Antibióticos

Dra Daniela Centrón UBA/CONICET

Objetivos: Conocer el origen de los antibióticos Conocer en forma general los mecanismos de acción de las familias de antibiótico que se administran actualmante en la clínica médica Comprender la dinámica de la adquisición de la resistencia antibiótica

Conocer los métodos de determinación de la susceptibilidad a antibióticos

Sin embargo, no hay más de 100 especies patógenas para el ser humano. Boca

Piel y Tej. Blandos

Huesos

Peptococcus spp. Peptostreptococcus spp. Actinomyces spp.

S. aureus S. pyogenes S. epidermidis Pasteurella spp.

S. aureus S. epidermidis Streptococcus N. gonorrhoeae

E. coli, Proteus spp. Klebsiella spp. Enterococcus spp. Bacteroides spp.

E. coli, Proteus spp. Klebsiella spp. Enterococcus spp. S. saprophyticus

S. pneumoniae H. influenzae M. catarrhalis S. pyogenes

Respiratorio bajo Comunidad

Respiratorio bajo Hospital

Meningitis

S. pneumoniae H. influenzae K. pneumoniae Legionella pneumophila Mycoplasma Chlamydophila

K. pneumoniae P. aeruginosa Enterobacter spp. Serratia spp. S. aureus

Abdomen

Tracto Urinario

Respiratorio bajo

S. pneumoniae N. meningitidis H. influenzae Streptococcus Grupo B E. coli Listeria spp.

Las dos-terceras partes de las consultas en consultorios externos tienen relación directa o indirecta con lo infectológico.

Antibióticos Farmacodinamia

• Sitio de Acción • Mecanismo de Acción • Efecto Terapéutico • Efectos Adversos

Farmacocinética

Usos terapéuticos

• Espectro de acción • Absorción • Distribución • Biotransformación • Eliminación

Determinación de la susceptibilidad a antibióticos

Mecanismos de resistencia

"países civilizados del mundo han eliminado ya todas las enfermedades pestilenciales, la peste misma, el cólera, el tifus, la viruela, el paludismo y la fiebre amarilla. La disentería infantil, la escarlatina y la difteria, que fueron origen de la mayor parte de la mortalidad infantil en el siglo XIX, son ahora raras y, en general, extremadamente benignas"

Premio Nobel de Medicina de 1960, Sir Mcfarlane Burnet,

Alexander Fleming

Primer Antibiótico: Penicilina

Descubrimiento de la penicilina

A. Colonias de Staphylococcus aureus B. Zona de inhibición C. Penicillium notatum

Historia de los antibióticos Línea temporal de eventos 1932, Descubrimiento de las Sulfonamidas

1952, 1956, Descubrimiento Se introduce la de la Vancomicina Eritromicina

Disponible el Linezolid

2000

1900

1928, Descubrimiento de la Penicilina

1962,

1980’s,

1940’s:Penicilina Surgimiento de Disponibles las comienza a las Quinolonas Fluoroquinolonas comercializarse, sintesis de cefalosporinas

Las grandes familias de antibióticos 1) Sulfonamidas y Trimetoprima 2) Fluoroquinolonas 3) -lactámicos -Penicilinas -Cefalosporinas -Carbapenemes -Monobactames 3) Aminoglicósidos 4) Tetraciclinas 5) Cloranfenicol 6) Macrólidos 7) Lincosamidas -Clindamicina -Lincomicina 8) Glicopéptidos -Vancomicina -Teicoplanina

9) Estreptograminas -Synercid 10) Oxazolidinonas -Linezolid 11) Rifampicinas 12) Anti-tuberculosos

Espectro de acción Micobacterias

Bacilos Gram-Negativos

Tobramicina

Bacilos Gram-Positivos

Clamidias

Penicilinas

Sulfonamidas Cefalosporinas Estreptomicina

Tetraciclina Isoniacida

Polimixinas

Ricketsias

Antibiótico bacteriostático

Antibiótico bactericida

Droga que mantiene en estado latente

Droga que mata a las bacterias

el crecimiento y la duplicación

con los niveles conseguidos

bacteriana con los niveles

en el suero del paciente.

conseguidos en el suero del paciente.

Interacción Bacteria-Antibiótico

Control

Tiempo (hs) 24

Bactericida

Tiempo dependiente

Concentración dependiente

Interacción Bacteria- Antibiótico

Control Bacteriostático

Muchos Antibióticos son de Origen Natural 1929

Penicilina G

Penicillium notatum

1944

Estreptomicina

Streptomyces griseus

1945

Cefalosporina C

Cephalosporium acremonium

1946

Clortetraciclina

Streptomyces aerufaciens

1947

Cloranfenicol

Streptomyces venezuelae

1952

Eritromicina

Streptomyces erythreus

1956

Kanamicina

Streptomyces kanamyceticus

1963

Gentamicina

Micromonospora purpurea

Lincomicina

Streptomyces lincolnensis

Tobramicina

Streptomyces tenebrarius

1967

Antibióticos semi-sintéticos Protección del anillo β-lactámico Substitución

Substitución

Aumento de la afinidad por el blanco bacteriano Substitución

Cefalosporina

Modificación de las propiedades farmacocinéticas

Cómo actúan los Antibióticos??

1. Inhibición de la síntesis de la pared bacteriana. (Ejemplo: penicilina, cefalosporinas, vancomicina, teicoplanina, fosfomicina)

Pared celular bacteriana

2. Distorsión de la función de la membrana celular (Ejemplo: polimixina B, colistín. Membrana celular bacteriana

Duplicación del ADN ADN

4. Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos. (Ejemplo: fluorquinolonas, rifampicina)

Transcripción PABA ARNm Traducción

5. Inhibición de la síntesis del acido fólico (Ejemplo: sulfamida, trimetoprima).

3. Inhibición de la síntesis de proteínas. (Ejemplo: aminoglicósidos, tetraciclina, cloranfenicol, macrólidos, estreptograminas, lincosamidas, oxazolidinonas)

Orígenes de la Resistencia a Antibióticos “La mayoría de los antibióticos utilizados derivan de compuestos producidos por bacterias y hongos del suelo...” “La flora microbiana del suelo desarrolló mecanismos para defenderse de la actividad de los antibióticos, es decir son mecanismos naturales, anteriores al uso clínico de los antibióticos...”

“Las bacterias pueden transmitir estos

“Los genes esenciales (“house-

genes de defensa en forma horizontal desde una cepa resistente a una cepa sensible”

keeping”) de una cepa bacteriana pueden mutar, haciendo que los antibióticos no puedan actuar”

No se predijo la Adquisición de la Resistencia a Antibióticos ni tampoco la Multirresistencia

JAPON, 1950-

Emergencia de aislamientos productores de carbapenemasas Emergencia de aislamientos (E. coli) productores de una penicilinasa resistente a acido clavulánico Emergencia de aislamientos de Klebsiella productoras de β-lactamasas de espectro extendido

Emergencia de especies hiperproductoras de una cefalosporinasa (Enterobacter, Citrobacter, Serratia, Pseudomonas) Emergencia de enterobacterias productoras de penicilinasa plasmídica Emergencia de especies productoras de una cefalosporina inducible Emergencia de aislamientos de S. aureus productores de penicilinasa

Penicilina C Cefalosporina C

Aminopenicilinas (ampicilina) C1G Cefalotina

C2G C3G Cefoxitina Cefotaxima

Carbapenemes (imipenemem)

Inhibidores de β-lactamasas (Ac. Clavulánico)

C4G Cefepime

Luego de la introducción de un nuevo antibiótico tarde o temprano se desarrolla resistencia al mismo

Métodos de Determinación de Susceptibilidad a Antibióticos

COMO DIFERENCIAMOS UNA CEPA SUSCEPTIBLE O UNA CEPA RESISTENTE A UN DETERMINADO ANTIBIÓTICO???

1.Antibiograma Escherichia coli

Difusión en agar ó Kirby-Bauer Estandarizado para especies de crecimiento rápido METODO CUANTITATIVO

cepa sensible

cepa resistente

2.Concentración Inhibitoria Mínima Concentración Inhibitoria Mínima (CIM) – Método de Referencia. – Interpretación (S o R) se basa en valores de antibiótico alcanzable en suero 104 cfu

mg/ml

4

2

1

0.5

0.25

METODO CUANTITATIVO

0.12

0

Producen infección sobre todo en: H: hospitales C: Comunidad

Enterococcus faecalis

Hay 2 Tipos De Resistencia a Antibióticos

NATURAL: propia del microorganismo.

ADQUIRIDA: es aquel tipo de resistencia que determinada especie ha adquirido a lo largo del tiempo. TIENE MAYOR IMPACTO A NIVEL CLÍNICO

Resistencia Natural................

Resistencia Natural o Intrínseca

Resistencias “ubicuas” en una determinada especie/género/familia. Ejemplos: Pseudomonas aeruginosa Gram-Negativos resistentes a la vancomicina Gram-Positivos resistentes al colistín

Resistencia natural en Pseudomonas aeruginosa No ß-lactámicos Cloranfenicol Tetraciclinas Macrólidos Glicopéptidos CoTrimetoxazol Viejas quinolonas (ácido nalidíxico)

ß-lactámicos Aminopenicilinas (ampi, amoxi) Aminop. + inhibidores Cefalosporinas 1ra y2da (cefalotina, cefuroxima) Cefotaxima* Cefoxitina Ticarcilina-clavulánico*

* Sensibilidad in vitro, Resistencia in vivo

Resistencia Natural................

Resistencia Natural o Intrínseca

Ejemplos: Pseudomonas aeruginosa Gram-Negativos resistentes a la vancomicina Gram-Positivos resistentes al colistín

Mecanismo de Acción de la Vancomicina Pared celular

Membrana

Citoplasma L-Ala

carboxipeptidasa

racemasa D-Ala

transpeptidasa transglicosilasa

+

ligasa Ddl D-Ala-D-Ala

UDP MurF

L-Ala-D-Glu-L-Lys

tripéptido

UDP Carrier de lípidos

vancomicina

pentapéptido

acido N-acetilmuramico N-acetilglucosamina

En las Gram-Negativas la Vancomicina no logra atravesar la ME Membrana externa

Pared celular

Membrana interna

Porinas

vancomicina

NO LOGRA ENTRAR

CITO PLASMA

La Vancomicina no puede llegar al Blanco de Acción

Resistencia Natural................

Resistencia Natural o Intrínseca

Ejemplos: Pseudomonas aeruginosa Gram-Negativos resistentes a la vancomicina Gram-Positivos resistentes al colistín

Mecanismo de Acción del Colistín Membrana externa

Pared celular

Membrana interna

Porinas

Lipopolisacárido LPS

CITO PLASMA

Los Gram-Positivos no tienen LPS Pared celular

Membrana

NO EXISTE BLANCO DE ACCIÓN EN LOS GRAM-POSITIVOS CITO PLASMA

En Síntesis, todas las Resistencias Naturales son conocidas y predecibles en una Especie determinada.

Por eso el impacto clínico es menor. Sin embargo, constituyen el reservorio de la Multirresistencia a Antibióticos.

................ y adquiridas

Dispersión Horizontal (resistencia mediada por plásmidos / transposones)

Dispersión Vertical (resistencia mediada por mutaciones)

Se puede cuantificar como un valor de concentración inhibitoria mínima (CIM). El valor de CIM puede aumentar entre 3 y 100 veces

................ y adquiridas

Dispersión Horizontal (resistencia mediada por plásmidos / transposones)

Dispersión Vertical (resistencia mediada por mutaciones)

“Cuando la resistencia se adquiere por

“Cuando la resistencia se adquiere por

transferencia horizontal de genes la CIM aumenta de 50 a 100 veces”

mutaciones puntuales la CIM aumenta de 3 a 5 veces.”

................ y adquiridas

Dispersión Vertical (resistencia mediada por mutaciones) Ejemplo: Resistencia a la rifampicina en M. tuberculosis.

Mecanismo de Acción de la Rifampicina Replicación

ADN Transcripción

ARN Traducción

PROTEINAS RESISTENCIA MEDIADA POR MUTACIONES EN CROMOSOMA

Mecanismo de Acción de la Rifampicina

Se une de forma estable a la subunidad ß de la enzima ARN polimerasa

3´ del ARNm

RESISTENCIA MEDIADA POR MUTACIONES EN CROMOSOMA

Mecanismo de Resistencia a la Rifampicina La resistencia a esta droga está principalmente mediada por mutaciones agrupadas en una región del gen rpoB, el cual codifica para la subunidad ß de la ARN polimerasa

RESISTENCIA MEDIADA POR MUTACIONES EN CROMOSOMA

Dispersión vertical o clonal Gen rpoB “wild type”

SELECCIÓN

Gen rpoB mutado

Mutación espontánea en el ADN cromosomal de una bacteria Rango de mutación espontánea:

Selección de la mutante bajo presión antibiótica y posterior dispersión verical

~10-5-10-7 por generación

RESISTENCIA MEDIADA POR MUTACIONES EN CROMOSOMA

Las mutaciones puntuales no son transmisibles a otra célula: Diseminación Vertical

................ y adquiridas

Los genes de resistencia a antibióticos se encuentran localizados en elementos móviles (Transposones, cassettes)

Dispersión Horizontal (resistencia mediada por plásmidos / bacteriófagos ) TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES

Valor Predictivo del Antibiograma/CIM

La sensibilidad no garantiza el éxito.

La Resistencia sí predice el fracaso.

Mecanismos Adquiridos de Resistencia a Antibióticos, 2012 *Eflujo del antibiótico *Impermeabilidad al antibiótico *Inactivación enzimática *Protección del blanco *Modificación del blanco *Vía alternativa del antibiótico *Formación del biofilm *PUEDEN SER ADQUIRIDAS POR TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES (HGT)

Eflujo del Antibiótico Pared Bacteriana

H+

H+

Antibiotico

H+

ATP ADP

MFS SMR ABC

RND

Bacterias Gram-Negativas

Bacterias Gram-Positivas

Impermeabilidad al antibiótico β-lactámicos

Impermeabilidad al antibiótico Aminoglicósidos

Inactivación enzimática

R

O C

NH O

S N

CH3 CH3

COOH

R

O C

NH

S

O C H

Activa

Actividad Enzimática de las -Lactamasas

N

CH3 CH3

C OO H Inactiva

Inactivación enzimática de la penicilina en bacterias Gram-Negativas Canal de Porina Abierto Lipopolisacárido

Proteína de Transporte

Lipo proteína

Pared Celular

Canal de Porina Cerrado

β–

β -Lactámico

Lactamasas

Espacio Periplásmico Peptidoglicano

Membrana Celular

Proteína de Unión a Penicilina

Proteína de Membrana

β-Lactámico

Inactivación enzimática de la penicilina en las bacterias Gram-Positivas

β– Lacta masas

β– Lactá mico

Cápsula

Péptidoglicano

Proteína de membrana

Fosfolípido

Proteínas ligadoras de penicilinas

Inactivación enzimática de los aminoglicósidos en Bacterias Gram-Positivas

Protección del Blanco Fenotipo MLSB: por Metilación del ARNr (residuo de adenina 2058 en 23s ARN de la subunidad 50s) Macrólidos

Clindamicina

CH3

Estreptogramina B

Modificación del blanco de acción

Aminoglicósidos

El antibiótico no encuentra su blanco de acción, por lo cual no produce su efecto bactericida o bacteriostático sobre la bacteria

Vía alternativa del antibiótico/Desvío metabólico PABA Tetrahidropteroato-sintetasa

Enzima DHPS

SULFAMIDAS Análogo estructural del PABA

Enzima DHFR Acido dihidrofólico Dihidrofolico-reductasa

TRIMETOPRIMA Análogo estructural del ácido dihidrofólico

Acido tetrahidrofólico

Formación de biofilm  Un agregado multicelular de bacterias que se forman sobre muchas superficies expuestas a las bacterias susceptibles en presencia de agua  Protege a las bacterias de las defensas del huésped, condiciones ambientales adversas y a los agentes antibioticos.

Biofim bacteriano responsable de la placa.

Formación del Biofilm Biofilm formation Células planctónicas

Señales del ambiente

Bacterias planctónicas en presencia de agua se unen a la superficie.

Adapted from Greenberg, et al. Science 1999

Las bacterias continúan su crecimiento, las células externas proveen una barrera física protectora de las células internas.

Biofilm formation Biofilm y la Resistencia Antibiótica Células planctónicas

ATB

Señales del ambiente

Poco efecto debido a que las bacterias en el biofilm están en una fase diferente que la mayoría de los blancos ATB. Adapted from Greenberg, et al. Science 1999

Problemas de la Formación del Biofilm Los PMN no tienen acceso Aumento de valor de CIM Producen más toxinas

Difíciles de erradicar

Comparación de BIC y MIC de aislamientos de P. aeruginosa (µg/ml) BIC50 Amicacina (90) Azitromicina (90)

BIC90

Rango

MIC50

MIC90

Rango

32

256

4->256

16

128

0.5->128

2

32

0.5->32

NA

NA

NA

Aztreonam (85)

>128

>128

2->128

4

32

2->64

Ceftazidima (88)

128

>128

2->128

2

16

0.5-512

16

1

4

0.25-16

Ciprofloxacina (90)

0.5

4

Claritromicina (90)

32

>32

0.5->32

NA

NA

NA

Doxiciclina (86)

>64

>64

1->64

16

32

1->32

Gentamicina (90)

16

>64

1->64

8

>32

1->32

Meropenem (87)

4

64

1->64

1

8

1-16

256

>512

16->512

4

128

Piperacilina-ta zobactam (85) Ticarcilina-cla vulanico (72)

Tobramicina (92)

1-1,024

Moskowitz SM, J Clin Microbiol. 2004

512

>512

4

32

16->512

16

256

2->4,096

1->64

2

32

0.25->512

Respuesta Multifactorial Bacteriana

impermeabilidad AMINOGLICÓSIDOS

modificación enzimática

modificación del blanco de acción

RESPUESTA MULTIFACTORIAL BACTERIANA

QUINOLONAS........

y Biofilm......

En síntesis, Enzima hidrolizante

Bomba de eflujo

Genes de resistencia

antibiótico plásmido

antibiótico Enzima hidrolizante

Célula bacteriana cromosoma

antibiótico

2012- Problemática Actual de la Resistencia a Antibióticos Cepas de Enterococcus faecalis y E. faecium resistentes a la vancomicina Emergencia de SAMR resistente a la vancomicina Clones pandémicos de Acinetobacter baumannii pandroga resistentes

Clones pandémicos de Klebsiella pneumoniae pandroga resistentes Emergencia de E. coli agregativa con la toxina simil shiga y con β- lactamasas de espectro extendido Cepas pandroga resistentes de Pseudomonas aeruginosa Cepas multirresistentes de M. tuberculosis

Emergencia de resistencia a carbapenemes en las enterobacterias etc.....

Preocupación en varios frentes • NEJM (9/4/97): “Se reportó multirresistencia, incluyendo todos los antibióticos que se usan para el tratamiento de la peste negra, en un aislamiento clínico de Yersinia pestis. Los genes se encontraban en un plásmido conjugativo.” • Día Mundial de la Salud – 7 de abril de 2011. “Resistencia a los antimicrobianos: Si no actuamos hoy, no habrá cura mañana.” Son necesarias actuaciones urgentes y unificadas para evitar que regresemos a la era preantibiótica. La OMS hará un llamamiento a la acción para detener la propagación de la resistencia a los antimicrobianos mediante la adopción por todos los países de seis medidas de política para luchar contra dicha resistencia.

El empleo de antibióticos estimula la evolución y el crecimiento de las bacterias suceptibles al antibiótico

La presión antibiótica no solo ocurre en el hospital o en el paciente de la comunidad

Los mismos antibióticos, o algunos de la misma familia, que se prescriben para terapia humana, se aplican en la cría de animales y en la agricultura, ya sea para prevención de infecciones o para estimular el crecimiento.

Más del 50% de los antibióticos que se venden a nivel mundial son usados en la PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS

• • • • • • • • •

Penicilinas Tetraciclinas Macrólidos Lincomicina Bacitracina Virginiamicina Aminoglicósidos Sulfonamida Estreptomicina

Animal Health Institute,USA; Union of Concerned Scientists

Cuando se mezcla antibiótico con alimento para estimular el crecimiento  Exposición prolongada a dosis bajas  Durante semanas o meses, se usan cantidades demasiado pequeñas como para combatir la infección  Selección de cantidades crecientes de bacterias resistentes en los animales tratados  Pasan a los cuidadores  A los que preparan o consuman la carne sin cocinar o mal cocida.

El uso de antibióticos selecciona no sólo cepas resistentes a los antibióticos, sino que también selecciona CUÁL especie aumentará su población

Cuando empieza a proliferar una especie resistente, puede transformarse en nuevos agentes etiológicos de enfermedad.

Impacto del uso de colistín en la población bacteriana en un hospital de Argentina

Futuro en la Terapia de las Enfermedades Infecciosas Nuevos antibióticos

Actualizar los “viejos” antibióticos

Bacteriófagos Probióticos

Vacunas (terapéuticas/protectivas) Estricta regulación en el uso de

antibióticos Vigilancia epidemiológica, control de

infecciones

Control de infecciones

Entre otras cosas....... Usar guantes, mascarillas y ropas protectoras Cubrirse la boca al toser o estornudar Mantener sus vacunas al día Tener dispuestos pañuelos desechables y limpiadores de manos Seguir las normas del hospital cuando se lidie con sangre o artículos contaminados Aislamiento del paciente

EL CONTROL DE INFECCIONES PUEDE

REDUCIR NO SOLO LA TASA DE INFECCIÓN, SINO TAMBIÉN LA MORBI/MORTALIDAD ASOCIADAS EN ALGUNOS CASOS

MÁS DEL 50%!!!

Manejo y uso racional de los antibióticos  Identificación previa al tratamiento del agente causal.  Prueba de sensibilidad de rutina  Rotación de antibióticos

 Uso racional de antibióticos veterinarios  Dosis adecuada (lo más posible)  No utilizar los mismos para diferentes funciones

Optimismo en varios frentes • NEJM (8/14/97): “En Finlandia, luego de una reducción a nivel nacional del uso de macrólidos en los pacientes ambulatorios, hubo una disminución significativa de la frecuencia de aislamientos resistentes de Streptococcus Grupo A.” • En Dinamarca, Finlandia y Suecia se ha prohibido el uso de antibiótico en la produccion animal, lo cual ha comenzado a disminuir la resistencia bacteriana.........

Algunas causas que “seleccionan” resistencia antibiótica • Usamos antibióticos para tratar infecciones no bacterianas. Por ejemplo: gripe, resfrío, etc. que son causados por virus. • Usamos dosis inadecuadas. • No tomamos los medicamentos en los horarios establecidos. • Suspendemos el tratamiento antes del tiempo indicado por el médico.

El uso inadecuado y abuso de los antibióticos provoca resistencia bacteriana

Psst! Che pibe! No querés ser una SuperBacteria..? Pegá algo de esto en tu genoma...... Inclusive 10 Antibióticos Malos no podrán tocarte...!

Fue en un pasillo oscuro que daba a la cocina del hospital, en donde Alberto tuvo contacto por primera vez con un miembro de Resistencia Antibiótica.

Y aún más: actualmente hay bacterias que sólo crecen en presencia de antibiótico...........

CONTINUARÁ.................

MUCHAS GRACIAS

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