Úvod do farmaceutické mikrobiologie Kateřina Demnerová Igor Hochel
Antibiotika Charakteristika látky mikrobiálního původu, které v nízkých koncentracích inhibují růst jiných mikroorganismů užívají se pro léčbu infekčních onemocnění (v současnosti výroba asi 150 druhů) Význam v širším slova smyslu – chemoterapeutika Dnes – biotechnologická příprava základní aktivní látky- po té chemická modifikace semisyntetická příprava např. beta laktámová antibiotika
Antibiotika Požadavky -nesmí poškozovat eukaryotní buňky -má účinkovat v nízkých koncentracích mg/l -této hladiny má dosáhnout přiměřeně brzy
Antibiotika • Význam- selektivní přežívání druhu, produkující druh je chráněn před účinkem enzymů, které štěpí antibiotikum • Bakteriostatický účinek -zabraňuje růstu a množení • Baktericidní účinek -charakterizován usmrcením bakterií • Bakteriostatická antibiotika mohou působit ve velkých koncentracích bakteriocidně • Post-antibiotický efekt – určitý časový interval, ve kterém přetrvává potlačení metabolické akivity m.o. a jeho množení i když antibiotikum není v těle přítomno.
Kombinace antibiotik • baktericidní peniciliny cefalosporiny aminoglykosidy trimetoprim/sulfonamidy nitrofurany metronidazol chinolony
• bakteriostatická tetracykliny chloramfenikol makrolidy linkosamidy spektinomycin sulfonamidy
Antibiotika • • •
Přirozená - producenti bakterie a plísně Semi-synthetická zvyšují účinnost rozšiřují škálu MO na které působí redukují vedlejší účinky zabraňují vývoji resistence pathogenů Synthetická – např. sulfonamidy
AtB a jejich producenti Hlavní producenti ATB
Produkované látky
Bakterie
1200
Aktinomycety
5200
Houby
2000
Lišejníky
100
Řasy
400
Vyšší rostliny
3500
Živočichové
900
Antibiotika • Minimální inhibiční koncentrace (MIC) nejnižší koncentrace látky vykazující mikrobistatický účinek • Minimální mikrobicidní koncentrace MBC u antibiotik a MFC u antimykotik) čím je MIC, MBC, MFC nižší, tím je daný kmen citlivější za definovaných podmínek
Antibiotika Primární účinek antibiotik • mechanismus působení • koncentrace v místě infekce • tupeň vnímavosti daného mikroorganismu Terapeutický efekt je nutno brát do úvahy i další faktory např. • dostupnost a množství antibiotika v místě infekce • interference s dalšími léky • celková dispozice pacienta - imunita
Antibiotika Působení antibiotik Specifický účinek • Spektrum účinku antibiotika úzské (griseofulvin- dermatofyta) široké (ciprofloxacin – chinolon III.generace) • Vnímavost organismů antibakteriální, antifungální, antivirová, antiparazitická akaricidy (roztoči), insekticidy (hmyz)
Antibiotika Působení antibiotik Nespecifický účinekDezinfekční prostředky, antiseptika působí na taxonomicky rozdílné skupiny, na trukturu, která je v nich obsažena. Nízská specifita účinku a míra působení může mít negativní účinek na člověka
Antibiotika mechanismu účinku • • • • • •
Inhibice syntézy buněčné stěny Narušení funkce buněčné membrány Inhibice syntézy proteinů Inhibice syntézy nukleových kyselin Inhibice DNA závislé RNA polymerázy Inhibice intermediárního metabolismu
Antibiotika Inhibice syntézy buněčné stěny • Je podkladem baktericidního účinku antibiotik • Antibiotika se navážou na enzymy, které se podílejí na syntéze buněčné stěny bakteriální buňky a tím blokují rvorbu buněčné stěny – rozmnožování buněk • Beta - laktamová antibiotika inhibují syntézu bakteriální stěny složené z peptidoglykanů, blokádou transpeptidačních reakcí, podílejících se na příčném zpevnění buněčné stěny • Glykopeptidová antibiotika inhibují syntézu stěnového pentapeptidu • Bacitracin inhibuje přenos hotového stavebního bloku přes cytoplasmatickou membránu • Peniciliny, cefalosporiny, bacitracin, vankomycin - zabraňují růstu, metabolismu a dělení buněk
Antibiotika Porušení cytoplazmatické membrány • detergence fosfolipidů v CM - polymyxin, kolistin (i poškození ledvin) • vazba na steroly v membráně kvasinkovitých MO, rozpouštění membrány –polyenová antibiotika amfotericin B • inhibice syntézy ergosterolu v membráně hub – imidazoly
Porušení buněčné cytoplazmatické membrány • Mění permeabilitu buněčné stěny a tím způsobují ztrátu její osmotické celistvosti. Antibiotika obsahují hydrofilní a lipofilní oblasti, vážou se na buněčnou stěnou, v níž se vážou na lipofilní součásti. Vodou, kterou s sebou nesou zvětšují povrch buňky dokud se membrána nezhroutí. Jejich efektivita závisí na množství fosfolipidů v buněčné membráně a jejich schopnosti pronikat stěnou buňky. Mnoho z těchto látek je toxických, což je vylučuje ze systematického používání. Výjimku tvoří některé antifugální látky, které využívají odlišnosti buněčné membrány hub.
Antibiotika Inhibice syntézy proteinů zásah na různých místech ribosomu • vazbou na 30S brání vazbě aminoacyl-tRNAtetracykliny • inhibice tvorby iniciačního komplexu – aminoglykosidy • vazbou na 50S brání transpeptidaci–chloramfenikol • vazbou na 50S brání posunu ribosomu k dalšímu kodonu–makrolidy-erytromycin • inhibice syntézy tRNA inaktivací izoleucyltRNAsyntetázy- linkosamidy - mupirocin
Antibiotika Inhibice syntézy nukleových kyselin • brání replikaci DNA –chinolony váží se na komplex DNA gyráza–DNA inhibují rozvolnění DNA během replikace • brání transkripci –rifampicin inhibuje RNA polymerázu
Antibiotika Inhibice intermediárního metabolismu • inhibice přeměny kys. p-aminobenzoové na dihydrofolát– sulfonamidy • inhibice redukce dihydrofolátu na tetrahydrofolát- trimetroprim, pyrimetamin
Rezistence k antibiotikům
Rozdělení antibiotik • • • • •
Antibakteriální Antifungální Antiparazitická Antivirotická Ektoparazitická
Antibakteriální antibiotika β – laktámová antibiotika • Peniciliny • Cefalosporiny • Karbapenenemy • Monobaktámy
Sir Alexander Fleming • • • •
• • • •
1881 - 1955 Anglický lékař a bakteriolog 1922 objevil lysozym 1928 kultivoval na Petriho miskách stafylokokové kultury, stafylokoky hynou tam, kde se rozrostla plíseň 1928 uveřejnil výsledky svých výzkumů, plísňový filtrát nazval penicilínem Během 2.světové války se používal penicilin na infikované rány 1938 první podání člověku 1945 Nobelova cena za medicínu
Začal bych citátem jednoho významného vědce
"...podle mne budou do deseti let antibiotika jako léčiva zakázána"
Peniciliny
• Spolu s cefalosporiny tvoří skupinu beta – laktamových antibiotik • Inhibice posledního stupně syntézy buněčné stěny • Spektrum: jsou klasifikována jako úzko- nebo širokospektrá v závislosti na individuální látce, rezistenci populace • Vedlejší účinky a toxicita: orgánová toxicita je vzácná. Může se vyvinout hypersenzitivita - kožní reakce, horečka, vaskulitis, anafylaxe. Je známa zkřížená senzitivita mezi jednotlivými peniciliny. • Rezistence :tvorba beta – laktamáz, změna vazebných proteinů, omezení průniku bakteriální stěnou • Indikace : respirační infekce, vhodné k terapii nozokomiálních infekcí
Penicilin G • Pouze pro parenterální aplikaci • Účinný na grampozitivní koky – streptokoky, gramnegativní koky – meningokoky, gonokoky • Rychle a dobře se vstřebává, maximální koncentrace v krvi za po 15 – 30 minutách, účinná koncentrace trvá cca 4 hodiny • Dobře proniká do většiny tkání, zánět zvyšuje průnik do tkání (např. u CNS) • Nežádoucí účinky – anafylaktický šok s úmrtím 2 : 100 000, • Steven – Johnsonův syndrom těžká forma polékového exantému, postihující sliznice a kůži do 30% (rty, sliznici ústní, spojivky, pharynx, genitál)
Penicilin V • • • •
Spektrum účinku – stejné jako u penicilinu G Lékem volby u streptokokové anginy 1500 mg/den Stabilní v kyselém prostředí žaludku, rychle se vstřebává • NÚ – alergické kožní reakce, průjem, zvracení
Peniciliny rezistentní vůči beta laktamázám • Oxacilin • Jedinou indikací je infekce způsobená stafylokoky, které produkují beta - laktamázu • Podávat nalačno
Cefalosporiny • Řadí se do skupiny beta – laktamových antibiotik • Inhibice syntézy buněčné stěny bakterií zásahem do syntézy peptidoglykanu • Aktivace autolytických enzymů • Baktérie zbobtná a praskne • Antimikrobní spektrum – grampozitivní i gramnegativní baktérie • Nežádoucí účinky – tromboflebitida, nitrosvalovou aplikaci je vhodné spojit lokálním anestetikem, změny v krevním obraze
Aminopeniciliny • Spektrum účinku : G+bakterie, G- bakterie, účinný na Hemophilus influenzae, méně účinné k beta – hemolytickému streptokoku • Nutná kombinace s inhibitory beta – laktamáz (kys.klavulanová)
Ampicilin a amoxicilin • • • • •
Vyšší aktivita vůči gramnegativním bakteriím Amoxicilin lépe absorbovám Podávají se perorálně IMC, infekce dýchacích cest Nutná kombinace s kyselinou klavulonovou nebo sulbaktanem, ochrana před destrukcí beta - laktamázami
Cefalosporiny I.generace • Antimikrobiální spektrum – grampozitivní koky, gramnegativní baktérie – E. coli, Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis • Infekce močových cest, chirurgická profylaxe, stafylokoková a streptokoková endokarditida,sepse, infekce měkkých tkání, kostí a kloubů, empirická léčba • Nepronikají do CNS • Cefazolin, cefalotin, cefalexin
Cefalosporiny II.generace • Dobrá a téměř vyrovnaná účinnost na grampozitivní i gramnegativní bakterie • Cefuroxim, cefamandol • infekce žlučových cest, těžká akutní bakteriální bronchitida nereagující na penicilin, infekce při alergiích na penicilin, profylaxe u chirurgických výkonů
Cefalosporiny III.generace • Rozšířená působnost na gramnegativní baktérie • Pronikají do CNS • Meningitidy u novorozenců a kojenců v kombinaci s ampicilinem, těžké pseudomonádové infekce, Hemophilus influenzae, novorozenecké pneumonie, novorozenecké salmonely a shigelózy, infekce měkkých tkání a kloubů, neuroborelióza • Nežádoucí účinky – silná bolestivost, tromboflebitida, nefrotoxicita, poruchy krvácivosti
Cefalosporiny IV.generace • Vysoká účinnost na grampozitivní i gramnegativní bakterie • Proniká do CNS • Cefpiron, cefepim • Sepse, meningitida, komplikované infekce MC, dýchacích cest • Vitální indikace nebo infekce způsobená rezistentním kmenem
Monobaktamy • Antibiotika s monocyklickým betalaktamovým kruhem • Působí na aerobní gramnegativní bakterie, vůbec nepůsobí na grampozitivní bakterie • Špatně se vstřebávají po p.o.podání, podávají se pouze parenterálně • Sepse, břišní infekce,
Karbapenemy • Základní chemickou strukturou je beta – laktamový kruh • široké spektrum účinku, grampozitivní, gramnegativní, anaeroby • Dobře pronikají do tělesných tekutina tkání, včetně mozkomíšního moku
Amfenikoly • • • •
Chloramfenikol Silný inhibitor syntézy mikrobiálních proteinů Rychle a úplně se resorbuje po p.o.podání Proniká do všech tělesných tkání a tekutin, do CNS a mozkomíšního moku • Vysoká toxicita, vzhledem k dostupnosti jiných antibiotik (cefalosporinů) je málo indikací pro užití chloramfenikolu
vyšetření citlivosti rezistence bakterií k antibiotikům Vyšetření citlivosti: • • • •
-diskový difúzní test -diluční test v bujónu -diluční test v agaru -E-test
Stanovení MIC E-testem
Kombinace antibiotik s inhibitory beta - laktamáz • Inhibitory beta – laktamáz – antibakteriálně neúčinné látky, kombinují se s antibiotikem • Kyselina klavulanová – inhibice beta – laktamáz, které produkují bakterie, aby inaktivovaly antibiotikum • Sulbaktam – podobné účinky jako kyselina klavulanová, lze ho kombinovat s cefalosporiny • Kombinací antibiotika s inhibitorem beta – laktamáz dochází k rozšíření antimikrobiálního spektra daného antibiotika
Struktura penicilinu O S C
NH
CH O
C
CH N
CH3 C CH
Místo penicilinasové aktivity. Rozštěpení beta laktamového kruhu.
CH3 COOH
Nežádoucí účinky antibiotik • Toxicita – nepůsobí na živočišné buňky, působí dráždivě, zvyšují excitabilitu mozkové kůry, při intramuskulárním podání vyšší koncentrace penicilinu - místní bolestivost, ulcerace, tromboflebitida, degenerace nervu, nauzea, zvracení, průjem, enteritida – způsobená narušením rovnováhy střevních mikroorganismů
Rezistence vůči cefalosporinům • Tvorbou beta – laktamáz • Změnou vazebních proteinů • Snížení permeability zevní membrány buněčné stěny
Mechanismus vzniku rezistence • SNÍŽENÍ INTRACELULÁRNÍ KONCENTRACE ANTIBIOTIKA (TTC, PNC, aminoglykosidy) • zvýší eflux, sníží permeabilitu zevní membrány, sníží transport cytoplazmatickou membránou • INAKTIVACE ANTIBIOTIKA (beta – laktamová antibiotika) • MODIFIKACE CÍLOVÉHO MÍSTA (modifikace gyrázy, změna PBP)
Mechanismus rezistence
• Zneškodnění ATB bakteriálními enzymy • Aktivní vypuzení ATB • Změna zásahového místa
Rezistence • Rezistence k jednomu antibiotiku • Multirezistence k 3 – 6 antibiotikům
• Polyrezistence více než 7 antibiotik
Rezistence • Primární – geneticky podmíněná necitlivost bakterií na ATB bez předchozího kontaktu s ATB – nepřístupnpst nebo absencecílové struktury pro dané antibiotikum (β – laktámová nepůsobí na houby- nemají prptidoglykan)
Rezistence Sekundární- získaná v průběhu terapie, selekce rezistentních kmenů, které se nacházejí v bakteriální populaci. K navození rezistence dochází buď rychle – jednostupňově a nevratně (streptomyciny) nebo pomaleji, Vícestupňově a obvykle reverzibilně (peniciliny). Permanentní rezistence (tetracykliny, chloramfenikol, sulfonamidy) přechodná
Rezistence • K navození rezistence dochází buď rychle – jednostupňově a nevratně (streptomyciny) nebo pomaleji, Vícestupňově a obvykle reverzibilně (peniciliny). • Permanentní rezistence (tetracykliny, chloramfenikol, sulfonamidy) přechodná rezistence
Rezistence • permanentní rezistence (tetracykliny, chloramfenikol, sulfonamidy) • přechodná rezistence
Rezistence • Fenotypická rezistence reverzibilní přizpůsobení mikroba ke změnám vnitřního (metabolismus) a vnějšího prostředí (přítomnost antibiotika). V aktivní růstové fázi jsou mikroorganismy citlivější. Tvorba penicilináz je aktivována přítomností penicilinu.
Rezistence Genotypická rezistence • Chromozomální – daná změnou genů – zajištění snížení citlivosti vůči antibiotiku. Selekční tlak antibiotika má za následek eliminaci citlivé populace – mechanismus mutace – (spontánní 10-6 – 10-12, indukovaná) • Přenos genetické informace - realizován pomocí mimojaderné DNA – plasmidy, transpozomy – extrachromozomální rezistence - rekombinace
Rezistence Mechanizmus navodění rezistence • • • •
Nerozpustnost antibiotika Alterace cílové struktury Náhrada cílové struktury Inaktivace nebo modifikace antibiotika
Rezistence Mechanizmus navodění rezistence • Nerozpustnost antibiotika antibiotikum svou nerozpustností ztrácí schopnost přístupu k cílové struktuře
Rezistence Mechanizmus navodění rezistence • Alterace cílové struktury Změna struktury vazebného místa (receptorů ) pro antibiotikum
Rezistence Mechanizmus navodění rezistence • Náhrada cílové struktury Mikroorganismus je schopný vytvořit náhradní strukturu, např. enzym, který je vůči zásahu antibiotika imunní- obvykle extrachromozomální rezistence
Rezistence Mechanizmus navodění rezistence • Inaktivace nebo modifikace antibiotika Nejčastěji enzymaticky, často se uplatňuje u přenosného typu rezistence. Typickým příkladem inaktivačních enzymů jsou βlaktamázy, kodované většinou na Rplasmidech, G+ koky – extracelulární enzymy, G- bakterie intracelulární enzymy
Rezistence Perzistence – v klinických případech jsou některé mikroorganismy schopné přežívat aplikaci antibiotika ačkoliv in vitro vykazují citlivost
Zkřížené rezistence – vznik rezistence k antibiotikům podobné chemické struktury např. u sulfonamidů
Sdružená rezistence- mikroorganismus je odolný vůči antibiotikům různé chemické struktury - extrachromozomální původ (Rplasmid)
geny resistence, odkud? proč? jejich cesta k patogenům?
přenos genů na plasmidech a transpozonech, podpora selekčním tlakem (nadbytečné podávání ATB) Celosvětově resistentní H. influenzae, Streptococcus pneumoniae, stafylokoky Str. pneumoniae - před 30 lety kmen resistentní k penicilinu na Papui Nové Guinei, poté Jižní Afrika, Španělsko, Francie, Velká Británie, Island, USA, nakonec i Maďarsko, Slovensko, Izrael, Japonsko, Chile, od 80-tých let všude, kmeny často multiresistentní V ČR resistence k penicilinu 4%, okresy 1-14%, místně i 30% Stafylokoky –ČR -S. aureus 10% na oxacilin jiné stafylokoky až 30%
