Úvod do farmaceutické mikrobiologie. Kateřina Demnerová Igor Hochel

Transkript

1 Úvod do farmaceutické mikrobiologie Kateřina Demnerová Igor Hochel

2 Charakteristika Antibiotika 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

3 Antibiotika Požadavky -nesmí poškozovat eukaryotní buňky -má účinkovat v nízkých koncentracích mg/l -této hladiny má dosáhnout přiměřeně brzy

4 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.

5 Kombinace antibiotik baktericidní peniciliny cefalosporiny aminoglykosidy trimetoprim/sulfonamidy nitrofurany metronidazol chinolony bakteriostatická tetracykliny chloramfenikol makrolidy linkosamidy spektinomycin sulfonamidy

6 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

7 AtB a jejich producenti Hlavní producenti ATB Produkované látky Bakterie 1200 Aktinomycety 5200 Houby 2000 Lišejníky 100 Řasy 400 Vyšší rostliny 3500 Živočichové 900

8 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

9 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

10 Působení antibiotik Antibiotika Specifický účinek Spektrum účinku antibiotika úzské (griseofulvin- dermatofyta) široké (ciprofloxacin chinolon III.generace) Vnímavost organismů antibakteriální, antifungální, antivirová, antiparazitická akaricidy (roztoči), insekticidy (hmyz)

11 Antibiotika Působení antibiotik Nespecifický účinek- Dezinfekční 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

12 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

13

14 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

15 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

16 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.

17 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

18 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

19 Antibiotika Inhibice intermediárního metabolismu inhibice přeměny kys. p-aminobenzoové na dihydrofolát sulfonamidy inhibice redukce dihydrofolátu na tetrahydrofolát- trimetroprim, pyrimetamin

20 Rezistence k antibiotikům

21 Rozdělení antibiotik Antibakteriální Antifungální Antiparazitická Antivirotická Ektoparazitická

22 Antibakteriální antibiotika β laktámová antibiotika Peniciliny Cefalosporiny Karbapenenemy Monobaktámy

23 Sir Alexander Fleming 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

24 Začal bych citátem jednoho významného vědce "...podle mne budou do deseti let antibiotika jako léčiva zakázána"

25 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

26 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 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 : , Steven Johnsonův syndrom těžká forma polékového exantému, postihující sliznice a kůži do 30% (rty, sliznici ústní, spojivky, pharynx, genitál)

27 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

28 Peniciliny rezistentní vůči beta - Oxacilin laktamázám Jedinou indikací je infekce způsobená stafylokoky, které produkují beta - laktamázu Podávat nalačno

29 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

30 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)

31 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

32 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

33 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

34 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

35 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

36 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,

37 Karbapenemy Základní chemickou strukturou je beta laktamový kruh široké spektrum účinku, grampozitivní, gramnegativní, anaeroby Dobře pronikají do tělesných tekutina tkání, včetně mozkomíšního moku

38 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

39 vyšetření citlivosti rezistence bakterií k antibiotikům Vyšetření citlivosti: -diskový difúzní test -diluční test v bujónu -diluční test v agaru -E-test

40 Stanovení MIC E-testem

41 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

42 Struktura penicilinu O S CH 3 C NH CH CH C O C N CH CH 3 COOH Místo penicilinasové aktivity. Rozštěpení beta laktamového kruhu.

43 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

44 Rezistence vůči cefalosporinům Tvorbou beta laktamáz Změnou vazebních proteinů Snížení permeability zevní membrány buněčné stěny

45 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)

46 Mechanismus rezistence Zneškodnění ATB bakteriálními enzymy Aktivní vypuzení ATB Změna zásahového místa

47 Rezistence Rezistence k jednomu antibiotiku Multirezistence k 3 6 antibiotikům Polyrezistence více než 7 antibiotik

48 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)

49 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

50 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

51 Rezistence permanentní rezistence (tetracykliny, chloramfenikol, sulfonamidy) přechodná rezistence

52 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.

53 Rezistence Genotypická rezistence Chromozomální daná změnou genů zajištění snížení citlivosti vůči antibiotiku. Selekční tlak antibiotika má za následek eliminaci citlivé populace mechanismus mutace (spontánní , indukovaná) Přenos genetické informace - realizován pomocí mimojaderné DNA plasmidy, transpozomy extrachromozomální rezistence - rekombinace

54 Rezistence Mechanizmus navodění rezistence Nerozpustnost antibiotika Alterace cílové struktury Náhrada cílové struktury Inaktivace nebo modifikace antibiotika

55 Rezistence Mechanizmus navodění rezistence Nerozpustnost antibiotika antibiotikum svou nerozpustností ztrácí schopnost přístupu k cílové struktuře

56 Rezistence Mechanizmus navodění rezistence Alterace cílové struktury Změna struktury vazebného místa (receptorů ) pro antibiotikum

57 Rezistence Mechanizmus navodění rezistence Náhrada cílové struktury Mikroorganismus je schopný vytvořit náhradní strukturu, např. enzym, který je vůči zásahu antibiotika imunní- obvykle extrachromozomální rezistence

58 Rezistence Mechanizmus navodění rezistence Inaktivace nebo modifikace antibiotika Nejčastěji enzymaticky, často se uplatňuje u přenosného typu rezistence. Typickým příkladem inaktivačních enzymů jsou β- laktamázy, kodované většinou na R- plasmidech, G+ koky extracelulární enzymy, G- bakterie intracelulární enzymy

59 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)

60 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%