Antimicrobianos usados in vivo Agentes quimioterapéuticos Antibióticos y agentes sintéticos.

Paul Ehrlich.

Figure: 20-14-01UN Caption: Salvarsan

Salvarsan (arsénico), Ehrlich, 1900 Salvarsan (arsénico), Ehrlich, 1900. Prontosil (sulfonamida), Gerard Domag, 1930. Se establece el primer mecanismo de acción, Woods, 1935. Penicilina, Alexander Fleming, 1939. Florey, 1941. Optimización del cultivo y producción

Mientras trabajaba con variantes de Staphylococcus sp Mientras trabajaba con variantes de Staphylococcus sp. abandoné sobre la mesa una serie de placas de cultivo y las fui examinando de vez en cuando. Para poder examinarlas, estas placas se exponían necesariamente al aire y se contaminaron con una serie de microorganismos. Observé que alrededor de una colonia grande de un hongo contaminante, las colonias de Staphylococcus se hacían transparentes y sufrían una lísis obvia. Se hicieron siembras de este hongo y se realizaron experimentos encaminados a comprobar las propiedades de la sustancia que, era evidente, se había formado en el cultivo del hongo y había difundido al medio circundante. Alexander Fleming, Premio Novel de Medicina.

antimicrobianos Tiempo número de células Viables Totales Tiempo número de células Viables Totales Tiempo número de células Viables Totales Son elementos químicos naturales o sintéticos que pueden reducir o eliminar (matar) el desarrollo de los microorganismos.

antimicrobianos Bacteriostático número de células Tiempo Viables Totales Bacteriostático

antimicrobianos Bacteriostático Bactericida número de células Tiempo Viables Totales Bacteriostático Bactericida

antimicrobianos Bacteriostático Bactericida Bacteriolítico Tiempo número de células Viables Totales Bacteriostático Bactericida Bacteriolítico

Se inhibe el crecimiento microbiano pero la célula no muere. Tiempo número de células Viables Totales Bacteriostático Se inhibe el crecimiento microbiano pero la célula no muere. En general son inhibidores de la síntesis proteica. Se unen de manera reversible a ribosomas

Se mata a la célula bacteriana Tiempo número de células Viables Totales Bactericida Se mata a la célula bacteriana No hay ruptura de la pared por tanto no hay lisis celular. Se unen de manera covalente a sus dianas moleculares (enzimas de replicación de ADN o ARN).

Se destruye a la célula bacteriana Tiempo número de células Viables Totales Bacteriolítico Se destruye a la célula bacteriana Hay ruptura de la pared por tanto hay lisis celular. Se afecta la estructura de la pared celular de células que estan creciendo.

No expuesto a ampicilina La lisis celular puede ser observada por un cambio en la turbidez del medio de cultivo. No expuesto a ampicilina Expuesto a ampicilina Tiempo (hrs) 0 1 2 3 4

Método de difusión en agar con discos de celulosa CUANTIFICACIÓN DE LA ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA Método de difusión en agar con discos de celulosa Concentración Mínima Inhibitoria (CIM) 50 75 100 Incubación Concentración del químico 50 75 100

Figure: 20-10 Caption: Antibiotic assay by tube dilution, permitting detection of the minimum inhibitory concentration (MIC). A series of increasing concentrations of antibiotic is prepared in the culture medium. Each tube is inoculated, and incubation is allowed to proceed. Growth (turbidity) occurs in those tubes with antibiotic concentrations below the MIC.

Figure: 20-11 Caption: Agar diffusion method for assaying antibiotic activity.

Agentes Quimioterapéuticos Agentes químicos sintéticos o naturales destinados a usarse internamente en el cuerpo humano para el control de microorganismos causantes de infecciones.

antimicrobianos Tiempo número de células Viables Totales Tiempo número de células Viables Totales Tiempo número de células Viables Totales Son elementos químicos naturales o sintéticos que pueden reducir o eliminar (matar) el desarrollo de los microorganismos. Independiente de donde se utilicen.

Agentes Quimioterapéuticos Agentes químicos sintéticos o naturales destinados a usarse internamente en el cuerpo humano para el control de microorganismos causantes de infecciones.

Figure: 20-14 Caption: Annual worldwide production and use of antibiotics. Each year more than 500 metric tons of chemotherapeutic agents are manufactured.

Agentes Quimioterapéuticos Se clasifican según ESTRUCTURA MECANISMO DE ACCIÓN ORÍGEN Carbohidratos Lactosas macrocíclicas Quinonas Aminoácidos Heterocíclicos N, O Aliciclos Aromáticos Alifáticos Quinolonas Oxazolidinona Síntesis de pared celular Análogos de factores de crecimiento Estructura de la MB plasmática Síntesis de DNA Transcripción Traducción Sintéticos Naturales (Antibióticos)

Rifampicina lactosa macrocícica ETRUCTURAS REPRESENTATIVAS Figure: 20-12a Caption: Classification of antibacterial chemotherapeutic agents according to chemical structure. A representative example is shown for each group. Rifampicina lactosa macrocícica Estreptomicina Glicósido

ETRUCTURAS REPRESENTATIVAS Mitomicina (Benzo Quinona) Figure: 20-12b Caption: Classification of antibacterial chemotherapeutic agents according to chemical structure. A representative example is shown for each group. Polimixina B (nucleósido)

ETRUCTURAS REPRESENTATIVAS Monesina, heterociclo condensado Griseufulvina aromático condensado Cicloheximida Figure: 20-12c Caption: Classification of antibacterial chemotherapeutic agents according to chemical structure. A representative example is shown for each group. Ácido nalidixico (quinolona) Lactona cíclica

Quinolonas Síntesis de pared celular DNA girasa Elongación de mRNA Cicloserina Vancomicina Bacitarcina Penicilina Cefalosporina Monobactamas Carbapenemas Ac. Nalidixico Ciprofloxaxin Novobiocin Quinolonas Actinomicina Trasncripción Metabolismo del ácido fólico Rifampicina Estreptovaricinas Trimetropina Sulfonamidas Síntesis protéica 50S Eritromicina Cloranfenicol Clindamicina Lincomicina Síntesis protéica 30S MEMBRANA Tetraciclina Espectinomicina Gentamicina Kanamicina Nitrofuranos PABA PARED Estructuras de la membrana Polimixina Síntesis protéica tRNA Mupirocina Puromicina

Macrólidos e interferencia con la síntesis protéica. Bloqueo de la peptidil transferasa Eritromicina Azitromicina Inhibición del traspasa del peptidil tRNA al sitio P

Penicilina cefalosporina e interferencia con la síntesis de pared.

Figure: 20-15 Caption: Antimicrobial spectrum of action for selected chemotherapeutic agents.

Sintéticos Naturales Orígen Análogos de factores de crecimiento Sulfamidas, Isoniazina, Mycobacterium tuberculosis Quinolonas Interacción con DNA girasa. Ácido nalidixico. Norfloxacino, ciprofloxacino. Sintéticos Antibióticos -lactámicos Penicilinas y Cefalosporina De origen procariota Aminoglicósidos Macrólidos Tetraciclinas Naturales

SINTÉTICOS Figure: 20-16 Caption: (a) The simplest sulfa drug, sulfanilamide. (b) Sulfanilamide is an analog of p-aminobenzoic acid, which itself is part of (c) the growth factor folic acid (Section 5.1 discusses growth factors). SINTÉTICOS

SINTÉTICOS Figure: 20-17 Caption: Growth factors and structurally similar analogs. SINTÉTICOS

SINTÉTICOS ciprofloxacin, una quinolona Figure: 20-18 Caption: The structure of ciprofloxacin, a quinolone. Fluorinated derivatives of nalidixic acid (Figure 20.12) are more soluble than nalidixic acid and reach clinically therapeutic levels in blood and tissues. Ciprofloxacin is used to treat urinary tract infections and anthrax caused by penicillin-resistant Bacillus anthracis. SINTÉTICOS

NATURALES O SEMI SINTÉTICOS

Resistencia a los antibióticos Capacidad presente en una población bacteriana que es seleccionada por la presencia del antibiótico Está presente habitualmente en genes que son transmitidos horizontalmente a otros microorganismos.

Figure: 20-25 Caption: The emergence of antimicrobial drug-resistant bacteria. (a) Relationship between antibiotic use and the percentage of bacteria isolated from diarrheal patients resistant to the antibiotic. Those agents that have been used in the largest amounts, as indicated by the amount produced commercially, are those for which drug-resistant strains are most frequent. (b) Percentage of reported cases of gonorrhea caused by drug-resistant strains. The actual number of reported drug-resistant cases in 1985 was 9000. This number rose to 59,000 in 1990. Greater than 95% of the reported drug-resistant cases are due to penicillinase-producing strains of Neisseria gonorrhoeae. Since 1990, penicillin has not been recommended for treatment of gonorrhea because of emerging drug resistance. (Source: Centers for Disease Control, Atlanta, GA).

Figure: 20-26 Caption: The appearance of antimicrobial drug resistance in some human pathogens. The *symbol indicates that some multi-drug resistant strains of these organisms are now untreatable with known antimicrobial drugs.

Figure: 20-27ab Caption: Computer-generated antiviral drugs. (a) The HIV protease homodimer. Individual polypeptide chains are shown in green and blue. A peptide (yellow) is bound by the catalytic site. This protease cleaves an HIV precursor protein, a necessary step in virus maturation (Section 16.14). Blocking of the protease site by the peptide shown inhibits precursor processing and HIV maturation. This structure is derived from information in the Protein Data Bank. (b) These anti-HIV drugs are peptide analogs that were designed by computer to block the active site of HIV protease. The areas highlighted in orange show the regions analogous to peptide bonds. Binding of these compounds by the HIV protease prevents HIV precursor processing and virus maturation. These compounds are representative of a class of therapeutic drugs known as non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTI). The concentration of these compounds in HIV-infected cells, coupled with their strong affinity for HIV reverse transcriptase, makes them very potent competitive inhibitors for the active sites of the transcriptase and prevents viral replication. These protease inhibitors are widely used for treatment of HIV infection (see Table 20.5 and Section 26.14).

MECANISMOS DE RESISTENCIA Carencia de la diana en el microorganismos, ejemplo: pared celular Impermeabilidad al antibiótico Biotransformación del compuesto químico antimicrobiano, ejemplo beta lactamasas Modificación metabólica. Sulfonamidas Modificación de la diana Bombas de eflujo de antibióticos

Diseminación de la resistencia Uso inadecuado excesivo en la práctica clínica Uso inadecuado de dosis y duración de tratamientos Falta de seguimiento terapéutico

Figure: 20-17 Caption: Growth factors and structurally similar analogs.

Figure: 20-19 Caption: The structures of some important penicillins. The red arrow (top panel) is the site of action for most b-lactamases.

Figure: 20-20 Caption: Structure of kanamycin, an aminoglycoside antibiotic. The amino sugars are in yellow. The site of modification by an N-acetyltransferase, encoded by a resistance plasmid, is indicated.

Figure: 20-21 Caption: Structure of erythromycin, a macrolide antibiotic.

Figure: 20-22 Caption: Structure of tetracycline and important semisynthetic analog

Figure: 20-24 Caption: Sites at which antibiotics are attacked by enzymes encoded by R plasmid genes. In aminoglycoside antibiotics related to streptomycin, those with a free amino group may be inactivated by N-acetylation (see also Figure 20.20).