quimio-terapéuticos. Antitumorales. En patología de plantas. Para aumentar el crecimiento de los animales en veterinaria. Como herramientas en bioquímica y en biología molecular. Interacción Antimicrobiano-Gérmen-Hospedador Uso de drogas para tratamiento de enfermedades infecciosas Toxicidad selectiva: La droga mata al microorganismo sin dañar al hospedador Triángulo de Davis 5

6 Factores relacionados al germen. Tipo de germen. Cinética de crecimiento. Sensibilidad/ Resistencia ANTIMICROBIANO Dosificación Eficacia, seguridad Conveniencia, costo Farmacocinética Farmacodinamia Espectro bacteriano Duración del tratamiento Asociaciones 6

7 Factores relacionados con el hospedador Localización de la infección Condiciones del foco de infección Problemas terapéuticos (fisiológicos o patológicos) Clasificación POR SU ORIGEN BIOLÓGICOS Bacterias Actinomicetos Hongos producidos por microorganismos SINTÉTICOS Síntesis química Nitrofuranos, Sulfamidas SEMISINTÉTICOS radicales por síntesis Núcleo básico biológico y 7

8 Fuentes de antibióticos Por su efecto Bacteriostáticos Bactericidas Bacteriolíticos 8

9 Por el espectro de acción Amplio espectro: Cloranfenicol y Tetraciclinas Espectro intermedio: Penicilinas y Macrólidos Corto espectro: Polimixinas Por su estructura Betalactámicos(penicilina) Macrólidos (eritromicina) Glucopétidos: vancomicina Quinolonas: ácido nalidíxico, norfloxacina Aminoglucósidos: gentamicina Tetraciclinas: minociclina Polimixinas: colistín Sulfamidas: sulfametoxazol Lincosamidas: clindamicina Nitroimidazólicos: metronidazol Nitrofuranos: nitrofurantoína Anfenicoles: cloranfenicol Ansamicina: rifampicina, Otros: fosfomicina. 9

10 Mecanismo de acción Inhibición de la síntesis de la pared celular Penicilinas Cefalosporinas Alteración de la permeabilidad de la membrana citoplasmática Polimixina B, Anfotericina B Inhibición de la síntesis de proteínas Aminoglucósidos- Macrólidos-Cloramfenicol Alteración de la función y síntesis de ácidos nucleicos Quinolonas- Metronidazol Bloqueo de la síntesis de precursores Sulfametoxasol Trimetoprim Blancos selectivos para antibióticos 10

11 Inhibición síntesis de pared Proceso complejo de 4 etapas: Formación del precursor N-acetil-murámico (Fosfomicina- Cicloserina) Transporte del precursor (Bacitracina) Formación del polímero lineal (Vancomicina) Transpeptidación (beta-lactámicos, cefalosporinas) LA PARED CELULAR Los aminoazúcares son de dos tipos N-acetilglucosamina (NAG) y Ácido N-acetylmurámico acido (NAM). 11

12 Fosfomicina Inhibe el primer estadio de la síntesis del peptidoglicano impidiendo la formación de UDP-N-Acetil Murámico porque bloquea la enzima que une al Fosfoenol Piruvato (PEP) con el UDP-N-Acetil Glucosamina. La fosfomicina penetra en la célula bacteriana mediante permeasas que generalmente transportan D-Glucosa-6-Fosfato. 12

13 Cicloserina Inhibe la transformación de L-Alanina en D-Alanina, porque presenta similitud estructural con la D-Alanina. Inhibe la formación del dipéptido D-alanil-D-alanina. Al faltar este dipéptido terminal se acumula el precursor incompleto de la pared celular y los polímeros de mureína no se pueden entrelazar mediante cadenas peptídicas. Se absorbe fácilmente cuando se administra por vía oral, distribuyéndose en todos los líquidos y tejidos del organismo, incluído el LCR. 13

14 Penicilinas Anillo β-lactámico Mecanismo de acción Inhibe las reacciones de transpeptidación en el peptidoglicano, es decir las que producen el entrecruzamiento de dos cadenas de peptidoglicano. Transpeptidasas: son las enzimas que catalizan la transpeptidación y se denominan proteínas que unen penicilina (pbp) El complejo ATB-PBPs estimula la acción de autolisinas que digieren la pared celular existente Los β-lactámicos bloquean las enzimas porque el anillo βlactámico tiene una estructura espacial similar al residuo D-alanin-D-alanina de las cadenas del peptidoglicano que es el sustrato natural de las pbp 14

15 β-lactámicos... Penicilinas naturales: Penicilina G, Penicilina V: espectro reducido, activas contra Gram positivos. Sensibles ph ácido Aminopenicilinas: Ampicilina, Amoxicilina. Amplio espectro. Activas contra Gram positivos y Gram negativos. Resistentes al ph ácido. Carboxipenicilinas: Carbenicilina, Ticarcilina. Actividad anti Pseudomonas β-lactámicos... Penicilinas naturales: ej. Penicilina G, Penicilina V: espectro reducido, activas contra Gram positivos. Sensibles ph ácido Isoxazolil Penicilinas: ej. Meticilina, Cloxacilina, Flucloxacilina: espectro reducido, activas contra Gram positivos. Resistentes a β- lactamasas. Aminopenicilinas: ej. Ampicilina, Amoxicilina. Amplio espectro. Activas contra Gram positivos y Gram negativos. Más resistentes al ph ácido. Carboxipenicilinas: ej. Carbenicilina, Ticarcilina. Actividad anti Pseudomonas 15

16 Cefalosporinas Son antibióticos semisintéticos de amplio espectro. Estructura β-lactámica similar a las penicilinas. Presentan un anillo dihidrotiazínico de 6 átomos Inhibe las reacciones de transpeptidación presentando el mismo mecanismo de acción que las penicilinas, se unen irreversiblemente a las pbp e impiden el entrecruzamiento de las cadenas del peptidoglicano. Se pueden administrar a personas alérgicas a la penicilina Mecanismo de acción de penicilina y cefalosporinas 16

17 Vancomicina- Teicoplanina Es un glicopéptido natural y al igual que teicoplanina son producidos por actinomycetes Actúa directamente en el péptido terminal D-alanina, D-alanina bloqueando la transpeptidación Costosos, potencialmente tóxicos y se administran vía endovenosa únicamente en infecciones severas o infecciones causadas por microorganismos resistentes. D- Lac NEJM 2000 Volume 342 Number 10 17

18 Inhibidores de la síntesis de la pared: Monobactamas Las monobactamas son antibióticos ß-lactámicos monocíclicos que interactúan con las PBP induciendo la formación de largas estructuras bacterianas filamentosas. Presentan un alto grado de resistencia a las ß-lactamasas son efectivos contra bacilos Gram negativos, pero no contra Gram positivos y anaerobios. El primer antimicrobiano del grupo fue Aztreonam. Se administra por vía intramuscular o endovenosa. Se utiliza en personas alérgicas a las penicilinas y para tratar infecciones producidas por bacilos Gram negativos multirresistentes. Inhibidores de la síntesis de la pared Carbapenemes Están relacionados estructuralmente con los ß-lactámicos. Tienen un amplio espectro de acción. Son activos contra bacilos Gram negativos, anaerobios y microorganismos Gram positivos. El Imipenem fue el primer compuesto de este grupo en sintetizarse (semisintético). Es inactivado en los túbulos renales por peptidasas, se administra junto a Cilastatín (inhibidor de peptidasas), cuando se requiere una alta concentración en orina. Se administra por vía endovenosa debido a que no se absorbe en el tracto gastrointestinal. Es resistente a la acción de ß-lactamasas y atraviesa la barrera hematoencefálica. Se utiliza en infecciones urinarias, respiratorias bajas, cutáneas, ginecológicas, intrabdominales, óseas y articulares. Este tipo de antimicrobianos puede ocasionar diarrea y alergia, y los paciente alérgicos a las penicilinas también pueden presentar alergia al imipenem. 18

19 Inhibidores de la síntesis de la pared: Bacitracina Es un polipéptido que impide la reutilización del lípido transportador de la membrana citoplasmática, por lo que inhibe el transporte del N-Acetil Murámico fuera de la célula. Antibióticos que afectan la síntesis de Ácidos nucleicos Transcripción de DNA Actinomicina Rifampicina Metronidazol DNA girasa Quinolonas Antimetabolitos Trimetropin Sulfonamidas 19

20 Rifamicinas y quinolonas actúan sobre enzimas que participan en la transcripción y replicación del ADN Nitroimidazoles (Metronidazol) y Nitrofuranos (Nitrofurantoína, Furazolidona) actúan directamente sobre el ADN, dañándolo. (liberación de nitritos o sustancias tóxicas producidas al reducirse en el hospedador) Quinolonas Antibióticos sintéticos que inhiben DNA girasa que induce el superenrollamiento negativo del DNA para permitir el empaquetamiento del DNA en la célula bacteriana. Participa de los procesos de transcripción, replicación, y reparación. Uso terapeutico: Infecciones urinarias. Cría de terneros y pollos para evitar infecciones respiratorias. Acido nalidixico: quinolona de primera generación Norfloxacina y ciprofloxacina: quinolonas de segunda generación. 20

21 La mitomicina es un medicamento que inhibe la multiplicación de las células tumorales. Forma puentes inter e intracatenarios en la doble hélice de DNA, provocando interferencias importantes en los procesos de transcripción y replicación del DNA. Tratamiento de adenocarcinoma de estómago y páncreas, Carcinoma de colon, vejiga y de células escamosas de cuello uterino Análogo del factor de crecimiento Es una sustancia relacionada o similar a un factor de crecimiento que bloquea la utilización de dicho factor. Isoniazida eficaz solo frente a Mycobacterium tuberculosis interfiere la síntesis de ácidos micólicos (pared celular) Fluorouracilo (uracilo) Bromouracilo (timina) 21

22 Drogas Sulfa (Sulfonamidas) Análogos estructurales del ácido p-aminobenzoico PABA es un cofactor para la síntesis del ácido Fólico. Acido fólico es usado en la síntesis de purinas y pirimidinas Efectivo contra bacterias que no captan folato y que normalmente lo sintetizan. Trimetroprima- sulfametoxazol Las sulfonamidas interfieren con la formación de ácido fólico en las bacterias mediante la inhibición competitiva de la enzima bacteriana dihidropteroato sintasa. El Trimetoprim es también un agente antibacteriano sintético, análogo del ácido fólico, que inhibe competitivamente la reducción del dihidrofolato al tetrahidrofolato mediante la enzima dihidrofolato reductasa (DHFR). 22

23 Membrana Citoplasmática Polimixina-Polienos Produce injuria en la membrana, alterando la permeabilidad. Hay pérdida de metabolitos y lisis celular. Hay salida de K, macromoléculas, nucleótidos purínicos y pirimidínicos. Polimixna B: detergente catiónico. Son polipéptidos con extremos liposoluble y otro hidrosoluble. El extremo hidrosoluble interactúa con la porción polar de la molécula de fosfolípido y el liposoluble penetra en la zona no polar (ácido graso). Polienos: (nistatina, anfotericina B) son activos frente a hongos. Importante: Son potencialmente tóxicos porque se unen con lípidos de la membrana citoplasmática de los mamíferos (colesterol) 23

24 Ionóforos y formadores de poro Son antibióticos polipeptídicos cíclicos que actúan aumentando la permeabilidad de la membrana a iones inorgánicos específicos. Forman canales que atraviesan la membrana, dejando un hueco central. Esto produce una disipación de los gradientes electroquímicos a ambos lados de la membrana destruyendo la capacidad de obtención de energía de las bacterias. Ej: valinomicina y tirocidinas A y B. Los antibióticos formadores de poro como la gramicidina son cadenas lineales de aminoácidos D y L, que forman una estructura helicoidal (polipéptidos acíclicos). Esta estructura le permite acomodarse una sobre otra a la manera de un túnel o cilindro que atraviesa la membrana permitiendo el paso selectivo de iones y moléculas, destruyendo el gradiente electroquímico. Inhibidores de la Síntesis de proteínas

25 Inhibidores del inicio de la síntesis proteica El complejo de iniciación está formado por el ARNm que posee el codón específico para que se fije el ARNt con el primer aminoácido (formilmetionina); ambos se unen a la subunidad 30S y posteriormente a la subunidad 50S del ARNr. En este complejo hay un sitio activo, locus A, para que se unan los ARNt y el locus P, donde se fija el péptido en formación. Aminoglucósidos Son aminoazúcares unidos por enlaces glucosídicos Estreptomicina (tuberculosis), neomicina, kanamicina, gentamicina, tobramicina Se unen a la subunidad 30S RNAr y bloquean el inicio de la translación. 25

26 El mecanismo de acción es un proceso en varias fases: Los aminoglucósidos están cargados positivamente, entonces se agrupan alrededor de las bacterias por atracción de las cargas negativas e ingresar dentro de la bacteria; Una vez que atraviesa el PG, vuelve a concentrarse en el citoplasma y se une a los polirribosomas que están traduciendo el ARNm (p. ej., la estreptomicina se une al ARNr 16S de la subunidad 30S) en la proteína P10, provocando errores en la lectura del ARNm. La bacteria sintetiza proteínas defectuosas; algunas de ellas son proteínas de membrana, que al incorporarse a la bicapa lipídica, alteran su funcionamiento y estructura. Una vez alterada la membrana y a través de los nuevos "canales", entran cada vez más moléculas del antibiótico, con lo cual el proceso continua. El efecto final es bactericida, y se detiene la síntesis de proteínas Aminoglicósidos 26

27 Oxazolidinonas. Son compuestos obtenidos por síntesis que recientemente se han incorporado a la práctica clínica. El linezolid, representante de este grupo, actúa frente a bacterias grampositivas (incluyendo las cepas de S. aureus y Enterococcus spp multirresistentes) fijándose a la subunidad 50S y modifica el punto de unión de formilmetionil-arnt y evita la formación del complejo de iniciación. Inhibidores de la fijación del aminoacil-arnt al ribosoma La síntesis proteica continúa con la incorporación de los nuevos aminoácidos al sitio A previo al reconocimiento de los codones internos del ARNm a través de los nucleótidos complementarios del ARNt. Tetraciclinas: Son antibióticos naturales producidos por especies de Streptomyces, de amplio espectro Estructuralmente presentan un núcleo hidronafteno, (cuatro anillos de nafteno). Se une con la subunidad 30S ribosomal para bloquear la entrada del RNAt en el sitio A. Se emplea como suplemento nutricional para pollos y cerdos 27

28 Glicilglicinas. Son derivados sintéticos de la tetraciclina. Poseen el mismo mecanismo de acción uniéndose a los ribosomas con una afinidad 5 veces superior. Además se unen a la membrana citoplasmática alterando su permeabilidad. Inhibidores de la elongación En la subunidad 50S se realiza el proceso de transpeptidación que involucra al ARNt que ya se ha fijado al locus A en el centro peptidiltransferasa y cataliza la unión entre el aminoácido incorporado y el último aminoácido del péptido en formación ubicado en el locus P. Cloranfenicol Una vez que se forma el enlace peptídico, el ARNt fijado al locus P debe liberarse y separarse de su aminoácido para dejar libre el locus P de manera que se produzca la translocación del peptidil-arnt del locus A al locus P, de esa manera se produce el desplazamiento de la subunidad 30S a lo largo del ARNm. Acido fusídico El péptido en formación pasa a través de un canal en la subunidad 50S y emerge por la parte posterior del ribosoma Macrólidos Lincosamidas y Streptograminas (MLS) 28

29 Anfenicoles El cloranfenicol y su derivado tiamfenicol son antibióticos bacteriostáticos que se unen a la proteína L16 localizada en la subunidad 50S involucrada en la fijación del ARNt a la enzima peptidiltransferasa evitando así la formación de los enlaces peptídicos. Es importante controlar las dosis del cloranfenicol, porque puede provocar supresión de médula ósea (aplasia medular). Acido fusídico. Es un derivado esteroideo producido por hongos del género Fusarium, usado contra estafilococos resistentes a ß-lactámicos, que impide la translocación del peptidil-arnt del locus A al locus P. 29

30 Macrólidos y ketólidos Presentan estructuralmente un anillo lactónico macrocíclico con uno o varios azúcares unidos. Se clasifican por el número de átomos de carbono. 14 átomos de carbono: eritromicina, claritromicina; 15 átomos de carbono como la azitromicina; 16 átomos de carbono como josamina, etc. Los ketólidos es un derivado de la eritromicina en los que se sustituye el azúcar del C3 por un grupo cetónico. Mayor afinidad en la unión. Interfieren en el proceso de elongación cuando se unen reversiblemente a la subunidad 50S. Lincosamidas La lincomicina es un antibiótico producido por Streptomyces lincolniensis, mientras que la clindamicina es un derivado semisintético, que es un aminoácido unido a un aminoazúcar, mucho más eficaz y con mejor absorción intestinal. Son útiles para tratar infecciones donde no pueda aplicarse penicilina, y contra anaerobios como Bacteroides. Impiden la acción de la peptidiltransferasa interfiriendo la colocación adecuada del aa-arnt en el sitio A, y del pp-arnt en el sitio P. Esto produce una disociación en los ribosomas en sus subunidades 30S y 50S. 30

31 Sitios de inhibición Inhibe inicio de síntesis Inhibe fijación del Aminacil-RNAt al ribosoma Inhibe elongación 31

32 Acción conjunta de antimicrobianos SINERGISMO: El resultado terapéutico es mayor a la suma de sus efectos. (Bactericida + Bactericida) ADICION: la actividad de los dos antimicrobianos es la aproximadamente la suma de las actividades de los dos antimicrobianos separados ANTAGONISMO (Bactericida +Bacteriostático): El resultado terapéutico es inferior a la suma de sus efectos aislados. INDIFERENCIA: Cuando la presencia del antibiótico no modifica la actividad del otro; es decir, actúa el más activo de los dos. Indicaciones de uso de combinaciones de antibióticos 32

33 Muchas gracias!! 33