Download Mecanismos de Resistencia a los Antibióticos

Mecanismos de Resistencia a
los Antibióticos
Resistencia microbiana a los antibióticos
Perdida de sensibilidad de un microorganismo a un ATB
Intrínseca
Adquirida
- La bacteria no tiene la molécula/reacción
- Adquisición de genes por transferencia horizontal:
enzimática que es el blanco del antibiótico
Conjugación
- Diferencias en la permeabilidad
Transformación
- El ATB es expulsado eficientemente por sistemas de
Transducción
eflujo
Mutaciones
Gram -
Gram +
2
Resistencia frente a ATB
Antibiótico
Uso Clínico
Resistencia
observada
Sulfonamidas
1930
1940
Penicilina
1943
1946
Estreptomicina
1945
1959
Cloramfenicol
1947
1959
Tetracycline
1948
1953
Erythromycin
1952
1988
Vancomicina
1956
1988
Cefalosporinas
1960
Fines de 1960
Meticilina
1960
1961
Ampicilina
1961
1973
Necesidad constante de encontrar o
desarrollar nuevos y mejores antibióticos
3 años
36 años
3
Evolución de la resistencia en Staphyloccocus aureus
BlaZ
Staphylococcus aureus MRSA
Bacteria Gram-positiva que
causa graves infecciones intrahospitalarias
MecR-MecI-MecA
VanH-VanA-VanX
Linezolid (Zyvox) del grupo de las
2-oxazolidona
Su mecanismo de acción consiste en inhibir
la síntesis proteica de la bacteria al impedir
la formación del complejo de iniciación
ARNr
L3 o L4
Cfr
4
¿Cuál es el origen de los mecanismos de resistencia a los ATB?
5
Autoprotección de Bacterias productoras de Antibióticos
“Los productores de antibióticos desarrollaron mecanismos de
protección e inmunidad contra sus propias armas y representan un
reservorio natural de genes de defensa anteriores al uso clínico de
los antibióticos...”
6
Autoprotección de Bacterias productoras de Antibióticos
77
Mecanismos de Resistencia frente a ATB
1- Inactivación por destrucción o
modificación de la droga:
- Hidrólisis
- Modificación covalente
2- Modificación del sitio blanco:
- Modificación covalente
- Reemplazo
- Mutaciones
3- Disminución de la concentración
intracelular:
- Disminución de la entrada
- Aumento de la salida
88
Evolución de la resistencia en Staphyloccocus aureus
BlaZ
Staphylococcus aureus MRSA
Bacteria Gram-positiva que
causa graves infecciones intrahospitalarias
MecR-MecI-MecA
VanH-VanA-VanX
ARNr
L3 o L4
Cfr
9
Destrucción o modificación
de la droga
10
Destrucción de la droga
β-lactámicos:
Inhiben las transpeptidasas
11
Destrucción de la droga
Transpeptidasas
PBPs
Inhibición de la reacción de
transpeptidación y del
entrecruzamiento del
peptidoglicano
Activan el mecanismo autolítico
endógeno bacteriano
β-lactamasas
Existe enzimas de diferentes tipo:
§ Serin-β-lactamasas (Tipo A, C y D)
§ Metalo-β-lactamasas (Zn+2)
§ Periplasmicas o unidas a
membrana interna (Gram -) o
extracelulares (Gram +)
§ Constitutivas o inducibles
12
Las β-lactamasas en el periplasma evitan que los ATB
lleguen a sus blancos
13
Regulación de la expresión de los genes de las β-lactamasas
E. coli : ampGDR y ampC
Penicilina
Amidasa
β-lactamasa
AmpC
Regulador
transcripcional
14
Regulación de la expresión de los genes de las β-lactamasas
Resistencia a β-lactámicos: Síntesis de β-lactamasa BlaZ
S. aureus MRSA
PBP
Regulador
negativo
15
Estrategias para neutralizar las β-lactamasas
- Desarrollo de β-lactámicos semisintéticos que sean hidrolizados lentamente:
carbapenem (Thienamycin), monobactam
- Inhibidores (competitivos) de β-lactamasas: Ac. clavulánico
Reareglo estuctural
del acyl-Enz
16
Estrategias para neutralizar las β-lactamasas
17
Modificación del blanco
18
Evolución de la resistencia en Staphyloccocus aureus
BlaZ
Staphylococcus aureus MRSA
Bacteria Gram-positiva que
causa graves infecciones intrahospitalarias
MecR-MecI-MecA
VanH-VanA-VanX
ARNr
L3 o L4
Cfr
19
Reemplazo del sitio blanco
Resistencia a β-lactámicos: Síntesis de PBP2a insensible a β-lactámicos
S. aureus MRSA
Reemplazo del sitio blanco
Resistencia a β-lactámicos: Síntesis de PBP2a insensible a β-lactámicos
S. aureus MRSA
Evolución de la resistencia en Staphyloccocus aureus
BlaZ
Staphylococcus aureus MRSA
Bacteria Gram-positiva que
causa graves infecciones intrahospitalarias
MecR-MecI-MecA
VanH-VanA-VanX
ARNr
L3 o L4
Cfr
22
Modificación del sitio blanco
Resistencia a Vancomicina: vanR, vanS, vanH, vanA,, vanX, vanY y vanZ
D-ala-D-ala
D-ala-D-Lac
VanS: Proteina snesora
VanR: Activador transcripcional
VanH: Piruvato reductasa
VanA: Ligasa A-ala-X
VanX: D-ala-D-ala dipeptidasa
VanY: D-D Carboxipeptidasa
23
Modificación del sitio blanco
Resistencia a Vancomicina por modificación de D-Ala por D-Lac
↑1000 Kd
24
Antibióticos que inhiben la síntesis de proteínas
•
Que actúan sobre la subunidad 30S del ribosoma
Aminoglicósidos: Kanamicina
Tetraciclinas: Tetraciclina
•
Que actúan sobre la unidad 50S del ribosoma
Cloranfenicol
Macrólidos: Eritromicina, Azitromicina, Claritromicina
25
Modificación de la droga
Modificaciones químicas de aminoglicosidos: Kanamicina
Adenilación
Fosforilación
Acetilación
26
26
Modificación de la droga
Modificaciones químicas de aminoglicosidos: Cloranfenicol
OH
O2N
Cl
H
N
Cl
Hidrólisis
O
HO
O2N
O2N
Cl
H
N
Fosforilación
OH
Cl
O
O
O2N
Cl
H
N
Cl
O
O
OH
O
O
O
O2N
HO
O P OH
O
HO
O
Cl
H
N
Cl
O
Cl
NH2
Acetilación
OH
OH
O2N
O
O
Cl
H
N
Cl
O
+
Cl
O
Resistencia frente a Macrólidos
- Inactivación de la droga: Glicosilación del OH del aminoazúcar
- Disminución de cc intracelular: Bombas de transporte
- Modificacion de sitio blanco:
Dimetilación de residuo Adenina rRNA
Mutaciones puntuales de rRNA o proteínas ribosomales
28
Resistencia frente a Macrólidos
- Inactivación de la droga: Glicosilación del OH del aminoazúcar
OleB
29
Modificación del sitio blanco
- Modificacion de sitio blanco:
Dimetilación de residuo Adenina rRNA
Mutaciones puntuales de rRNA o proteínas ribosomales
30
Modificación del sitio blanco
Unión de Macrólidos al ribosoma
Streptogramin B
31
Modificación del sitio blanco
Resistencia a Rifampicina:
Mutaciones puntuales de subunidad β RNA Pol
Resistencia a Quinolonas:
Mutaciones puntuales de subunidad A o B de la DNA Girasa
o mutaciones puntuales que causen una disminusión del
ingreso o un aumento de la expulción de la droga.
Por adquisición de genes que codifican enzimas que
modifican la droga por acetilación o bombas de eflujo.
32
Disminución de la concentración
intracelular de la droga
33
Disminución de la concentración intracelular: Bombas de eflujo
Gram negativas
Gram positivas
1) ABC: ATP-binding cassette
2) MSF: major facilitator superfamily
3) SMR: small multidrug-resistance
4) RND: resistance-nodulation-division
5) MATE: multidrug and toxic compound extrusion
34
Disminución de la concentración intracelular
Mecanismo de resistencia a Tetraciclina
Cuando la tetraciclina entra a la célula se une con alta afinidad a la proteina TetR, que
funciona como represor del gen de la bomba TetA (MFS), se sobreproduce y se inserta
en la membrana
35
Resumen Mecanismos de Resistencia
36
36
Problemas de la resistencia frente a ATB
Antibiótico
Uso Clínico
Resistencia
observada
Sulfonamidas
1930
1940
Penicilina
1943
1946
Estreptomicina
1945
1959
Cloramfenicol
1947
1959
Tetracycline
1948
1953
Erythromycin
1952
1988
Vancomicina
1956
1988
Cefalosporinas
1960
Fines de 1960
Meticilina
1960
1961
Ampicilina
1961
1973
Necesidad constante de encontrar o
desarrollar nuevos y mejores antibióticos
Búsqueda de nuevos antibióticos
Mayores Productores de Compuestos Naturales
Actinomicetes
Bacillu
s
Penicillum
Existen alrededor de
12000 ATB conocidos
160 utilizados en la clínica
55% producidos por Streptomyces
Mayores Productores de Compuestos Naturales:
Actinomycetes
Genilloud (2010) J Ind Microbiol Biotechnol
Género Streptomyces
Producen 55% ATB de uso medicinal
Incluyen: Policetónicos Macrólidos y
Aromáticos, Peptidos de Síntesis no
Ribosomal, β-lactámicos, PolicetónicoNRPS hibridos, Cumarinas y Polipirroles.
Productos Naturales:
Antibióticos
Christoffersen (2006) NATURE BIOTECHNOLOGY 24(12)
Aislamiento de Productos Naturales:
Nuevas estructuras?
Walsh (2003) Nat Review Micro 66 (1)
Aislamiento Tradicional de Productos Naturales
- Optimizar
crecimiento de
microorganismos
- Preparar
extractos celulares
- Ensayar contra
cepas testigos
- Purificar
compuesto activo
Muestra
de suelo
Fuentes alternativas
Bacterias no cultivable
Ensayos diferenciables
- Nuevas técnicas de cultivo: enriquecimiento
- Aislamiento de ADN: Expresión de rutas en bacterias cultivables
- Ingeniería metabólica en bacterias cultivables
Compuestos de uso
terapéutico
Análisis de genomas de actinomicetes
Aigle y col. (2014 J Ind Microbiol Biotechnol 41:251–263
Análisis de genomas de actinomicetes
Wong and Khosla. Current Opinion in Chemical Biology 2012, 16:117–123
Expresión heterologa de PKS
Rodriguez et al, Meth Enzy 2009
Expresión heteróloga de clusters
Enriquecimiento de muestras del suelo
Capilar lleno de
buffer que
contiene un
atrayente para
los
actinomicetos
móviles
Muestra de suelo
incubada con
carbonato de
calcio para
enriquecer la
población de
Actinokineospora
spp.
Granos de polen
que flotan en una
suspensión de
suelo como
cebos para
actinomicetos
móviles
Crecimiento de
actinomicetos a
partir de restos
radiculares de
plantas para
Actinomycetos
endofíticos
Hayakawa (2008) Actinomycetologica 22:12–19
Estrategia de screening diferencial
Young y col (2006) AAC 50(2): 519–526; Wang y col (2007) PNAS 104(18): 7612–7616
Estrategia de screening diferencial: Mycobacterias
Pyridomycin
Estudios bioquímicos y estructurales muestran que pyridomycin inhibe la enoilreductasa InhA
directamente como un inhibidor competitivo del sitio de unión NADH y de esta manera se
inhibe la síntesis de ácidos micólicos en M. tuberculosis.
Hartkoorn y col. (2012) EMBO Mol Med 4, 1032–1042
Búsqueda a partir de Nuevos Nichos: Esponjas marinas
Microorganismos no cultivables
Cultivo de microorganismos no cultivables: iChip
Ling y col. 2015 Nature 517: 455–459
Cultivo de microorganismos no cultivables: iChip
Ling y col. 2015 Nature 517: 455–459
NRP: Teixobactin
A new antibiotic without detectable resistance
Ling y col. 2015 Nature 517: 455–459
Teixobactin: A new antibiotic without detectable resistance
Ling y col. 2015 Nature 517: 455–459
NRP: Teixobactin
Ling y col. 2015 Nature 517: 455–459