Drogas antimicrobianas naturais: antibióticos Compostos químicos produzidos por microorganismos, que inibem ou matam outros micro-organismos Produtos naturais, resultantes de atividades microbianas Correspondem a uma das classes mais importantes de substâncias produzidas em larga escala Sensibilidade variável - Bactérias Gram-positivas X Bactérias Gramnegativas Menos de 1% dos antibióticos existentes têm valor prático na medicina Antibióticos semi-sintéticos - Melhoramento a partir de modificações químicas (em laboratório) de antibióticos naturais Microbiologia de Brock 1
Espectro de ação - Utilização de antibiótico de espectro limitado contra organismos que não respondem a outros antibióticos P. ex., Vancomicina Agente glicopeptídico Atua na formação do peptodoglicano Atuação contra bactérias Gram-positivas dos gêneros Staphylococcus, Bacilllus e Clostridium Gram (-): resistência intrínseca Diferentes mecanismos de ação - Inibição da síntese da parede celular - Inibição da síntese da membrana celular e sua função - Inibição da síntese proteica (inibição da tradução e transcrição) - Inibição da síntese dos ácidos nucléicos Agrupamento de acordo com mecanismo de ação ou estrutura química Classificação dos quimioterápicos quanto ao mecanismo de ação a) Quimioterápicos que agem a nível de ácido nucleico Antibióticos Microbiologia de Brock, 2004, 10ª Ed. 2
- Rifampicinas (bactericida) - Inibição da RNApol bacteriana (Streptomyces mediterrani) - Ligação à subunidade β - Função catalítica formação das ligações - Novobiocina: inibição da DNA girase (Streptomyces niveus) (bactericida) - Ligação à subunidade B da DNA girase, impedindo ligação do ATP e ativação da função catalítica fosfodiésteres > afinidade com RNApol procariotos ATP - Actinomicina: Streptomyces chrysomallus e Streptomyces antibioticus (bactericida) - Ligação forte aos pares de base GC do DNA - acoplamento ao sulco maior da fita dupla - impedimento da elongação do RNA Sintéticos - Quinolonas: inibição da DNA girase e topoisomarase IV bacterianas (bactericida) Ácido nalidíxico, ciprofloxacina, norfloxacina, - Ligação à subunidade A da DNA girase (impede restauração das ligações fosfodiéster) Gram (-) - Ligação à subunidade A da Topo IV (impede separação das fitas) Gram + 3
b) Quimioterápicos que atuam na síntese de Antibiótico Alvo de ação Ligação Rifampicina Metronidazol* Novobiocina Síntese DNA Síntese DNA Síntese DNA Inibe RNA-polimerase DNA-dependente Produz intermediários reativos de vida curta no interior da célula, por meio do sistema de tranferência de elétrons Subunidade B da DNA girase *Bactérias anaeróbias (bactericida): Clostridium sp., Bacteroides sp., etc... Uso oral para Clostridium difficile, excelente penetração no LCR e cérebro, muito pot ent e contra Bacillus fragilis e BGN entéricos, indicado para associação em doenças pélvicas e abdominais polipeptídeos Alvos de ação mais frequentes Toxicidade seletiva para bactérias Interação com os ribossomas Diferenças nas subunidades, composição química e especificidades funcionais Antibióticos aminoglicosídeos (bactericidas) - Amino-açúcares unidos uns aos outros por ligações glicosídicas Antibiótico Alvo de ação Ligação Macrolídeos Síntese proteica Subunidade 50 S Lincomicinas Síntese proteica Subunidade 50 S Cloranfenicol Síntese proteica Subunidade 50 S Tetraciclina Síntese proteica Subunidade 30 S Aminoglicosídeos Síntese proteica Subunidade 30 S - Inibição da síntese protéica - Interação com subunidade 30S do ribossoma Mupirocina Síntese proteica Inibição da isoleucina trnasintetase 4
- Uso preferencialmente tópico (aerobiose) - Drogas aniônicas: atravessamento da membrana externa e membrana citoplasmasmática - Bactérias Gram-negativas Uso restrito em infecções severas, apesar do amplo espectro de ação Nefro e ototoxicidade Ligação iônica ao LPS (deslocamento de Ca 2+ e Mg 2+, alteração da permeabilidade) Antibióticos macrolídeos (Bacteriostáticos) - Grandes anéis de lactona ligados a resíduos de açúcares - Grande variedade Variações no anel e nos resíduos de açúcares - 11% da produção e uso mundiais - Espectro semelhante à penicilina - Tratamento de infecções respiratórias por bactérias Gram-positivas e DST (gonorreia e clamídia) - Baixa toxicidade e alergenicidade - Eritromicina (particularmente útil em caso de legionelose pulmonar) Substituto da penicilina em pacientes alérgicos a β-lactâmicos 5
Tetraciclinas (bacteriostáticas) - Primeiros antibióticos de amplo espectro - Inibe praticamente todas as bactérias Grampositivas e Gram-negativas - Isoladas de Streptomyces (processos semisintéticos) - Formação de quelatos Complexos com sais de Fe, Ca, Mg e Al - Instáveis - Ligação reversível na unidade 30 S do ribossoma - Interferem na ligação códon-anticódon - Bloqueio do sítio A - Penetram por difusão ou através dos canais formados pelas porinas (processo ativo gasto de energia) Cloranfenicol (Bacteriostático) - Boa penetração em tecidos - Utilizado em infecções por Rickettsia spp. - raramente, Salmonella typhi, Haemophyllus influenzae Lincomicinas - Isolada de Streptomyces lincolnensis - Ligação próxima a dos macrolídeos - Atividade e modo de ação similar aos dos macrolídeos 6
c) Quimioterápicos análogos de metabólitos essenciais Sulfas - Análogas do PABA - Componente do ácido fólico Lincomicinas - Doador de unidades de C (síntese de metionina, dntps,...) - Ligação competitiva (ao invés do PABA) - Interrupção de todas as vias que possuem ácido fólico como precursor Trimetropim - Também impedem formação do ácido fólico Isoniazida - Análoga da nicotinamida (vitamina) - Interfere na síntese do ácido micólico d) Quimioterápicos que agem nas membranas celulares Polimixinas - Peptídeos cíclicos com atividade detergente + ácidos graxos - Complexam com fosfolipídeos da membrana - Mais eficazes contra Gram (-) - Pseudomonas sp. Fosfatidil colina Polimixinas B e E contra Pseudomonas resistentes 7
Daptomicina - Antibiótico lipopeptídico novo - Ligação dependente de cálcio - Despolarização do potencial da membrana bacteriana extravasamento intracelular de potássio Ácido nalidíxico e novobiocina - Interferem seletivamente nas funções de biossíntese das membranas citoplasmáticas - Inibem síntese do DNA - Novobiocina: inibe também síntese do ácido teicóico - Tratamento de infecções de pele e tecidos por Gram-positivos e) Quimioterápicos que atuam na síntese de parede celular Colistina: ressurgência de polimixinas para manutenção da multirresistência a drogas em infecções por bactérias Gramnegativas P. aeruginosa célula normal Ação do antibiótico resulta na inibição do crescimento bacteriano polimixina b Desequilíbrio osmótico Lise celular colistina Clin Infect Dis. (2005) 40 (9):1333-1341.doi: 10.1086/429323 8
Quimioterápicos β-lactâmicos Antibiótico Alvo de ação Ligação β-lactâmicos Vancomicina Bacitracina Parede Celular Parede Celular Parede Celular Inibe a ligação cruzada da parede celular Interfere na adição de novas subunidades de parede celular (muramil pentapeptídeos) Impede a adição de subunidades de parede celular pela inibição da reciclagem de transportador de lipídeos de membrana - Penicilinas, cefalosporinas e cefamicinas - Mecanismo mais bem compreendido - Ação do quimioterápico resulta na inibição do crescimento bacteriano e, na maioria dos casos, morte celular Ligação das transpeptidases ao anel β-lactâmico presente nos quimioterápicos (PBP Penicilin Binding Proteins) Ocorre formação da parede, mas sem as ligações cruzadas (parede celular frouxa) - Complexo quimioterápico-pbp Liberação de autolisinas Digestão da parede celular Desequilíbrio osmótico e lise celular 9
Oxamicina - Análogo D-Alanina Vancomicina - Complexa D-Alanina - Impede formação das ligações cruzadas Cefalosporinas - Núcleo principal: ácido 7-aminocefalosporânico - Substituições em R 1 e R 2 alteram atividade antimicrobiana - Diferentes gerações, com diferentes espectros de ação 1ª geração (estrito) 2ª geração (ampliado) Cefaloridina Cefalotina Cefalexina Cefradine Cefazolin Cefmetazol Cefoxitina Cefprozil Cefaclor Cefamandol - 1ª geração: boa atividade contra Gram (+), modesta contra Gram (-) 3ª geração (estendido) Cefixime Cefoperazona Ceftriazona Ceftibuten ceftazidime - 2ª geração: atividade aumentada contra Gram (-); mais estável diante β-lactamases 4ª geração (mais estendido) Cefepime Cefpirome 10
- 3ª geração: menos ativa contra cocos Gram (+), muito mais ativa contra Enterobacteriaceae e Pseudomonas aeruginosa - > estabilidade ante β- lactamases e > permeabilidade LPS - 4ª geração: reduzida afinidade e estabilidade aumentada ante β-lactamases classe C; boa Alternativa para prevenção e tratamento de infecções microbianas Surgimento micro-organismos resistentes aos antibióticos Pequenos peptídeos produzidos muitas espécies principalmente sob estresse nutricional atividade contra Gram (-) e (+) Metabólitos secundários Bactérias habitam comunidades ecológicas complexas Produção de compostos especiais Possíveis funções dos metabólitos especiais - Produção sob condições de estresse nutricional (acúmulo na fase estacionária): ajudar o microorganismo a competir por fontes limitadas Aumentam capacidade de sobrevivência - Indução do desenvolvimento de vias relacionadas Hoje são chamados de metabólitos especiais com a diferenciação celular Hipótese: seriam co-fatores envolvidos em processos celulares como transcrição e tradução?!?!?! Função exata é ainda desconhecida 11
Antibióticos peptídicos são a classe predominante de metabólitos especiais em Bacillus e Actinomicetos Atividade antibacteriana, antifúngica e antiparasítica Pouca similaridade com demais peptídios em termos de estrutura e mecanismo de biossíntese - Codificados por genes e sintetizados nos ribossomos - Sintetizados através de complexos enzimáticos fora dos ribossomos Síntese nos ribossomos Peptídios codificados por genes (plasmidiais ou cromossômicos) sintetizados nos ribossomos mas que sofrem processamento pós-traducional e modificações antes de serem exportados PRECURSOR PROCESSAMENTO/ MODIFICAÇÕES PRODUTO MADURO (19 A 34 aa) Ex: lantibióticos (lantionina ou metil-lantionina) Nisina (Lactococcus lactis), Subtilina (B. subtilis), Epidermina (S. epidermidis), Duramicinas (Actinomicetos) Síntese fora dos ribossomos A síntese do antibiótico é catalizada por um complexo multienzimático Os antibióticos contém de 2 a 20 aa organizados de forma linear, cíclica ou ramificada Os aminoácidos sofrem extensivas modificações: N- metilação acilação glicosilação forma L para D ligação covalente com diferentes grupos funcionais Diversidade de compostos Complexo peptídeo-sintetase - Maiores peptídios conhecidos (100.000 a > 600.000 Da) - Multienzimas ou polienzimas capazes de realizar várias reações químicas - O fim da síntese pode envolver ciclização, di/trimerização, transferência do peptídio para um grupo funcional (ex: fosfolipídio) Representa uma forma ancestral da síntese de polipeptídios Ex. micobacilina, gramicidinas, polimixinas, bacitracina 12
Os antibióticos peptídicos sintetizados fora dos ribossomos são amplamente produzidos por bactérias enquanto que os produzidos pelos ribossomos são produzidos por todas as formas de vida componente natural de defesas dessas espécies - Defensinas antimicrobianos peptídicos isolados de mamíferos (grânulos de neutrófilos, secreções das mucosas) - Bacteriocinas peptídeos bacterianos com ação bactericida - Bombina e magaininas peptídeos de anfíbios (glândulas da pele, mucosa gástrico e intestinal) - Cecropinas e melitinas peptídeos de insetos (isoladas do interior do inseto ou fora do corpo) - Peptídios de plantas: tioninas primeiro isolado ação contra G+, G-, leveduras, fungos e células de mamíferos - Defensinas de plantas relação estrutural com de animais Bacteriocinas - Natureza peptídica - Possuem estreito espectro de ação - apenas bactérias da mesma espécie ou evolutivamente próximas - Maioria das bacteriocinas possuem determinante genético plasmidial (plasmídios bactericinogênicos) - Ação bactericida - ligação a receptores presentes na - Muitas vezes reguladas pelo operon do sistema SOS (estresse) - Variam em relação ao PM, propriedades bioquímicas, espectro de ação e mecanismo de ação classificação Gram(+) e Gram (-), Bactérias do ácido lático superfície das células sensíveis 13
Peptídeos de origem animal - Componentes do SI hospedeiro - Defensinas - Ação bactericida rápida - Membrana citoplasmática - CMI 32 mg/ml - Liga LPS, bloqueia atividade de endotoxina, altera permeabilidade da membrana - Vantagem: não há resistência - Efetivas em modelos animais - Amplo espectro - G +, G -, fungos Características dos micro-organismos produtores Crescimento rápido em substrato econômico Produção de substâncias desejadas em quantidades e condições econômicas Baixa produção de substâncias que interfiram com a extração do antibiótico Ausência de patogenicidade, etc... Paenibacillus polymyxa - Aprimoramento da capacidade produtora Conservação das características biossintéticas, sem grandes riscos de variação 14
FIM 15