Antimikrobiální látky

Antimikrobiální látky Část I Antibiotika a chemoterapeutika mechanizmy účinku a rezistence

Antimikrobiální látky Zahrnuje v sobě oba pojmy: antibiotika

chemoterapeutika (sulfonamidy a chinolony)

Terapie antimikrobiky ÚSPĚCH vs. SELHÁNÍ Záleží na kritériích posouzení, lze použít základní 3 kritéria: -

-

-

klinické - posouzeno dle klinických projevů onemocnění a jejich zesílení/potlačení bakteriologické - posouzeno dle bakteriologického nálezu a potlačení/ eradikaci etiologického agens rezistence - Klinické zlepšení, nikoliv bakteriologické vyléčení, zůstává populace mikroorganizmů, v lepším případě oslabená nicméně schopná založit populaci rezistentní s možností znovuvzplanutí onemocnění nebo přenosu (zvířata, lidé, prostředí, další druhy/rody mikroorganizmů)

Balance pro optimální léčbu 

Pro optimální léčbu klinickou i bakteriolog. a zamezení rezistence je nutno vybalancovat dávku/ dobu/ způsob podání Použití PK-PD principů k optimalizaci dávkovacího režimu ATM léčiva

Účinnost:

Rezistence

Klinické vyléčení

Rezidua

Bakteriologické vyléčení

Toxicita Cena

Dva základní kameny farmakologického účinku

Farmakokinetika

Je nutné, aby léčivo bylo dobře: - absorbováno - biologicky dostupné především v místě infekce, kde dosáhne - potřebnou koncentraci (> MIC cílového patogena) - po dostatečně dlouhou dobu je-li metabolizace - metabolit/y může být také účinný (příklad enrofloxacin => metabolizace na účinný ciprofloxacin) -

Farmakodynamika 

Síla a schopnost účinkovat proti cílovému etiologickému agens v místě infekce závisí na  antimikrobní spektrum  mechanizmus účinku  závislost na čase či koncentraci ? při usmrcování/inhibičním(statickém) účinku na bakterie  mikrobicidita / mikrobistaticita U některých ATM lze stupňovat účinek např. zvýšením koncentrace, je však třeba pamatovat na překročení „hranice“ toxicity?)



MIC (Minimální Inhibiční koncentrace) / MBC (Minimální Baktericidní Koncentrace) /MPC (Mutačně Preventivní Koncentrace) …MSW (Mutačně Selekční Okno (Window) )



rezistence

Farmakokinetika a farmakodynamika

v ATM terapii Nastavení dávkování:

Dávkový režim

Koncentrace vs čas: plazma

Absorpce

Toxický účinek (risk)

Koncentrace vs čas:cílové místo infekce

(biologická dostupnost)

Účinek ATM vs čas

spektrum účinku na mikr.

Distribuce + metabolismus Eliminace

Farmakokinetika

Farmakologický účinkek (benefit) vs

Koncentrace vs čas: tkáně a další tělní tekutiny

MIC …

mikrobicidita/staticita,

mech účinku

… rezistence …

Farmakodynamika

Farmakokinetika inj. vs p.o.

Farmakokinetika (PK) -

absorpce, chování v organizmu a vyloučení ATM Závislost na: - vlastnostech konkrétního ATM (clearance a distribuční objem)… PRIMÁRNÍ VLASTNOSTI - způsobu podání (inj. vs. p.o.) - formulaci léčiva (inj.: vodný roztok(rychlé uvolnění do organizmu) vs. olejová suspenze (LA přípravky, postupné, pomalé uvolňování a nástup hladin, delší perzistence hladin)

PK- primární vlastnosti Primární vlastnosti fyzikálně chemické:  Rozpustnost ve vodě a v tucích  Velikost molekuly  Polarita, ionizované a neionizované formy Rozpustnost ve vodě – důležitost (pohled aplikace i PK) - absorpce z GIT, z non- vascular inj.sites - distribuce v plasmě i průnik do bakterií Rozpustnost v tucích – důležitost: - Pro průnik membránami pasivní difúzí - V tucích rozpustné jen v neionizované formě - Příklad: doxycyklin => dobrý průnik do plicní tkáně

Př.: Vztah rozpustnosti v tucích a PK

dle Guardabassi et al, 2008

V lipidech rozpustné látky 

Vhodné pokud je infekce přítomna v:  transcelulárně (synoviální, intraokulární)  cerebrospinální tekutina  tekutina prostaty  epitelie pokrývající sektret v plicích

Zde dosahují v lipidech rozpustné látky rychleji účinné koncentrace Efektivní při léčbě intracelulárních patogenů např.: Mycoplasma spp. Actinobacillus pleuropneumoniae, Rhodococcus equi atp.

Ionizované vs neionizované ovlivnění průniku do tkání a vylučování 

ION TRAPPING PHENOMENON  Pokud je pH na opačné straně membrány odlišné, pouze neionizovaná forma je schopna průniku membránou po koncentračním gradientu  Makrolidy (slabé báze) – akumulace v mléce  Sulfonamidy(slabé kyseliny)-akumulace v moči



SILNÉ KYSELINY a BÁZE  Ionizované formy, polární sloučeniny, nerozpustné v tucích, nesnadno pronikají membránami (vyjma zánětlivých procesů…), podléhají glomerulární filtraci a jsou vylučovány ledvinami => močí  Příklad peniciliny a aminoglykosidy

Biotransformace hlavní centrum játra  liší se napříč druhy zvířat  Př. Poločas eliminace: sulfadiazin 

Člověk 9,9 h> Pes 5,6h > Kůň 3,6h > Kráva 2,5 h 

ryby – závislost na teplotě:  Př. 3 x delší poločas eliminace při teplotách (10-12°C) než při vyšších teplotách (20 – 25 °C) 

Dopady na stanovení OL u ryb => stupňodny

Poločas eliminace jako důležitý faktor Př.

Peniciliny, cefalosporiny, aminoglykosidy rychlé odbourávání, krátký poločas eliminace 









soli rozpust.ve vodných roztocích po i.v.a i.m. podání rychle eliminovány nutnost opakování dávek vyvinuty depotní formy např. prokain benzylpenicilin nebo použity olejové suspenze (i.m.či s.c. podání)- dlouhodobé uvolňování a perzistence v plazmě, tkáních a místě inj podání Tzv. Flip – Flop PK ( spíše reprezentuje fázi absorpce než eliminace) Vhodné pro léčiva se závislostí usmrcování bakterií na čase

ATM klasifikace dle PK_PD parametrů s vlivem na usmrcování bakterií

„Hranice“ účinnosti založené na vztazích koncentrace_čas_účinek Př: BETALAKTAMY – závislost na čase  i pokud koncentrace betalaktamu přesáhne 4 x MIC není vyšší či rychlejší baktericidita 

naproti tomu je-li T > MIC … tedy čas, kdy jsou koncentrace nad MIC cca 40 – 50% intervalu mezi podáními, baktericidita narůstá ) zejména u citlivých grampozitivních bakterií



v případě citlivých gramnegativních je lépe je-li T>MIC cca 80 – 100% intervalu

Enrofloxacin (účinek usmrcení bakterií závislý na koncentraci, podstatné jsou zejména poměry Cmax /MIC a AUC/MIC

Vliv způsobu a cesty podání na PK profil => účinnost Posouzení ve vztahu k druhu ATM ČASOVÁ či KONCENTRAČNÍ závislost ? + PAE? -

patogen a místo infekce => cíle pro ATM rychlost nástupu Cmax v cílové tkáni doba přetrvávání hladin > MIC v cíl tkáni možný PAE PERORÁLNÍ vs PARENTERÁLNÍ aplikace

Výběr ATM, dávka, PD, PK … 

Příklad: 1 spektrum účinnosti definující, zda etiologické agens způsobující infekci může být zasaženo 2

rezistence (jaké MIC 50 a MIC 90 daný patogen, izolát z nemocného zvířete nebo alespoň recentní data z chovu, regionu) … může vzniknout rezistence v průběhu léčby?

3

lokalizace infekce v organizmu /závažnost

3

stav imunity léčeného pacienta

Př. život ohrožující infekce ?, lokalizace s minim podílem imunitní reakce ? nutnost rychlého zásahu? např. meningitida => volba - baktericidního ATM (+ zvážit spektrum, MIC, rezistence) - s dobrou biologickou dostupností do cerebrospinální tekutiny - správný způsob podání a - správný výběr formulace ATM léčiva (injekční pro rychlé dosažení hladiny)

Klasifikace antimikrobik -

-

statické/cidní dle mechanizmu účinku na bakterie dle chemické struktury širokospektré/úzkospektré dle způsobu usmrcování bakterií … viz dále v přednášce

Mikrobistatické a mikrobicidní -statické • inhibice růstu mikroorganismů, • zástava množení mikroorganismů • metabolický klid - cidní • usmrcení mikroorganismů

MECHANIZMY ÚČINKU antimikrobiálních látek

Primární efekt antimikrobiálních látek : BAKTERIOSTATICKÝ : tyto látky způsobí pouze zastavení množení bakterií, přičemž exponované bakterie nejsou usmrceny, není ovlivněno přirozené odumírání klidových forem bakterií 

antimetabolity

sulfonamidy, trimetoprim, k.nalidixová, furantoin



fce a nebo syntéza NK

k. nalidixová, novobiocin, ansamyciny



proteosyntéza

makrolidy, linkosamidy, tetracyklin, chloramfenikol, pleuromutiliny

Primární efekt antimikrobiálních látek : BAKTERICIDNÍ: tyto látky působí usmrcení bakteriálních buněk prostřednictvím různých mechanizmů 

syntéza buněčné stěny



permeabilita cytopl. membrány



inhibitory syntézy DNA gyrázy

chinolony



proteosyntéza

aminoglykosidy

peniciliny, cefalosporiny, bacitracin, vankomycin, teikoplanin,imipenem, aztreonam polymyxin, colistin

Primární vs. sekundární efekt 

Dle primárního efektu – baktericidní: - peniciliny a cefalosporiny účinkují jen na množící se

bakterie, zvyšováním jejich koncentrace nelze stupňovat účinek až ke baktericiditě všech stádií. - aminoglykosidy působí i na klidovou fázi bakterií , v určitých situacích zde lze hovořit o baktericiditě při zvyšování koncentrací - klinicky relevantní baktericidita, je-li usmrceno 99 % všech exponovaných bakterií 

Dle sekundárního efektu : Antibiotika s primárním účinkem bakteriostatickým mohou mít vlivem metabolického působení např. ve zvýšené koncentraci účinek baktericidní.

MECHANISMY ÚČINKU ANTIMIKROBIÁLNÍCH LÁTEK 

Inhibice syntézy buněčné stěny



Poškození syntézy cytoplazmatické membrány



Inhibice proteosyntézy



Porucha syntézy nukleových kyselin



Antagonismus a kompetitivní inhibice

Inhibice syntézy buněčné stěny Penicilíny, cefalosporiny, vankomycin, teikoplanin, bacitracin, cykloserin, fosfomycin 

Rozdílné složení buněčných stěn eukaryot a prokaryot  menší toxicita antibiotik na makroorganismus pacienta, neboť antibiotikum působí selektivně na narušení syntézy buněčné stěny bakterií



Rozdílné složení stěny buněčné u grampozitivních a gramnegativních bakterií  G+ murein a kyselina teichoová a polysacharidy  G- murein a lipoproteiny a lipopolysacharidy  

Účinkuje antibiotikum na oba typy bakterií nebo lépe na jeden typ ? Odpověď je i ve skutečnosti na jaké cílové místo v buněčné stěně přesně antibiotikum působí.

Inhibice syntézy buněčné stěny 

Antibiotika s irreversibilním baktericidním efektem působící na syntézu buněčné stěny

peniciliny a cefalosporiny (- laktamy)  vankomycin, teikoplanin, avoparcin (glykopeptidy)  bacitracin 



Antibiotikum s efektem kompetitivní inhibice 

cykloserin

Syntéza buněčné stěny bakterie a místa zásahu některých antibiotik „Farmakologie a toxikologie, Lullmann H.,Mohr K., Wehling M.,Grada publishing , 2002

Poškození syntézy cytoplazmatické membrány Polypeptidy Antimykotika

(colistin, polymyxin, tyrotricin) polyenového charakteru azolová allylaminové thiokarbamáty



U antibiotik této skupiny - irreversibilní baktericidní efekt



Mechanismus účinku především prostřednictvím:

narušení bariéry (únik důležitých složek aminokyselin, purinů a pyrimidinů)  narušení osmotické stability bakteriální buňky,  v návaznosti také ovlivňuje syntézu NK a buněčné stěny 

Inhibice proteosyntézy Aminoglykosidy, chloramfenikol, tetracykliny, makrolidy a linkosamidy, kyselina fusidová oxazolidinony- linezolid a eperelinezolid 

Rozdílné složení ribozómů eukaryot a prokaryot : 

menší toxicita antibiotik působících selektivně na narušení proteosyntézy bakterií, které mají ribozómy disociované do jednotek 50 S a 30 S (celkově 70 S) - u vyšších organismů jednotky 60 S a 40 S (celkově 80S)

Inhibice proteosyntézy 

Antibiotika s irreversibilním baktericidním efektem působící na proteosyntézu  Aminoglykosidy



Antibiotika s reversibilním bakteriostatickým efektem působící na proteosyntézu  Chloramfenikol  Tetracykliny  Makrolidy  Linkosamidy  Mupirocin  Kyselina fusidová

Inhibice proteosyntézy na úrovni ribozómu

MLSKO 

Chcete si zapamatovat skupinu antibiotik, která se váže na 50S podjednotku ribozómu a mechanismem účinku je blokování proteosyntézy – toto je oficiální anglický výraz pro tuto skupinu? makrolidy linkosamidy streptogramin ketolidy oxazolidinony

Téměř všechna atb účinkující na proteosyntézu MLASKOT (makrolidy,

linkosamidy, amfenikoly,streptogramin,ketolidy, oxazolidinon, tetracykliny)

Poruchy syntézy nukleových kyselin 

Interference s DNA bakterií  INHIBITORY DNA-gyrázy  chinolony  novobiocin 



VAZBA na bakteriální DNA  nitroimidazoly (metronidazol)  nitrofurantoin

Interference s RNA

Poruchy syntézy nukleových kyselin

Kompetitivní inhibice Inhibice syntézy kyseliny listové  Kyselina tetrahydrolistová je potřebná pro syntézu purinů a tymidinu, kterou vstupují do syntézy DNA a RNA jako stavení jednotky  Bakterie dovedou syntetizovat dihydrolistovou a tu redukovat na tetrahydrolistovou kyselinu – proces je narušován chemoterapeutiky chovajícími se jako kompetitivní inhibitory  Jsou bakteriostatické. 

Kompetitivní inhibice Sulfonamidy inhibují syntézu kyseliny dihydrolistové kompeticí s p-aminobenzoovou kyselinou  Trimetoprim blokuje syntézu tetrahydrofolátu prostřednictvím inhibice enzymu dihydrofolát reduktázy  Dapson interferuje se syntézou kyseliny listové 

REZISTENCE Kmen je z mikrobiologického hlediska definován jako rezistentní, jestliže je schopen růstu ve vyšších koncentracích léčiva v porovnání s fylogeneticky příbuznými kmeny

Rezistence na antimikrobiální látky 



je relativní pojem s ohledem na kritéria posuzování :  genetická, biochemická, mikrobiologická a klinická časté rozdělení dle podmínek posuzování:  in vivo (klinické, pacient, v případě experimentálního testování např. zvířecí model)  in vitro (mikrobiologické, laboratorní,klasické, difúzní, diluční, či genetické metody)

Rezistence klinická 

Zde je kmen definován jako rezistentní, jestliže přežije antimikrobní terapii a její posuzování závisí kromě výše uvedeného i na:

lokalizaci infekce a dostupnosti místa infekce pro léčivo v dostatečné koncentraci  dávkovém režimu a způsobu podání léčiva  tkáňové distribuci a biologické dostupnosti léčiva 

Rezistence klinická -příklady Klinické selhání terapie :



NEDOSTATEČNÁ PENETRACE 



nedostupnost léčiva u fibrotického abscesu, který obsahuje ložisko kauzálního patogena

NEPŘÍZNIVÉ FYZIOLOGICKÉ PODMÍNKY 

léčivo není účinné z důvodu pH, vyvázání na ionty (chelatizace TC), nízký obsah kyslíku

Evoluce rezistence 

bakteriální kmeny izolované v preantibiotické éře mají rezistenci nejčastěji kódovanou prostřednictvím informace nesené plasmidy



většina R genů u bakterií je identická a homologní s geny antibiotika produkujících půdních mikroorganismů

Jak je „stará rezistence ? 

rezistence na ATB musí být stejně stará jako syntéza ATB a R geny byly již přítomny



v přirozeném prostředí v půdě a vodě dlouho před terapeutickým používáním ATB zahájeným před 50 lety se zavedením penicilínu



předpokládá se, že přítomnost R genů je odvozena od produkce antibakteriálních látek saprofytickými mikroorganismy (jako jsou aktinomycety), aby u těchto kmenů nedošlo k tzv. samozničení „self-destruction“(Bergogne – Bérézin, 1997)



plasmidy streptomycet obsahují obvykle R geny ke stejným antibiotikům, jež produkují, proto je půda přirozeným rezervoárem R genů

Primární rezistence (přirozená, intrinsic rezistence) 

Odpovídá geneticky podmíněné necitlivosti nebo snížené citlivosti bakterií na dané antibiotikum, a to bez ohledu na to zda došlo k předchozímu kontaktu bakterií s antibiotikem či nikoliv



bakterii necitlivé na dané ATB zcela chybí nebo je zcela necitlivá cílová struktura (funkční nebo strukturální modifikace). Necitlivost je v tomto případě přirozenou a původní vlastností mikroorganismu.

Primární rezistence - pokračování 

Necitlivost může být specifická:  pro jednotlivou antimikrobiální látku  pro skupinu látek z téže farmakologické skupiny



Může být specifická:  druhově (R jen u E.faecium nikoliv E.faecalis)  rodově (jen Acinetobacter spp.)  pro vyšší taxonomickou jednotku mikroorganismů (G+ nebo G- …)

4 základní mechanizmy nebo „strategie rezistence“ 

Změna cílové struktury  změna v místě působení atb



Impermeabilita  změna propustnosti – permeability  aktivní vyloučení - efflux



Enzymatická inaktivace antibiotika



Hyperprodukce cílové struktury

Změna cílové struktury - změna v místě působení atb: 



Bakterie mění strukturu cílové molekuly zásahu antibiotika,  obvykle esenciálního bakteriálního enzymu, nebo  exprimuje alternativní cílovou molekulu neinhibovanou antibiotikem tím se vyhne toxickému účinku antibiotika („bypass“ pathway) Tato vlastnost není zcela specifická, ale může být společná pro více antibiotik se stejným nebo příbuzným mechanizmem účinku.

Impermeabilita – změna propustnosti – permeability : 

Bakterie mění propustnost :  úplnou impermeabilitou pro antibiotikum nebo  aktivním vyloučením antibiotika z buňky.



Tato vlastnost může být přísně specifická:  chybění specifických receptorů nebo  chybění porinů pro propuštění atb do buňky nespecifická  blok ATP systému a zábrana aktivního transportu do buňky v závislosti na konkrétním mechanizmu.





Enzymatická inaktivace antibiotika :

  

Bakterie produkuje enzymy, které inaktivují antibiotikum : pozměněním struktury a funkčnosti přímým štěpením a zničením funkčnosti Tato vlastnost bývá vysoce specifická :  odpovídající inaktivační enzym přesně stereospecificky odpovídá danému substrátu – zde antibiotiku.

Hyperprodukce cílové struktury



Bakterie produkuje cílový enzym v takovém množství, že jej nelze danou koncentrací antibiotika vyblokovat.

Příklady příčiny primární rezistence: 

NESCHOPNOST PRUNIKU DO BUŇKY  membrána gramnegativních bakterií nepropustná pro glykopeptidy



AKTIVNÍ VYLOUČENÍ VEN Z BUŇKY  rezistence k tetracyklinu, chinolonům a chloramfenikolu u Ps. aeruginosa



PRODUKCE INAKTIVAČNÍCH ENZYMŮ  AmpC betalaktamáza u některých zástupců čeledi Enterobacteriaceae



NECITLIVOST CÍLOVÝCH STRUKTUR:  nízká afinita kyseliny nalidixové k DNA-gyráze enterokoků

Sekundární (získaná, acquired) rezistence  



Vzniká v průběhu nebo následkem předchozí antibiotické léčby. Při působení antibiotika na bakterie se selektují ty bakteriální varianty, jež jsou na antibiotikum rezistentní a jsou přítomny v každé bakteriální populaci. Na rozdíl od primární rezistence je specifická pro kmeny, populaci určitého rodu nebo druhu.

Sekundární rezistence původu: 

ENDOGENNÍHO  vznikla následkem mutace,  je klíčovou pro bakterie, které nedisponují mechanizmy předávání genetického materiálu (např. mykobakteria),  mutace může způsobit skokový nárůst rezistence v jednom kroku (až 1.000 násobný nárůst u streptomycinu)  U jiných látek (např. fluorochinolony) je potřeba více různých mutací => nárůst rezistence ve více stupních (což však u chinolonů neznamená, že rezistence nemůže nastat již v průběhu jedné terapie a způsobit tak její selhání).

Sekundární rezistence původu 



EXOGENNÍHO vznikla horizontálním přenosem cizí genetické informace

Oba typy (ENDOGENÍ a EXOGENNÍ) se mohou zkombinovat :  příklad mutace a genového transferu u betalaktamáz  kdy se rozšiřuje spektrum jejich účinku případně odolnost vůči ataku inhibitorů betalaktamáz.

Získaná rezistence 

Dle rychlosti vzniku a stupně rezistence: Vícestupňová rezistence – penicilínový typ



Postupně se vyvíjející, lze prokázat laboratorně pasážováním kultury na médiích se zvyšující se koncentrací antibiotika



Reverzibilní typ rezistence, kromě penicilínu je popsán u bacitracinu, chloramfenikolu

Získaná rezistence 

Dle rychlosti vzniku a stupně rezistence: Jednostupňová rezistence – streptomycinový typ

   

Rychlý vznik vysoce rezistentních kmenů v populaci není homogenita v rezistenci - mohou zde bý v jednom stupni kmeny s různě vysokou R př. rezistentní a vysoce rezistentní=HLAR enterokoky

Ireverzibilní změny, kromě streptomycinu také erytromycin, linkomycin, rifampicin

Perzistence 

Perzistery  jsou morfologicky normální bakterie, které přežily letální koncentrace antibiotika=>po ukončení antimikrobního účinku se dělí, za vzniku dceřiných bakteriálních buněk na antibiotikum opět citlivých .  Perzistery mohou být také L- formy bakterií nevnímavé k atb.



Perzistence je popsána především u β-laktamových antibiotik a jejich účinku na nemnožící se bakterie.



Perzistence hraje roli při raných infekcích a infekcích z průniku cizích těles.

Perzistence 

Někdy může tento stav také souviset se špatným průnikem atb do tkání, eventuelně jsou-li bakterie lokalizovány uvnitř buněk makroorganismu.



Perzistence má z terapeutického hlediska za následek vznik relapsů a nutnosti prodloužení léčby, či opakování léčby atb.

Princip KO-SELEKCE 





příkladem může být perzistence rezistence na glykopeptidy u enterokoků po zákazu používání glykopeptidových antibiotik u zvířat (konkrétně avoparcinu jako stimulátoru růstu). Perzistence je přičítána genetickému propojení mezi „selftransferable“ plasmidy nesoucími determinantu ermB – rezistence na makrolidy a vanA operonu s rezistencí na glykopeptidy. Při pokračování používání makrolidů (zejména veterinárního makrolidu tylosin) se v populaci zachovávají i determinanty pro rezistenci ke glykopeptidům.

Ko-selekce rezistence Zkřížená rezistence 



Ko-selekce:  Určité geny pro rezistenci mohou být např. vedle sebe na konjugativním plasmidu, používání určitého ATM způsobí přenos R na obě ATM  Př: tylosin a tetracyklin - mají vliv na ko-selekci kmenů s rezistencí na glykopeptidy (důležité v humán med – př.vankomycin) Zkřížená R:  Bakterie nese genetickou informaci k určitému mechanizmu rezistence, který může postihnout látky z téže farmakologické sk. nebo příbuzných sk.  Př:  Př. tzv. MLSKO: makrolidy-linkosamidystreptograminy-ketolidy- oxazolidinony

Zkřížená rezistence 

Makrolidy-linkosamidy-streptograminB erm-geny (způsobují modifikaci cíle)

Meticilin rezistence mecA geny (způsobují modifikaci cíle) (většinou) všechny betalaktamy





Extended spectrum beta-lactamases různé geny – např. CTX-M-1 (destrukce atm) peniciliny, cefalosporiny

REZISTENCE stručně z genetiky

Fenotypická adaptace (1) 

 



je dnes chápána jako přizpůsobení bakterií na změněné metabolické pochody ? potlačení některých represoricky působících genů s následným uvolněním nových metabolických pochodů tyto fenotypické adaptace jsou změny jen přechodné a částečné fenotypickou adaptaci lze terapeuticky zvládnout:

vyšší dávkou atb nebo  jeho úplným prvotně nasazeného ATM a náhradou antibiotikem z jiné farmakologické skupiny, které nemá zkříženou rezistenci 



tento typ rezistence je z hlediska četnosti výskytu i dopadů málo významný

Fenotypická adaptace (2) příklady :  změny v rezistenci u  Mycobacterium tuberculosis  ve stadiu klinické remise jsou kmeny výrazně rezistentnější než kmeny v období akutního vzplanutí onemocnění  rezistence na pnc – podmíněná indukcí penicilinázy 

Genetické změny hlavní těžiště vzniku rezistence má genotypový podklad

Genetická podstata rezistence :  -

-

   

MODIFIKACE GENU NA CHROMOZÓMU jde o modifikaci genu odpovědného za citlivost bakteriální buňky k ATM podstata je mutačně – selekční PŘEVZETÍ GENETICKÉHO MATERIÁLU převzetí genetického materiálu od rezistentních buněk nejčastěji je lokalizována extrachromozomálně bývá označována také jako plasmidová, přenosná, infekční

R – plasmidy (1) 

  



R plasmid může nést informaci o rezistenci až na 10 různých antibiotik současně R plasmidy z humánních a veterinárních izolátů se jeví jako velmi podobné / mnohdy i shodné v jedné bakteriální buňce může být současně přítomno i více různých R plasmidů vývoj plasmidů nesoucích rezistence obvykle následuje po progresivním získávání transpozónů různých typů nebo integronů mutace zřejmě mohou vést k dalším změnám plasmidy přenášených rezistentních genů

Transpozony 

„jumping genes“ jsou krátké sekvence DNA, které mohou být přeneseny:  mezi plasmidy navzájem  mezi plasmidem a bakteriálním chromozómem  mezi plasmidem a bakteriofágem



na rozdíl od plasmidů nejsou schopny nezávislé replikace a musí být proto neseny funkčním replikonem (plasmidem nebo chromozómem)



často několik transpozónů může být inkorporováno do jednoho plasmidu, výsledkem pak může být, že v průběhu jedné konjugace dojde k přenosu determinant pro vícenásobnou rezistenci



přítomnost transpozónů a jejich „kolování“ v buňce, v populaci může mít za následek rychlý nárůst rezistence uvnitř populace i mezi populacemi

Integrony (1)  



Integrony a genové „kazety“ integrony jsou přirozeně se vyskytující elementy exprese genu integron je místně specifický rekombinační systém obsahující

integrázu (rekombinační enzym)  gene-capture (připojovací) místo  zachycený(é) gen(y) 





integrony se mohou intracelulárně přemisťovat, ale jejich integrace je místně specifická –nejčastěji za promotorem byly identifikovány např. u enterobakterií a pseudomonád

Integrony (2) 

integrony jsou složeny ze dvou stejných oblastí a vmezeřené variabilní části, která obsahuje například genovou kazetu s rezistencí na antibiotikum, místo integrace je vždy umístěno za nějakým silným promotorem, aby bylo zajištěno časté čtení



jeho genů (integrony mohou být součástí chromozómu, plasmidů i transpozónů nebo jejich inzerčních sekvencí)



genové kazety jsou jsou unikátní skupinou malých mobilních

elementů, které zahrnují jednotlivý gen pro rezistenci na určité antibiotikum a specifické rekombinační místo, které zajišťuje přemístitelnost, protože je rozpoznáváno místně specifickými integrázami, které katalyzují integraci kazet ve specifických místech integronu, tímto způsobem je zajištěno, že se v integronech mohou vyvinout genové kazety s geny pro vícenásobnou rezistenci

Přenos genetického materiálu 

Extrachromozomální DNA schopná přenosu rezistence se může:  sama replikovat a pak  šířit do jiných buněk několika různými mechanismy:

transdukcí - pomocí bakteriofágů  konjugací plasmidem nebo transpozónem  jednoduchou transformací. 

Význam R plasmidů antibakteriální léčbě 



I z klinického hlediska záleží, jak je rezistence nesena: chromozomální :  



R plasmidy :   



šíří se pouze samotnými rezistentními buňkami – proto je frekvence jejich šíření velmi nízká je obvykle pouze na jedno atb

rozšíření i z relativně malého počtu buněk na celou populaci – frekvence šíření je proto vysoká až explozívní může být na více atb, tento typ rezistence mívá až multirezistentní charakter umožňuje vytvoření rezervoárů multirezistentních kmenů, toto je časté např. v nemocnicích a nebo ve velkochovech, kde se užívá antibiotická terapie

závažným problémem je přenosná rezistence u kmenů enterobakterií (ESBL, NDM, OXA), stafylokoků (MRSA), nefermentujících G- tyček (pseudo- karbapenem R) a také enterokoků (HLAR)

Hodnocení antimikrobiálního účinku antibiotika se provádí in vitro stanovením minimální inhibiční koncentrace (MIC) a minimální baktericidní koncentrace (MBC). MIC je nejmenší naměřené množství (koncentrace) antibiotika, které inhibuje růst a množení bakterií v testovacím mediu. MBC odpovídá nejnižší naměřené koncentraci antibiotika in vitro, která usmrtí exponovanou bakteriální kulturu v průběhu 24 hod.

Aby byl účinek antibiotika dostatečný, je třeba, aby minimální koncentrace antibiotika v cílových tkáních odpovídaly hodnotám MIC a MBC.

MPC a MSW Mutačně preventivní koncentrace (MPC) - Je definována jako koncentrace, která neumožní získání libovolného mutanta z množství 1010 bakterií Mutačně selekční okno (MSW) - Je definováno jako koncentrace nacházející se v rozmezí MIC a MPC Ideální terapie by měla zničit bakterie před tím, než koncentrace poklesne pod MPC a než dosáhne MSW Model je dobře popsán u fluorochinolonů (enroflox):

MPC a MSW

Př: E.coli infekce-selata-jejunum vs enroflox 2,5 mg/kg ž.hm. p.o. - porovnání koncentrace dosažené v jejunu s MIC E.coli => usmrcení populace divokých kmenů a mutantů prvního stupně - čím více koncentrace překročí MPC tím menší je pravděpodobnost převládnutí mutantů v populaci, protože jsou inhibovány nebo zabity, mutanti se mohou objevit v koncentraci > MIC

Koncentrace vs. doba expozice 

Vysoké koncentrace: nebývají pro terapeutický efekt přínosné,  často zatěžují nemocného riziky nežádoucích a toxických reakcí. U řady antibiotik je pro terapeutický efekt důležitá doba expozice. 

Podle typu baktericidity jsou antibiotika s účinkem závislým: -

-

-



na koncentraci a PAE* (fluorochinolony, polymyxiny, aminoglykosidy) na koncentraci bez PAE (peniciliny, cefalosporiny,makrolidy, amfenikoly... na čase i koncentraci (tetracykliny, ketolidy, glykopeptidy)

PAE = postantibiotický efekt

Enrofloxacin (účinek usmrcení bakterií závislý na koncentraci, podstatné jsou zejména poměry Cmax /MIC a AUC/MIC

Přehled antibiotik ve veterinární medicíně v ČR– podle jejich účinku (k IX/2012) Bakteriostatická Zástupci

Skupina MAKROLIDY

Bakteriostatická

Erythromycin

Zástupci

Skupina AMFENIKOLY

Chloramfenikol

Tylosin

Florfenikol

Tylvalosine

Thiamfenikol

Josamycin (není již v ČR reg)

PLEUROMUTILINY

Tiamulin

Tilmikosin

Valnemulin

Spiramycin

(Retapamulin-hum.)

Tildiprosin (probíhá centraliz. registrace)

SULFONAMIDY a TRIMETHOPRIM

Phthalylsulfathiazol

azalidy

Gamithromycin

Sulfaclosin

triamilidy

Tulathromycin

Sulfamethoxazol

LINKOSAMIDY

Linkomycin

Sulfadoxin

Pirlimycin

Sulfadiazin

Klindamycin

Sulfamerazin Sulfadimidine

AMINOCYKLITOLY

Spektinomycin

Sulfadimethoxine Sulfamonomethoxine

TETRACYKLINY

Tetracyklin

Sulfachlorpyridazin

Chlortetracyklin

Trimethoprim

Oxytetracyklin Doxycyklin

OSTATNÍ

Novobiocin

Přehled antibiotik ve veterinární medicíně v ČR– podle jejich účinku (k IX/2012) Baktericidní

Baktericidní Zástupci

Skupina Beta-laktamy

PENICILINY - úzkospektré

Zástupci

Skupina Beta-laktamy

Procaine benzylpenicillin

AMINOGLYKOSIDY

Benzathine benzylpenicillin

Gentamicin Neomycin Kanamycin

PENICILINY – s rozšířeným spektrem

Ampicilin

Streptomycin

Amoxicilin

Dihydrostreptomycin

Amoxicilin+klavulanát

Paromomycin

Cloxacilin Dicloxacilin

POLYPEPTIDY, POLYMYXINY

Nafcilin

Bacitracin ANSAMYCINY

CEFALOSPORINY

Cefalexin

Kolistin

Rifaximin

CHINOLONY

Cefacetril

Enrofloxacin

Cefapirin

Difloxacin

Cefalonium

Marbofloxacin

Cefoperazon

Orbifloxacin

Ceftiofur

Flumequin

Cefquinom

Ibafloxacin

Cefovecin

Pradofloxacin (nově centraliz.R)

NEŽÁDOUCÍ ÚČINKY používání antibiotik Toxické účinky - vznikají po vysokých dávkách, vlivem vysokých plazmatických koncentrací, eventuálně při vyšší citlivosti hostitele nebo následkem špatné eliminace.

Účinky: neurotoxické, hepatotoxické, nefrotoxické, ototoxické, hematotoxické, gastrointestinální, lokální Alergie - jsou vyvolány po předchozí senzibilizaci i malou dávkou antibiotika. Bývají časté u penicilinů. Nebezpečné formy jsou spojeny zejména s parenterálním podáním antibiotika. Mohou se projevit jako časné i pozdní reakce v průběhu léčby nebo i po jejím skončení.

Biologické účinky - jsou způsobeny změnou přirozené bakteriální mikroflóry kůže nebo sliznic. Jsou zvláště časté při používání širokospektrých antibiotik – průjmy, kvasinkové infekce, hypovitaminóza B a K,…

Zásady správného používání antibiotik 1. Podání antibiotik by se mělo uskutečnit jen na základě správně stanovené diagnózy bakteriálního onemocnění 2. Původce infekce musí být in vitro k použitému antibiotiku citlivý (test citlivosti)

3. V místě infekce musí být zajištěna dostatečná koncentrace antibiotika (alespoň MIC) 4. Doba podávání antibiotika má být taková, aby bylo infekční agens dokonale inhibováno nebo usmrceno 5. Podle možnosti dát přednost antibiotikům s užším spektrem a netoxickými účinky 6. Je třeba mít na zřeteli individuální kontraindikace