Sekundární metabolismus Antibiotika

Sekundární metabolismus Antibiotika

Ing. Hana Sýkorová, Ph.D. 2014

sekundární metabolismus  1961 Bulock – termín sekundární metabolit  metabolity, které nejsou nepostradatelné pro růst a reprodukci  specifický význam pro producenta  nepřesný termín – vhodnější „speciální“ nebo „specifický“ metabolismus (resp. „obecný metabolismus“ místo „primární“)  na vstupu relativně málo intermediátů, na konci široké spektrum sloučenin

Common metabolites generated from secondary biosynthesis pathways in fungi

sekundární metabolismus  jedinečné metabolické dráhy  enzymy s nižší substrátovou a reakční specifitou ve srovnání s obecným m. → vznik skupiny chemicky a strukturně podobných látek  syntéza sekundárních metabolitů strukturně podobných primárním metabolitům: • existující enzymy primárního metabolismu • speciální (klasická ribosomální syntéza lantibiotik x speciální typ multienzymových komlexů při syntéze polypeptidových antibiotik)

sekundární metabolismus  klíčové intermediáty: • sacharidy • šikimová kyselina a/nebo aromatické kyseliny • nearomatické aminokyseliny • C1 sloučeniny • krátké mastné kyseliny (octová, propionová) • intermediáty citrátového cyklu • puriny a pyrimidiny

Klasifikace sekundárních metabolitů podle původu intermediátů

kys. šikimová

Význam sekundárního metabolismu  poskytování výhody v konkurenčním prostředí (zvýšení schopnosti růstu, reprodukce, rozšíření nebo přežití v daném prostředí) • signální funkce (autoregulátory luminiscenčních bakterií, koordinace spolurace u streptomycet, sexuální diferenciace kvasinky S. cerevisiae α x a faktor…)

• obranná funkce (antibiotika, mykotoxiny, pigmentace…) účinek na široké spektrum konkurentů včetně vyšších organismů (srovnej s bakteriociny!)

Doporučený zdroj: sylabus k předmětu Biochemie sekundárních metabolitů, Ústav biotechnologie VŠCHT, prof. Jan Masák http://old.vscht.cz/kch/download/sylaby/biochemiesekmet.pdf

Antibiotika

• • • • • •

Úvod, historie Klasifikace Mechanismy účinku, zásahová místa Rezistence Skupiny atb podle chemické struktury Metodika stanovení citlivosti, hodnocení účinku

antibiotika  látky které inhibují růst mikroorganismů (bakteriostatické), nebo je usmrcují (baktericidní)  potlačení konkurenčních mo  přírodní látky produkované převážně mikroorganismy, nebo podobné látky připravené semisynteticky popř. synteticky  produkty sekundárního metabolismu

Historie

"...podle mne budou do deseti let antibiotika jako léčivo zakázána"

• • • • •

Sir Alexandr Fleming (1881 – 1955) 1928 – penicilin (Penicillium nonatum) 1939 – izolace (H.W. Florey a E.B. Chain) 1945 – Nobelova cena za fyziologii a medicínu 1944 – pokusná produkce penicilinu v továrně Benjamin Fragner v Praze (dnes Zentiva)

Historie

Antibiotika pro klinické použití • nesmí poškozovat eukaryotní buňky • účinek již v nízkých koncentracích

• této hladiny má dosáhnout přiměřeně brzy • výhodou post-antibiotický efekt – určitý časový interval, ve kterém přetrvává potlačení metabolické aktivity mo a jeho množení i když antibiotikum není v těle přítomno.

Kritéria dělení antibiotik: • • • • •

Původ Biologické účinky Biosyntetická dráha Mechanizmus účinku Chemická struktura

Podle původu: • mikroorganismy (70% ř. Actinomycetales) • vyšší rostliny, řasy, lišejníky • živočichové

• přirozené • semi-syntetické • syntetické

Podle biologického účinku: • • • •

antivirotická antibakteriální antifungální antiparazitická

• širokospektrá x úzkospektrá • bakteriostatická x baktericidní

Podle mechanismu účinku: • Inhibice syntézy buněčné stěny • Porušení buněčné membrány • Inhibice syntézy bílkovin

• Inhibice syntézy nukleových kyselin • Inhibice metabolismu kys. listové (antimetabolity)

Zásahová místa:

Inhibice syntézy buněčné stěny




Inhibice syntézy buněčné stěny • • • •

β-laktamy Fosfomycin Bacitracin Vankomycin

Fosfomycin zabraňuje syntéze peptidoglykanové podjednotky. Bacitracin interferuje s funkcí baktoprenolu. Penicilin a vankomycin inhibují křížné propojení peptidoglykanu.

Porucha funkce CM • Porušení integrity CM  únik endogenních látek  zánik mikroorganismu • Polymyxiny  cyklické peptidy s postranním hydrofobním řetězcem  směs několika antibiotik (Bacillus polymyxa)  účinek na G lokální použití (v očním lékařství či ORL)

 Polymyxin B, kolistin (polymyxin E)

Porucha funkce CM

Kolistin

Polymyxin B • Vazba na LPS vnější membrány, průnik k CM, vazba na fosfolipidy  dezintegrace • hydrofobní řetězec – zásadní úloha • "detergent-like" efekt

Inhibice syntézy bílkovin

Inhibice syntézy bílkovin

 vždy vazba na ribozom (výjimka = mupirocin)

Inhibice syntézy bílkovin • Streptomycin ( a další aminoglykosidy) vazba na malou podjednotku a fixuje ribosom na mRNA. Ribosom tak nemůže pokračovat v protesyntéze

• Erytromycin (a další makrolidy) vazba na velkou ribosomální podjednotku a brání elongaci

• Tetracykliny deformují strukturu malé podjednotky, takže molekuly tRNA s navázanou aminokyselinou nemohou interagovat s mRNA

• Chloramfenikol vazba na velkou podjednotku (inhibice elongace)

• Linkosamidy vazba na velkou podjednotku (inhibice translokace)

Inhibice syntézy bílkovin • Mupirocin (produkce - Ps. fluorescens)

• část molekuly strukturou blízká izoleucinu  reverzibilní vazba na izoleucyl-tRNA-syntetázu  znemožnění vazby Ile na příslušnou tRNA  inhibice syntézy proteinového řetězce (Ile nemůže být inkorporován) • účinný proti G+ mikroorganizmům působícím většinu kožních infekcí (stafylokoky, včetně methicilinrezistentních kmenů) – Bactroban (mast)

   

Inhibice syntézy NA

DNA gyráza RNA polymeráza Vazba na DNA Zlomy v DNA

• Chinolony (kys. nalidixová, ciprofoxacin) vazba na GyrA podjednotku DNA-gyrázy • Novobiocin vazba na GyrB podjednotku DNA-gyrázy • Rifampin vazba na β-podjednotku DNAdependentní RNA polymerázy účinek před zahájením transkripce • Aktinomycin Toxické polypeptidové antibiotikum, cytostatický účinek Inhibice transkripce (vazba na DNA, interkalace mezi G-C) • Metronidazol, nitrofurantoin Zlomy v DNA

Inhibice metabolismu kys. listové  kys. listová (folát) -

vit B9 eukaryota – příjem z prostředí bakterie – příjem jen v omezeném množství, nutná syntéza (kys. p-aminobenzoová + pteridin) nezbytná pro syntézu NA

kys. listová

• Sulfonamidy Analogy PABA Kompetitivní inhibice

• Trimethoprim Analog části molekuly DHF Vazba na DHF-reduktázu

  Synergický účinek (dvě místa v metabolickém řetězci)

Inhibice metabolismu kys. listové

aktivní forma kyseliny listové = THF = koenzym transferáz součást syntézy nukleotidů

Zásahová místa - shrnutí

• Inhibice syntézy buněčné stěny • Porušení buněčné membrány • Inhibice syntézy bílkovin • Inhibice syntézy nukleových kyselin • Inhibice metabolismu kys. listové

Rezistence

Rezistence = schopnost přežít účinek inhibiční koncentrace daného atb • primární (přirozená - intrinsic) - dána druhem (přirozenými vlastnostmi) bez ohledu na předchozí kontakt s atb - př.: β-laktamy x buněčná stěna → buňky bez b.s. přirozeně rezistentní (živočišné b.) • sekundární (získaná - acquired) - na základě kontaktu s atb (selekce odolných jedinců) - mutací nebo přenosem genů (plasmidy, transpozony)  penicilinový typ (multiple step mutation) = po dlouhodobém podávání atb (penicilin, chloramfenikol, bacitracin)  streptomycinový typ (one step mutation) = rychlý vznik vysoce rezistentních kmenů (streptomycin, erytromycin, linkomycin)

Rezistence - mutace • odhad: dceřiná buňka s mutací 1 : 10.000.000 • konkurenční výhoda, selekce

Rezistence - přenos • během dělení z buňky mateřské do buněk dceřiných • různými mechanizmy i do buněk bakterií různých druhů (horizontální přenos) - mobilní částice - plazmidy, transpozony, integrony - mechanizmy přenosu: • transdukce (virovou částicí) • konjugace (spájení přes pilus) • transformace (DNA z volného prostředí, např. mrtvé b.)

Rezistence – obecné mechanismy • • • •

změna cílové struktury omezená penetrace atb do buňky (poriny) zvýšené vylučování atb z buňky (eflux) enzymatická inhibice/inaktivace antibiotika Antibiotikum Beta-laktamová

Mechanizmy rezistence Produkce beta-laktamáz  permeability buněčné stěny Změna penicilin-vazebných proteinů

Aminoglykozidy a makrolidy

Snížená vazebnost na ribozómy  permeability buněčné stěny Produkce inaktivujících enzymů

Chloramfenikol

 vazebnosti na cílové ribozómy  permeability buněčné stěny  aktivity chloramfenikol-acetyltransferázy

Tetracykliny

 transport k ribozómům Aktivní buněčný eflux (vylučování antibiotika z buňky) Rezistence DNA-gyrázy  permeability buněčné stěny Aktivní buněčný eflux

Chinolony

Sulfonamidy Trimetoprim

Rezistence syntetázy kyseliny listové Rezistence reduktázy kyseliny dihydrolistové  permeability buněčné stěny

Rezistence – změna cílové struktury příklady: • penicilin vázající proteiny (PBP) - přítomnost genu mecA pro pozměněný PBP → rezistence na methicilin (MRSA stafylokoky) • modifikace prekurzorů peptidoglykanu - přítomnost genů vanA, vanB → rezistence na vankomycin • modifikace DNA gyrázy - mutace v genu gyrA a gyrB→ rezistence na fluorochinolony • změna RNA polymerázy - bodové mutace, inzerce a delece v oblasti rpoB (gen pro βpodjednotku RNA polymerázy) → rezistence k rifampicinu • mutace v syntéze ribosomálních proteinů → rezistence k aminoglykosidům a makrolidům

Rezistence – změna cílové struktury Vankomycin - glykopeptidové atb. - mechanismus: inhibice buněčné stěny (transpeptidace)

- nahrazení koncového D-Ala laktátem - rezistentní enterokoky (VRE) = nebezpečí, vankomycin používán jako atb poslední volby - popsán přenos na MRSA stafylokoky

MRSA – methicilin rezistentní Staphylococcus aureus

• • • • • • • • • •

S. aureus – kůže, sliznice (30% populace) po proniknutí bariérou – záněty, sepse (diabetická noha) 40. léta – potvrzena rezistence některých kmenů S. aureus na penicilin dnes - více než 90% penicilin-rezistentních kmenů šíření rezistence - gen pro β-laktamázu (blaZ) na plasmidu přelom 50. a 60. let – semisyntetické peniciliny (methicilin) 1961 – popsán kmen rezistentní na veškeré β-laktamy mecA → modifikace PBP = MRSA problém nemocničních nákaz (otevřené rány, snížená imunita…) účinná léčba především vankomycinem – nebezpečí = rozšíření VRSA

Rezistence – změna propustnosti • LPS v membráně G- (lipid A + polysacharid + O-antigen) - bariéra proti účinkům atb  modifikace lipidu A→ snížení vnějšího záporného náboje membrány → rezistence k polymyxinům a aminoglykosidům • poriny - rychlost difuze atb závisí na velikosti, počtu a selektivitě porinů - OprD – porin pro malé β-laktamy (imipen) - OprE – porin pro chinolony a cefalosporiny  absence nebo snížení počtu porinů, popř. mutace vedoucí k zúžení porinů → rezistence

Rezistence – eflux - eflux = mechanismus, kterým se bakterie zbavuje široké škály chemicky a strukturně odlišných sloučenin - transmembránové proteiny – „eflux pumpy“ • úzce specifické (tetracyklin) • nespecifické - „multidrug transportéry“ - schopné odstraňovat celou řadu atb - multirezistentní fenotyp - AcrAB/TolC - E.coli, Salmonella - MexAB/OprM - Ps. aeruginosa

 rezistence s omezenou kapacitou, při zvýšení koncentrace atb buňka opět citlivá

Rezistence – eflux Tetracyklin - mechanismus účinku: inhibice proteosyntézy (vazba na 30S )

- indukce tetracyklinem - geny tet na konjugativních plasmidech

Rezistence – inaktivace atb  enzymy modifikující aminoglykosidy • acetyltransferázy (aac) - acetylace aminosk. (acetyl-CoA) • fosfotransferázy (aph) - fosforylace hydroxylové sk. (ATP) • adenyltransferázy (ant) - adenylace hydroxylové sk. (ATP) - geny většinou na plasmidech a transpozonech  enzymatická inaktivace chloramfenikolu • acetyltransferáza (cat) – acetylace hydroxylové skupiny, modifikovaný derivát není schopen vazby na ribosom - geny většinou na plasmidech a transpozonech  enzymy hydrolyzující β-laktamová antibiotika

• β-laktamázy

Rezistence – inaktivace atb β-laktamázy - přerušení β-laktamového kruhu hydrolýzou amidové vazby

-

široká skupina enzymů (více než 340 typů) na chromosomech i plasmidech konstitutivní i indukovaná biosyntéza penicilinázy, cefalosporinázy, metalo-β-laktamázy (závislé na iontu kovu, obvykle Zn2+)…

Kritéria dělení antibiotik: • • • • •

Původ Biologické účinky Biosyntetická dráha Mechanizmus účinku Chemická struktura

Třídění antibiotik podle struktury: • • • • • • • • • •

β-laktamy aminoglykosidy linkosamidy makrolidy polyketidy tetracykliny polypeptidy glykopeptidy chinolony/fluorochinony sulfonamidy další - chloramfenikol, rifampicin



β-laktamy • • • •

peniciliny cefalosporiny monobaktamy karbapenemy

• inhibitory β-laktamáz

β-laktamy základní struktura: 4 členný β-laktamový kruh + postranní řetězec • peniciliny: 5-členný heterocyklus • cefalosporiny: 6-členný heterocyklus • monobaktamy: bez heterocyklu peniciliny

monobaktamy

cefalosporiny

kys. klavulanová

β-laktamy

mechanismus: - poškození buněčné stěny (inhibice transpeptidace) - vazba na transpeptidázu (PBP – penicilin binding protein) - baktericidní účinek - působí především na G+

β-laktamy

produkce: Penicilium chrysogenum (přirozené peniciliny) Cephalosporium acremonium (přirozené cefalosporiny) Streptomyces clavuligerus (kys. klavulanová) biosyntéza: základní prekurzory = 3 aminokyseliny • L-cystein • L-valin • α-amino-adipová kyselina rezistence • inaktivace atb (β-laktamázy) • změna struktury cílového místa (PBP) • narušení transportu (mutace porinových kanálků) • aktivní transport ven z buňky

P. chrysogenum

β-laktamy: peniciliny základní, přirozené

penicilin G, penicilin V

antistafylokokové

oxacilin, meticilin, cloxacilin, flucloxacilin

širokospektré

aminopeniciliny

ampicilin, amoxicilin

karboxypeniciliny

ticarcilin

acylureidopeniciliny

piperacilin

základní: penicilin V – acidorezistentní penicilin G – není acidorezistentní - nejsou odolné vůči β – laktamázám - léky první volby u infekcí způsobených streptokoky, pneumokoky, stafylokoky, Bacillus anthracis …



antistafylokokové

oxacilin, methicilin, cloxacilin, flucloxacilin

širokospektré

aminopeniciliny


karboxypeniciliny

ticarcilin


piperacilin

antistafylokokové: -

odolné vůči β – laktamázám streptokoky a stafylokoky methicilin pouze parenterálně oxacilin perorálně u méně závažných stafylokokových infekcí



antistafylokokové

oxacilin, methicilin, cloxacilin, flucloxacilin

širokospektré

aminopeniciliny


karboxypeniciliny

ticarcilin


piperacilin

aminopeniciliny: -

semisyntetické nejsou odolné vůči β – laktamázám krom G+ i některé G- (Listeria monocytogenes) ampicilin – absorpce omezována potravou amoxicilin – kompletní absorpce po perorálním podání



antistafylokokové

oxacilin, meticilin, cloxacilin, flucloxacilin

širokospektré

aminopeniciliny


karboxypeniciliny

ticarcilin


piperacilin

karboxypeniciliny: - široké spektrum účinku - částečně i proti Ps. aeruginosa - nejsou odolné vůči β – laktamázám acylureidopeniciliny: - proti enterokokům, Ps. aeruginosa - nejsou odolné vůči β – laktamázám

β-laktamy: peniciliny nežádoucí účinky: - možnost alergické reakce – alergenem většinou biodegradační produkty - anafylaktický šok, kožní vyrážky - enteritidy (přerůstání stafylokoků a kvasinek)

β-laktamy: cefalosporiny - 1. - 4. (5.) generace - zvyšování účinnosti na G- postupně se zvyšuje odolnost vůči β – laktamázám - většinou dobře snášeny, občas alergické reakce - sepse, infekce měkkých tkání, kůže, močových cest… - Pseudomonas aeruginosa, Proteus mirabilis, Serratia, Enterobacter, E.coli, H.influezae…

β-laktamy: monobaktamy -

účinek pouze na aerobní G-

-

v klinické praxi – pouze aztreonam

-

nevstřebává se v GIT, pouze parenterální podání

-

vstřebává se do tělesných tkání i tekutin

-

život ohrožující infekce

β-laktamy: karbapenemy -

nejširší spektrum účinku mezi betalaktamy (G+, G- i pseudomonády, aeroby i anaeroby, včetně kmenů S. pneumonie vysoce rezistentních na penicilin)

-

většinou odolné vůči β – laktamázám

-

výhradně parenterální podání

-

dobrý prostup tkáněmi a tekutinami (i mozkomíšní mok)

-

terapie život ohrožujících nákaz

-

léčba nemocničních infekcí vyvolaných multirezistentní mikroflórou

-

imipenem, meropenem

β-laktamy: inhibitory β-laktamáz - β-laktamázy – mechanismus rezistence - použití v kombinaci s antibiotiky (co-amoxicilin, co-ampicilin) - rozšíření antimikrobiálního spektra kys. klavulanová - slabé antibiotikum - vazba na penicilinázy kódované plasmidem, na chromozomálně kódované cefalosporinázy neúčinná

- co-amoxicilin – účinek na kmeny rezistentní vůči amoxicilinu (stafylokoky, H.influenzae, Klebsiella pneumoniae…) sublaktam tazobaktam



Aminoglykosidy 1944 – streptomycin, účinek proti mykobakteriím (tuberkulóza)

základní struktura: 2-4 amino-sacharidy (resp. aminocyklitoly)

kanamycin streptomycin

gentamicin

Aminoglykosidy

mechanismus: - ireversibilní vazba na 30S podjednotku - několikastupňový model účinku (blokování činnosti ribozomů, chybná translace, poškození membrán, zvyšování průniku atb) - působí především na G- (narušení integrity vnější membrány): Escherichia, Proteus, Enterobacter, dále Mycobacterium, brucely, pasteurely, ale i G+ stafylokoky produkce: Streptomyces griseus (streptomycin) Streptomyces fradie (neomycin) Micromonospora (gentamicin) Streptomyces griseus biosyntéza: monosacharidy z glukózy, klíčový intermediát myo-inositol, Dglukosamin, D-ribosa

Aminoglykosidy - nevstřebávají se střevním traktem, intravenosní nebo intramuskulární podání - vyšší toxicita vůči živočišným buňkám (při dlouhodobém podávání ototoxicita, nefrotoxicita) • strepromycin • gentamicin • tobramycin • kanamycin • amikacin (semisyntetický, nejúčinnější, nejpomalejší vývoj rezistence)  mechanismy rezistence • inaktivace atb (acetylace, adenylace, fosforylace) • mutační změny na ribosomu • znemožnění vstupu atb do buňky



Linkosamidy základní struktura: prolin vázaný amidovou vazbou na pyranosid

klindamycin

linkomycin

Linkosamidy mechanismus: - inhibice proteosyntézy (vazba na 30S, předčasná disociace peptydyl-tRNA z ribozomu) produkce: Streptomyces lincolnensis (linkomycin) biosyntéza: obě části zvlášť propylprolin z L-tyrosinu dále C3 a C5 cukry

Linkosamidy - nízká toxicita - alergické reakce vzácné

- antistafylokoková antibiotika - účinné i na anaeroby linkomycin klindamycin - dobrá distribuce v těle - penetrace do kostí, kloubů a šlach - infekce kostí, měkkých tkání, dutiny břišní po chir. zákroku…



Makrolidy základní struktura: „makrocyklický laktonový kruh“ aglykon + sacharid (amino-, deoxy- sacharidy)

• nepolyenové makrolidy: aglykon = 14-16 členný laktonový kruh • polyenové makrolidy: aglykon = 26-32 členný laktonový kruh často obsahují navíc i aromát nystatin

etrytromycin

Makrolidy - nepolyenové mechanismus: - vazba na 50S podjednotku (blokování vzniku pept. vazby) - vysoká aktivita vůči G+, u G- obtížný průnik do buňky, některé účinné i proti mykoplasmatům - na eukaryotní b. nemají vliv, jiné vazebné místo na ribozomu produkce: Streptomyces Micromonospora biosyntéza: prekurzory – krátké karboxylové kyseliny (propionát, acetát, glykolát, izobutyrát) řada typů reakcí - oxidace, redukce, epoxidace, acylace, methylace…

Makrolidy - polyenové mechanismus: - místem účinku je cytoplasmatická membrána (selektivní účinnost – membrány se sterolem) - účinné na eukaryotní b. (nystatin proti kvasinkám) - účinek i na vnitrobuněčné m. (mitochondrie, lysozomy) produkce: Streptomyces sp. biosyntéza: podobná jako u nepolyenových makrolidů aglykon, cukerná část i aromát – samostatná syntéza



Tetracykliny základní struktura: oktahydrotetracen-2-karboxiamidový řetězec

chlortetracyklin

tetracyklin

Tetracykliny mechanismus: - inhibice proteosyntézy - vazba na 30S podjednotku - bakteriostatický účinek produkce: Streptomyces aureofaciens (chlortetracyklin, tetracyklin) Streptomyces rimosus (oxytetracyklin) biosyntéza: 8x acetyl-CoA 1x Asp

Tetracykliny • široké spektrum účinku: G- i G+, Vibrio cholerae, některé anaeroby, mikroplazmata, chlamydie, rickettsie • bakteriostatický účinek • nevýhoda – častý výskyt rezistence (často u Enterobacteriaceae) • nežádoucí účinky: podráždění GIT, fotosenzitivní alergické reakce, ukládání v rostoucích kostech a zubech (léčba vyloučena u malých dětí a těhotných)

Mechanismus účinku – 30S podjednotka

Mechanismus rezistence – eflux

Biosyntéza polyketidů makrolidy, tetracykliny • polyketid synthetasy (PKS) - multienzymové komplexy • opakující se moduly složené ze souboru domén nesoucích aktivní místa pro postupnou aktivaci, modifikaci a elongaci • zákl. jednotky – obvykle acetyl-CoA, malonyl-CoA • postupně narůstající řetězec vázán na tzv. pantetheinové raménko • po syntéze další úpravy (cyklizace, laktonizace, tvorba amidových vazeb)

Biosyntéza polyketidů

Figure 1: The most intensively studied PKS, deoxyerythronolide B synthase (DEBS), which catalyzes the key steps in the biosynthesis of the antibiotic erythromycin. DEBS catalyzes the extension of a propionate starter unit with six equivalents of methylmalonyl-coenzyme A (MM-CoA). After six rounds of decarboxylative Claisen condensations and varying degrees of reduction of the initially formed β-keto thioesters, the polyketide core of erythromycin is released from the enzyme via a terminal esterase [6-8]. Abbreviations: AT: acyltransferase, ACP: acyl carrier protein, KS: ketosynthase, KR: ketoreductase, DH: dehydratase, ER: enoylreductase, TE: thioesterase.



Polypeptidy základní struktura: peptid (10-15 ak), často cyklický atypické ak (amino-, hydroxy-, D-) produkce: rod Bacillus

 neribosomální syntéza!!! • syntéza na multienzymovém komplexu • peptidový řetězec na komplex vázán kovalentně přes fosfopantetein • široká substrátová specifita

 rozsáhlá skupina látek se zcela odlišnou aktivitou: • gramicidiny • bacitraciny • polymyxiny

Polypeptidy - gramicidiny mechanismus účinku: ionofory – ovlivnění přenosu K+ přes membránu, odčerpání iontů z buňky, zastavení proteosyntézy produkce: Bacillus brevis - heterogenní směs gramicidinu A (80%), B, C = gramicidin D - gramicidin D lineární, gramicidin S cyklický

Polypeptidy - gramicidiny Gramicidin S

příklad neribosomální syntézy peptidu s antimikrobiálním účinkem

Gramicidin S • produkce: Bacillus brevis • cyklický dekapeptid složený ze dvou identických pentapeptidů

Gramicidin S • syntéza katalyzována enzymovým komplexem Gramicidin S syntetáza (GS syntetáza) skupina neribosomálních peptidových syntetáz (NRPS)

• komplex tvořen dvěma NPRS: „lehký“ enzym GrsA (127 kDa) „těžký“ enzym GrsB (510 kDa)

Gramicidin S

• • • • • •

ATP aktivuje jednotlivé AK – aminoacyladenylát Lehký enzym katalyzuje aktivaci a racemizaci L-fenylalaninu na D-fenylalanin Těžký enzym aktivuje ostatní aminokyseliny Aminoacyly jsou přeneseny na specifická thiolová místa obou enzymů Thioesterově navázané aminokyseliny se postupně spojují a tvoří pentapeptid Kondenzací 2 pentapeptidů se tvoří GS

Gramicidin S

2 L-fenylalanin 2 L-prolin 2 L-valin + 10 ATP → GS + 10 ADP + 10 PPi 2 L-ornitin 2 L-leucine

A – adenylation PCP – peptidyl carrier protein E – epimerization C – condenzation TE – thioesterase domain (uvolnění nebo cyklizace)

Gramicidin S • „Gamicidin Soviet“ – 1942 SSSR • peptidové antibiotikum

• účinný na široké spektrum G+ i G- a některé plísně • již v nízkých koncentracích způsobuje hemolýzu – nelze použít k léčbě systémových infekcí • léčba povrchových ran • součást topických antibiotických přípravků

Polypeptidy - bacitraciny - produkce: Bacillus subtilis - inhibice syntézy buněčné stěny (blokování fosfolipidového přenašeče peptidoglykanové podjednotky – baktoprenol) - baktericidní - účinek na G+ včetně MRSA

- silně toxický - pouze lokální použití (obchodní n. – framykoin) bacitracin

Polypeptidy - polymyxiny

Kolistin (polymyxin E)

Polymyxin B • Vazba na LPS vnější membrány, průnik k CM, vazba na fosfolipidy  dezintegrace • hydrofobní řetězec – zásadní úloha • "detergent-like" efekt

Polypeptidy - polymyxiny - produkce: Bacillus polymyxa - baktericidní účinek

- účinek na G- : E. coli, Klebsiella, Enterobacter, Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae… - klinické použití – multirezistentní Ps. aeruginosa - neurotoxicita, nefrotoxicita – atb poslední volby



Glykopeptidy základní struktura: hepta-peptid + cukerná složka

teicoplanin - semisyntetický

vankomycin

Glykopeptidy mechanismus: - inhibice syntézy buněčné stěny (vazba na koncový peptid D-AlaD-Ala), znemožnění zesítění - baktericidní účinek

produkce: Streptomyces orientalis (vankomycin) teicoplanin – semisyntetický derivát biosyntéza: peptidová část - neribosomálně

Glykopeptidy Syntéza proteinové části vankomycinu:

adenylation (A) domain peptidyl carrier protein (PCP) domain condensation (C) or elongation domain modification domains: epimerization (E) domain, thioesterase domain (TE)

Glykopeptidy - účinné na G+ : stafylokoky (včetně MRSA), streptokoky, Bacillus, Listeria monocytogenes - nevstřebávají se v GIT – parenterální aplikace - ototoxicita, nefrotoxicita, neurotoxicita - vankomycin – atb. poslední volby

- život ohrožující infekce G+ bakteriemi, které neodpovídají na méně toxická antibiotika

Mechanismus rezistence k vankomycinu



Chinolony / fluorochinolony základní struktura:

kys. nalidixová

ciprofloxacin

Chinolony / fluorochinolony mechanismus: - inhibice syntézy NA – zablokování DNA-gyrázy produkce: syntetické atb. • • • •

1. generace (kys. nalidixová) 2. generace – zavedení F (norfloxacin) 3. generace (ciprofloxacin) 4. generace (sparfloxacin)

- široké spektrum účinku – Ps. aeruginosa, Enterobacteriaceae, stafylokoky, chlamydie, mykoplasmata, méně na streptokoky



Sulfonamidy základní struktura: odvozené od sulfanilamidu

mechanismus: analogy PABA (metabolismus kys. listové) produkce: syntetické atb. • účinné proti E.coli, streptokokům, hemofilům, aktinomycetám, chlamydiím • nekomplikované infekce močových cest, toxoplasmóza • v kombinaci s trimetoprimem (kotrimazol)



Chloramfenikol (amfenikoly) základní struktura: nitrobenzenové jádro

chloramfenikol

mechanismus: - inhibice proteosyntézy (50S podjednotka, inhibice elongace) produkce: Streptomyces venezuelae (dnes výhradně synteticky)

• bakteriostatický účinek • širokospektré (G+, G-, anaeroby) • vysoká toxicita – omezené využití (břišní tyfus, těžké anaerobní infekce, meningitidy)

Rifampicin (ansamyciny) základní struktura:

rifampicin (USA rifampin)

mechanismus: - inhibice RNA-polymerázy produkce: Amycolatopsis rifamycinica (řád Actinomycetales) • účinný na G+, Mycoplasma tuberculosis, některé G- (Legionella) • léčba tuberkulózy a lepry

• • • • • •

Úvod, historie Klasifikace Mechanismy účinku, zásahová místa Rezistence Skupiny atb podle chemické struktury Metodika stanovení citlivosti, hodnocení účinku

Metodika stanovení citlivosti - do jaké míry je mikroorganismus k atb citlivý •

kvalitativní (ano-ne)

•

kvantitativní (MIC)

MIC - minimální inhibiční koncentrace = nejnižší koncentrace, která brání viditelnému růstu mo

MBC - minimální baktericidní koncentrace = nejnižší koncentrace, která usmrtí nejméně 99,9% buněk

Metodika stanovení citlivosti metody: • diskový difuzní test • diluční test v bujonu • diluční test v agaru • E-test

standardy: - mezní hodnoty - popis metodiky - referenční kmeny - předepsané spektrum atb • CLSI Clinical and Laboratory Standards Institute • EUCAST The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing

Co byste měli určitě znát?

1. 2. 3. 4.

Charakteristika sekundárního metabolismu Zásahová místa antibiotik + příklady Rezistence – mechanismy, příklady (Van, Tet, β-laktamy), MRSA Skupiny atb, u důležitých základní struktura • β-laktamy – kruh, 3 AK, cílové místo • polyketidy – syntéza na multienzymových komplexech • polypeptidy – neribosomální syntéza (gramicidin) • glykopeptidy – proteinová část neribosomálně (Van)

Antibiotika a chemoterapeutika obecně byla a jsou vlastně nejvýše malá nepříjemnost, episoda na dlouhé

vývojové cestě bakterií, drobná překážka, se kterou se dokáží vyrovnat… cit.: přednáška Jar. Spížka, MÚ AV ČR

Děkuji za pozornost.

Sekundární metabolismus Antibiotika

Recommend Documents