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ANTIMICROBIANOS
Antibiótico/Antimicrobiano
Antibiótico: sustancia química producida por
un microorganismo que mata o inhibe el
crecimiento de otro microorganismo
Agente quimioterápico: sustancia química que mata o inhibe
el crecimiento de otro microorganismo y se obtiene por
síntesis química
Agente Antimicrobiano: sustancia química que
mata o inhibe el crecimiento de un
microorganismo
CARACTERÍSITICAS DE UN ANTIMICROBIANO
ESPECIFICIDAD
ELEVADA POTENCIA BIOLÓGICA
(CIM )
TOXICIDAD SELECTIVA
Definición
Fleming y la penicilina
GRUPOS DE MICROORGANISMOS PRODUCTORES DE
ANTIBIOTICOS
Hongos filamentosos:
Penicillium (penicilina)
Aspegillus
Cephalosporium (cefalosporina)
Actinomicetos, familia Streptomycetaceae.
Streptomyces (tetraciclina, eritromicina, estreptomicina)
Nocardia
Micromonospora
Familia Bacillaceae. Ej.
Bacillus (bacitracina, gramicidina y polimixina)
Bacterias no actinomicetos 950
Actinomicetos 4600
Hongos 1600
CLASIFICACIÓN
POR SU ORIGEN
BIOLÓGICOS producidos por microorganismos
Bacterias (polimixinas)
Actinomicetos (estreptomicina, tetraciclina)
Hongos (penicilina)
SINTÉTICOS SINTESIS QUÍMICA Nitrofuranos sulfamidas
SEMISINTÉTICOS NUCLEO BÁSICO BIOLÓGICO Y RADICALES
POR SINTESIS
Por el espectro de acción
AMPLIO ESPECTRO. Cloranfenicol y tetraciclinas
ESPECTRO INTERMEDIO Penicilinas y macrólidos
CORTO ESPECTRO polimixinas
Forma en que actúan
Bacteriostáticos
Bactericidas
Bacteriolíticos
APLICACIONES
1) Como agentes quimio-terapéuticos.
2) Como antitumorales.
3) Antibióticos utilizados en patología
de plantas.
4) Antibióticos usados para aumentar el
crecimiento de los animales en veterinaria.
5) Antibióticos usados como herramientas
en bioquímica y en biología molecular.
MECANISMO DE ACCIÓN
INHIBICIÓN DE LA SINTESIS DE LA PARED
CELULAR
ALTERACIÓN DE LA PERMEABILIDAD DE LA
MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
INHIBICIÓN DE LA SINTESIS DE PROTEÍNAS
ALTERACIÓN DE LA FUNCIÓN Y SINTESIS DE ACIDOS NUCLEICOS
BLOQUEO DE LA SINTESIS DE PRECURSORES
MECANISMO DE ACCIÓN DE AGENTES
ANTIMICROBIANOS
Blanco Antibiótico Bases moleculares de toxicidad
selectiva
Pared celular (síntesis β-lactámico El péptidoglican es un componente
esencial de la pared bacteriana
Vancomicina está ausente en la células de los
mamíferos
Función del ribosoma Aminoglicósidos Selectivo para la subunidad 30 S
(síntesis proteica) Tetraciclinas Captación activa en bacterias y
exclusión de las células
de mamíferos
Cloranfenicol Selectivo para la subunidad 50S
Función del cromosoma Quinolona DNA girasa propia de la bacteria
Metabolismo del folato Sulfonamida Dihidropteroato sintetasa propia de la
bacteria
Membrana citoplasmática Polienos Mayor afinidad por el ergosterol que
por el colesterol
Bases moleculares de la toxicidad selectiva
ANTIMICROBIANOS QUE INHIBEN LA PARED
CELULAR
Los aminoazúcares son de dos tipos
N-acetilglucosamina (NAG) y su pariente
Ácido N-acetilmuramico (NAM).
topoisomerasa
DNA bacteriano
fluorquinolona (ciprofloxacina,
norfoloxacina)
Inhibición competitiva
Inhibición no competitiva
Sinergismo
5 sulfametoxasol + 1
trimetoprin = contrimoxasol
(Bactrin)
Inhibición competitiva
Sulfonamidas (drogas sulfas) inhiben la
formación de ácido fólico
Amplio espectro
RESISTENCIA
ANTIMOCROBIANA
Pérdida relativa o completa del
efecto del antimicrobiano sobre
un microorganismo previamente
sensible
Incremento de la CIM
Resistencia antimicrobiana
Una población de resistentes naturales está siempre
presentes (mutantes resistentes) en todas las poblaciones
bacterianas (frecuencia de mutación ) El número de mutantes
resistentes aumenta con el inóculo
Bajo la presión del antibiótico la subpoblación sensible es
inhibida y las mutantes resistentes pueden sobrevivir y
transformarse en la población dominante (selección)
bacterias resistentes
bacterias sensibles
resistant bacteria
susceptible bacteria
Los antibióticos seleccionan la bacteria resistente
Uso de antimicrobianos en la comunidad Europea
(excluidas las ventas de mostrador)
Goossens et al. Lancet 2005; 365: 579-87
S. pneumoniae - resistencia a la penicilina
( I+R )Poland
8.3/9.3
1.9
Portugal
3.5/12.9
4.7
Hungary
11.3/26.8
1.4
Germany
4.7/11.3
0.3
Rep. of
Ireland
2.6/19.7
3.4
The Netherlands
3.4/10.0
0.0
Belgium
5.1/5.1
2.2
Spain
13.4/34.9
17.2
Italy
9.8/15.6
0.8
Switzerland
14.4/18.7
2.0
Greece
8.3/1.7
7.0
Austria
2.5/10.6
0.0
Slovak Rep.
20.4/28.6
0.0
Czech Rep.
1.2/4.4
0.6
France
16.7/47.7
10.2
UK
4.8/11.0
1.0
Low
Intermediate
High
Intermediate / high penicillin resistance
amoxicillin resistancePROTEKT Database
(2002-2003)
Uso de antimicrobianos en la comunidad Europea
Penicilina I+R S. pneumoniae y el consumo de antibióticos
Bronzwaer et al. Emerg Infect Dis 2002; 8:278-282
Pe
n I+
R S
. p
ne
um
on
iae
EARS y IMS base de datos
Streptococcus pneumoniae
Farrell, Cantón, Hryniewicz. 16th ECCMID, 2006
Farrell, Felmingham. J Antimicrob Chemother 2005; 56: 795-7
Reinert. J Chemother 2004;16 (Suppl 6):35-48
0
5
10
15
20
25
30
35
40
99-00 00-01 01-02 02-03 03-04
Years
%
of
resi
sta
nt
iso
late
s
Penicillin Erythromycin Levofloxacin Telithromycin
Tendencias globales de resistencia (42 países, 5
continentes)
PROTEKT Database (1999-2004)
Erythromycin resistance in S. pneumoniae in Spain
total comsumption
twice a day*
once a day
three times per day
Macrolide comsumption
Granizo et al. J Antimicrob Chemother 2000; 46:767-73
*r=0,886 p<0.01
Antibiotic consumption and resistance
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96
Year
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Erythromycin-R
Global comsumption
(macrolides)
Macrolides and Streptococcus pyogenes (Finland)
DDD/1000 inhabitants/year % of resistant isolates
Seppälä et al. N Eng J Med 199; 337:441-6
Bergman et al. Clin Infect Dis 2004; 38:1251-6
Uso de antimicrobianos en los hospitales
Higher selection density than in the community
Fewer antimicrobials in the formulary than in the
community
Lower diversification
Cycling strategies
Circulation of multi-drug resistant clones
Maintenance of resistance genes
Infección urinaria en niños: sensibilidad antibiótica intrahospitalaria
Evolución de la producción de
betalactamasas de espectro extendido
(BLEEs) en aislamientos de sangre de
Escherichia coli. (EARSS 2001-2005).
Evolución de la multi-resistencia (resistencia a tres o más familias de
antibióticos) en aislamientos de sangre de Escherichia coli en España.
(EARSS 2001-2005).
Varios Factores que han contribuido a la aparición
de resistencia
La Presión selectiva ejercida al prescribir formal o libremente
medicamentos para uso terapéutico en
humanos o animales.
La utilización generalizada de antimicrobianos en pacientes
inmunocomprometidos y en la unidad de
cuidados intensivos.
El uso de dosis o duración inadecuada de la terapia antimicrobiana.
El desconocimiento de los perfiles de sensibilidad de los diferentes
gérmenes teniendo en cuenta
la flora local de
cada institución o comunidad.
Bases genéticas de la resistencia
Resistencia cromosómica: Alteración
estructural del DNA cromosómico MUTACIÓN
Adquirida
Natural
Bacteria Resistente
Bacteria Resistente
Transferencia genética
Bacteria Sensible
EVENTOS GENÉTICOS DE LA RESISTENCIA
Resistencia epidémica a los antimicrobianos
País Año Bacteria Resistencia
Japón 1950 Shigella dysenteriae Tetraciclina
Estreptomcina
Cloranfenicol
Sulfonamida
Japón 1950 Escherichia coli Tetraciclina
Estreptomicina
Cloranfenicol
Sulfonamida
Inglaterra 1963/1964 Salmonella thyphimurium Tetraciclina
(21% de las cepas) Estreptomicina
Sulfonamida
Inglaterra 1963/1964 Salmonella thyphimurium Tetraciclina
(50-60% de las cepas) Estreptomicina
Sulfonamida
Ampicilina
Neomicina
Kanamicina
Cloranfenicol
Plásmido de resistencia
Mapa genético de plásmido de resistencia R
conjugativo
Familia Enterobacteriaceae
Neisseria gonorrhoeae
Haemophilus influenzae
Grupo vibrio
Pausterella pestis
Bordetella bronchiseptica
Grupo Pseudomonas
Figura 1. Interpretación del ADN plasmídico obtenido. Problemas más frecuentes en la extracción de plásmidos. Línea E. ADN plasmídico puro de excelente calidad. Las líneas 1
-5 ilustran los resultados atípicos más frecuentes que nos podemos encontrar. Línea 1, Formas CCC (banda inferior) y OC (banda superior) del plásmido multicopia pUC18 con una banda
inferior de ADN plasmídico degradado (inmediatamente debajo de la forma CCC). Estas formas aparecen tras una lisis prolongada y son resistentes a la digestión enzimática. Línea 2,
multímeros de las formas CCC junto con las formas CCC y OC del plásmido pTZ19. Los multímeros se diferencian de la contaminación de ADN cromosómico con una simple digestión
enzimática, éstos junto las formas CCC y OC darán una única banda correspondiente a la forma L del plásmido como se ilustra en el siguiente carril. Línea 3, formas L del plásmido tras
digestión enzimática. Línea 4, contaminación de ADN cromosómico (banda superior) junto a las formas CCC y OC plasmídicas. Se observa cuando las preparaciones han sido tratadas
agresivamente (agitación con vórtex durante los primeros pasos de la extracción). Se identifica fácilmente tras digestión enzimática ya que da lugar a una mancha difusa a lo largo del carril
como se ilustra en la línea 5. Línea 5, ADN plasmídico contaminado con ADN cromosómico tras digestión enzimática. Línea 6, marcador de peso molecular lambda ADN digerido con HindIII.
(Imagen tomada de Qiagen Plasmid Purification Handbook 09/2000)
Perfil genético de plásmidos obtenido por PFGE
Transferencia del gen vanA de
E. faecalis a S. aureus
Plásmidos de resistencia no conjugativos (r )
Características
Son elementos genéticos autorreplicantes
Presentan residencia estable en el huésped
Falta de transferibilidad conjugativa
Poseen espectro de resistencia menor ( rara vez resistencia múltiple)
Son de tamaño menor a R
Transferencia horizontal
Transducción: Plásmidos de
resistencia no conjugativos
Presentes:
Staphilococcus aureus
Streptococcus pyogenes
Bacterias Gram negativas
Resistencia cromosómica (Mutación)
Características
Baja frecuencia 1 x 10 -7 a 1 x 10 -12
Difícil detección
Producen resistencia a una sola droga
Tipo de resistencia:
cambio estructural del receptor
Ej: beta-lactamasa inducible
Mecanismos de resistencia
http://www.scq.ubc.ca/cationic-peptides-a-new-hope/
MECANISMOS BIOQUÍMICOS IMPLICADOS EN LA RESISTENCIA A
ANTIMICROBIANOS
MECANISMOS BIOQUÍMICOS IMPLICADOS EN LA
RESISTENCIA A ANTIMICROBIANOSLos principales mecanismos son:
1.-Inactivación enzimática del antibiótico..Ej; Penicilina
2.-Disminución de la permeabilidad hacia el antibiótico (no acumulación en resistentes).
Tetraciclina
3.-Modificación química de la diana sobre la que actúa el antibiótico. Alteración de la
proteínas P10 ribosomal. Ej: Estreptomicina
4.-Desarrollo de vias metabólicas alternativas. Síntesis de una enzima resistente.
Capacidad para usar ácido fólico preformado no requieren PABA
Producción incrementada de PABA con dezplazamiento competitivo de sulfonamida desde
dihidropteroato sintetasa. Ej:Sulfonamidas
5.- Eliminación de antibiótico mediante Bomba de Eflujo
1.-Producción de enzimas inactivantes que convierten
a la droga activa en Producto inerte
Beta lactamasas Penicilina
Enzimas adelinantes Estreptomicina
Enzimas fosforilantes Estreptomicina
Enzimas acetilantes Kanamicina,
Cloranfenicol
Mecanismo de resistencia de algunas bacterias Gram
positivas, mediante la síntesis de ß- lactamasas
Figura 25. Mecanismo de acción de betalactamasas.
http://www.ub.edu.ar/revistas_digitales/Ciencias/Vol6Numero3/articulos.htm
Mecanismo acción de la cloranfenicol-acil-transferasa
.
http://www.ub.edu.ar/revistas_digitales/Ciencias/Vol6Numero3/articulos.htm
Figura 23. Bombas de eflujo redalyc.uaemex.mx/.../863/86350203/86350203.html
Mecanismo de resistencia de tetracicilina
En 50% de la población, mientras mas grande es el índice mejor es el
antimicrobiano
Los procedimientos deben estar perfectamente estandarizados
para asegurar una buena reproducibilidad interlaboratorio
Los resultados de estas pruebas de sensibilidad dependen de:
los reactivos: medio de cultivo
contenido iónico del medio
profundidad y concentración del agar
Condiciones de trabajo tales como: densidad del inóculo,
tiempo
temperatura de incubación
pH
estabilidad de los antimicrobianos, etc
Método de elución en caldo microorganismos anaerobios
PrincipalesTest de Sensibilidad antimicrobiana
para bacterias aerobias y anaerobias facultativas de crecimiento rápido son:
Método de difusión en agar
Método de dilución en caldo
Métodos automatizados
Método de E- test (por epsilómetro)
Test de Sensibilidad antimicrobiana
Difusión en agar – Método de Kirby Bauer
Césped de bacteria
Ubicación de discos en la placa que
contienen diferentes antibióticos con
concentraciones específicas
Incubación y medida del diámetro de la
zona de inhibición del crecimiento
alrededor del disco
Uso de tablas para determinar si el tamaño
de la zona de inhibición indica resistencia o
sensibilidad a ese antibiótico
Ejemplo de tabla de zonas de inhibición
Figura 16. Método de E-test: estima la CIM Fuente:
http://www.seimc.org/documentos/protocolos/microbiologia/cap25.as
p
CIM puede ser estimada a través de la técnica de difusión en disco
Sensibilidad o la resistencia de los halos de inhibición de una prueba
de difusión en agar se compara mediante tablas con la MIC obtenida en caldo
3.-Dilución en caldo MIC (CIM)
Métodos automatizados
Antibiograma realizado por método automático
EL FUTURO DE LOS AGENTES
ANTIMICROBIANOSModificación de fármacos existentes
Péptidos antimicrobianos ( de plantas y animales) :
Defensinas
Scualamina ( de tiburón)
Magainina (de sapo)
Protegrina (de cerdos)
Genes antisense DNA complementario que se une a genes de virulencia del patógeno y previenen la transcripción Ej: fornivirsen
EL FUTURO DE LOS AGENTES
ANTIMICROBIANOS
Lipopéptidos cíclicos (2003)
Ej:daptomicina
Interferencia por RNA (RNAi) RNA
interferente pequeño (siRNA) Science
2002 “Gran avance del año”
Terapia fágica
El futuro de los agentes antimicrobianos
Ej: fornivirsen Modificación de fármacos existentes
Péptidos antimicrobianos o péptidos catiónicos: magainina
defensinas alfa y beta
Lipopéptidos cíclicos (2003) Ej:daptomicina
Agentes antisentido ”nubióticos” cadenas sintéticas cortas de DNA Genes
antisense DNA complementario que se une a genes de virulencia del
patógeno y previenen la transcripción Ej: fornivirsen
Interferencia por RNA (RNAi) RNA interferente pequeño (siRNA)
Esteroide de tiburón Escualamina
Inhibición competitiva
Inhibición no competitiva
Sinergismos 5 sulfametoxasol + 1
trimetoprin = contrimoxasol (Bactrin)
A
mutation
selection
A = antibiotic pressure
well-adapted clones
lateral transfer
epidemic & endemic
A
ENDÉMICA Y EPIDÈMICA
A
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
new antimicrobial agent
new resistance mechanisms
new antimicrobial agent
new antimicrobial agent
new resistance mechanisms
new resistance mechanisms
new resistance mechanisms
Antibiotic resistance & development of anti-infectives
El principio de acción y reacción …
Dispersion of resistant bacteria
epidemic & endemic
A
A
mutation
selection
A = antibiotic pressure
fixation of resistant genes and resistant
bacteria in bacterial populations allodemic
lateral transfer
A
mutation
selection
A = antibiotic pressure
epidemic & endemic
A
well-adapted clones
Test de sensibilidad antibiótica
Transferencia horizontal
Conjugación: Plásmidos de resistencia
conjugativos
Figura 5- Distribución de la resistencia a ciprofloxacina en
Escherichia coli aislados de sangre en distintos países
europeos (EARSS, 2004).
Patrones restricción-hibridación asociados a IS6110: Línea 1, cepa control MT1423. Obsérvese como las cepas de las líneas
5, 6, 7 y 8 comparten el mismo patrón constituyendo un cluster. Ello también ocurre con las cepas en las lineas 10 y 11.
5.4. INDICACIONES