sekundární metabolismusold-biomikro.vscht.cz/vyuka/bm/antibiotika_2014.pdf · inhibice syntézy...

Sekundární metabolismus Antibiotika

Ing. Hana Sýkorová, Ph.D. 2014

sekundární metabolismus

1961 Bulock – termín sekundární metabolit

metabolity, které nejsou nepostradatelné pro růst a reprodukci

specifický význam pro producenta

nepřesný termín – vhodnější „speciální“ nebo „specifický“ metabolismus (resp. „obecný metabolismus“ místo „primární“)

na vstupu relativně málo intermediátů, na konci široké spektrum sloučenin

Common metabolites generated from secondary biosynthesis pathways in fungi

sekundární metabolismus

jedinečné metabolické dráhy

enzymy s nižší substrátovou a reakční specifitou ve srovnání s obecným m. → vznik skupiny chemicky a strukturně podobných látek

syntéza sekundárních metabolitů strukturně podobných primárním metabolitům:

• existující enzymy primárního metabolismu

• speciální (klasická ribosomální syntéza lantibiotik x speciální typ multienzymových komlexů při syntéze polypeptidových antibiotik)

sekundární metabolismus klíčové intermediáty:

• sacharidy

• šikimová kyselina a/nebo aromatické kyseliny

• nearomatické aminokyseliny

• C1 sloučeniny

• krátké mastné kyseliny (octová, propionová)

• intermediáty citrátového cyklu

• puriny a pyrimidiny

Klasifikace sekundárních metabolitů podle původu intermediátů

kys. šikimová

Význam sekundárního metabolismu

poskytování výhody v konkurenčním prostředí (zvýšení schopnosti růstu, reprodukce, rozšíření nebo přežití v daném prostředí)

• signální funkce (autoregulátory luminiscenčních bakterií, koordinace spolurace u streptomycet, sexuální diferenciace kvasinky S. cerevisiae α x a faktor…)

• obranná funkce (antibiotika, mykotoxiny, pigmentace…)

účinek na široké spektrum konkurentů včetně vyšších organismů (srovnej s bakteriociny!)

Doporučený zdroj: sylabus k předmětu Biochemie sekundárních metabolitů, Ústav biotechnologie VŠCHT, prof. Jan Masák http://old.vscht.cz/kch/download/sylaby/biochemiesekmet.pdf

Antibiotika

• Úvod, historie

• Klasifikace

• Mechanismy účinku, zásahová místa

• Rezistence

• Skupiny atb podle chemické struktury

• Metodika stanovení citlivosti, hodnocení účinku

antibiotika

látky které inhibují růst mikroorganismů (bakteriostatické), nebo je usmrcují (baktericidní)

potlačení konkurenčních mo

přírodní látky produkované převážně mikroorganismy, nebo podobné látky připravené semisynteticky popř. synteticky

produkty sekundárního metabolismu

Historie

• Sir Alexandr Fleming (1881 – 1955) • 1928 – penicilin (Penicillium nonatum) • 1939 – izolace (H.W. Florey a E.B. Chain) • 1945 – Nobelova cena za fyziologii a medicínu • 1944 – pokusná produkce penicilinu v továrně Benjamin

Fragner v Praze (dnes Zentiva)

"...podle mne budou do deseti let antibiotika jako léčivo zakázána"

Historie

• nesmí poškozovat eukaryotní buňky

• účinek již v nízkých koncentracích

• této hladiny má dosáhnout přiměřeně brzy

• výhodou post-antibiotický efekt – určitý časový interval, ve kterém přetrvává potlačení metabolické aktivity mo a jeho množení i když antibiotikum není v těle přítomno.

Antibiotika pro klinické použití

• Původ

• Biologické účinky

• Biosyntetická dráha

• Mechanizmus účinku

• Chemická struktura

Kritéria dělení antibiotik:

• mikroorganismy (70% ř. Actinomycetales)

• vyšší rostliny, řasy, lišejníky

• živočichové

Podle původu:

• přirozené

• semi-syntetické

• syntetické

• antivirotická

• antibakteriální

• antifungální

• antiparazitická

• širokospektrá x úzkospektrá

• bakteriostatická x baktericidní

Podle biologického účinku:

Podle mechanismu účinku:

• Inhibice syntézy buněčné stěny

• Porušení buněčné membrány

• Inhibice syntézy bílkovin

• Inhibice syntézy nukleových kyselin

• Inhibice metabolismu kys. listové (antimetabolity)

Zásahová místa:

Inhibice syntézy buněčné stěny

Inhibice syntézy buněčné stěny

• β-laktamy

• Fosfomycin

• Bacitracin

• Vankomycin

Fosfomycin zabraňuje syntéze peptidoglykanové podjednotky.

Bacitracin interferuje s funkcí baktoprenolu.

Penicilin a vankomycin inhibují křížné propojení peptidoglykanu.

Porucha funkce CM

• Porušení integrity CM únik endogenních látek zánik mikroorganismu

• Polymyxiny

cyklické peptidy s postranním hydrofobním řetězcem

směs několika antibiotik (Bacillus polymyxa)

účinek na G-

lokální použití (v očním lékařství či ORL)

Polymyxin B, kolistin (polymyxin E)

Porucha funkce CM

• Vazba na LPS vnější membrány, průnik k CM, vazba na fosfolipidy dezintegrace

• hydrofobní řetězec – zásadní úloha

• "detergent-like" efekt

Kolistin

Polymyxin B

Inhibice syntézy bílkovin


vždy vazba na ribozom (výjimka = mupirocin)


• Streptomycin ( a další aminoglykosidy) vazba na malou podjednotku a fixuje ribosom na mRNA. Ribosom tak nemůže pokračovat v protesyntéze

• Erytromycin (a další makrolidy) vazba na velkou ribosomální podjednotku a brání elongaci

• Tetracykliny deformují strukturu malé podjednotky, takže molekuly tRNA s navázanou aminokyselinou nemohou interagovat s mRNA

• Chloramfenikol vazba na velkou podjednotku (inhibice elongace)

• Linkosamidy vazba na velkou podjednotku (inhibice translokace)


• Mupirocin (produkce - Ps. fluorescens)

• část molekuly strukturou blízká izoleucinu reverzibilní vazba na izoleucyl-tRNA-syntetázu znemožnění vazby Ile na příslušnou tRNA inhibice syntézy proteinového řetězce (Ile nemůže být inkorporován)

• účinný proti G+ mikroorganizmům působícím většinu kožních infekcí (stafylokoky, včetně methicilin-rezistentních kmenů) – Bactroban (mast)

Inhibice syntézy NA

DNA gyráza

RNA polymeráza

Vazba na DNA

Zlomy v DNA

• Chinolony (kys. nalidixová, ciprofoxacin)

vazba na GyrA podjednotku DNA-gyrázy

• Novobiocin

vazba na GyrB podjednotku DNA-gyrázy

• Rifampin

vazba na β-podjednotku DNA-dependentní RNA polymerázy

účinek před zahájením transkripce

• Aktinomycin

Toxické polypeptidové antibiotikum, cytostatický účinek

Inhibice transkripce (vazba na DNA, interkalace mezi G-C)

• Metronidazol, nitrofurantoin

Zlomy v DNA

• Sulfonamidy Analogy PABA

Kompetitivní inhibice

• Trimethoprim Analog části molekuly DHF

Vazba na DHF-reduktázu

Synergický účinek (dvě místa v metabolickém řetězci)

Inhibice metabolismu kys. listové

kys. listová (folát)

- vit B9

- eukaryota – příjem z prostředí

- bakterie – příjem jen v omezeném množství, nutná syntéza (kys. p-aminobenzoová + pteridin)

- nezbytná pro syntézu NA

kys. listová

Inhibice metabolismu kys. listové

aktivní forma kyseliny listové = THF = koenzym transferáz součást syntézy nukleotidů

Zásahová místa - shrnutí

• Inhibice syntézy buněčné stěny

• Porušení buněčné membrány

• Inhibice syntézy bílkovin

• Inhibice syntézy nukleových kyselin

• Inhibice metabolismu kys. listové

Rezistence

Rezistence

= schopnost přežít účinek inhibiční koncentrace daného atb

• primární (přirozená - intrinsic)

- dána druhem (přirozenými vlastnostmi) bez ohledu na předchozí kontakt s atb

- př.: β-laktamy x buněčná stěna → buňky bez b.s. přirozeně rezistentní (živočišné b.)

• sekundární (získaná - acquired)

- na základě kontaktu s atb (selekce odolných jedinců)

- mutací nebo přenosem genů (plasmidy, transpozony)

penicilinový typ (multiple step mutation) = po dlouhodobém podávání atb (penicilin, chloramfenikol, bacitracin)

streptomycinový typ (one step mutation) = rychlý vznik vysoce rezistentních kmenů (streptomycin, erytromycin, linkomycin)

Rezistence - mutace

• odhad: dceřiná buňka s mutací 1 : 10.000.000

• konkurenční výhoda, selekce

Rezistence - přenos

• během dělení z buňky mateřské do buněk dceřiných

• různými mechanizmy i do buněk bakterií různých druhů (horizontální přenos)

- mobilní částice - plazmidy, transpozony, integrony

- mechanizmy přenosu:

• transdukce (virovou částicí)

• konjugace (spájení přes pilus)

• transformace (DNA z volného prostředí, např. mrtvé b.)

Rezistence – obecné mechanismy • změna cílové struktury

• omezená penetrace atb do buňky (poriny)

• zvýšené vylučování atb z buňky (eflux)

• enzymatická inhibice/inaktivace antibiotika

Antibiotikum Mechanizmy rezistence

Beta-laktamová Produkce beta-laktamáz permeability buněčné stěny Změna penicilin-vazebných proteinů

Aminoglykozidy a makrolidy Snížená vazebnost na ribozómy permeability buněčné stěny Produkce inaktivujících enzymů

Chloramfenikol vazebnosti na cílové ribozómy permeability buněčné stěny aktivity chloramfenikol-acetyltransferázy

Tetracykliny transport k ribozómům Aktivní buněčný eflux (vylučování antibiotika z buňky)

Chinolony Rezistence DNA-gyrázy permeability buněčné stěny Aktivní buněčný eflux

Sulfonamidy Trimetoprim

Rezistence syntetázy kyseliny listové Rezistence reduktázy kyseliny dihydrolistové permeability buněčné stěny

Rezistence – změna cílové struktury

• penicilin vázající proteiny (PBP) - přítomnost genu mecA pro pozměněný PBP → rezistence

na methicilin (MRSA stafylokoky)

• modifikace prekurzorů peptidoglykanu - přítomnost genů vanA, vanB → rezistence na vankomycin

• modifikace DNA gyrázy - mutace v genu gyrA a gyrB→ rezistence na fluorochinolony

• změna RNA polymerázy - bodové mutace, inzerce a delece v oblasti rpoB (gen pro β-podjednotku RNA polymerázy) → rezistence k rifampicinu

• mutace v syntéze ribosomálních proteinů → rezistence k aminoglykosidům a makrolidům

příklady:

Vankomycin - glykopeptidové atb. - mechanismus: inhibice buněčné stěny (transpeptidace)

- nahrazení koncového D-Ala laktátem - rezistentní enterokoky (VRE) = nebezpečí, vankomycin

používán jako atb poslední volby - popsán přenos na MRSA stafylokoky

Rezistence – změna cílové struktury

MRSA – methicilin rezistentní Staphylococcus aureus

• S. aureus – kůže, sliznice (30% populace)

• po proniknutí bariérou – záněty, sepse (diabetická noha)

• 40. léta – potvrzena rezistence některých kmenů S. aureus na penicilin

• dnes - více než 90% penicilin-rezistentních kmenů

• šíření rezistence - gen pro β-laktamázu (blaZ) na plasmidu

• přelom 50. a 60. let – semisyntetické peniciliny (methicilin)

• 1961 – popsán kmen rezistentní na veškeré β-laktamy

• mecA → modifikace PBP = MRSA

• problém nemocničních nákaz (otevřené rány, snížená imunita…)

• účinná léčba především vankomycinem – nebezpečí = rozšíření VRSA

Rezistence – změna propustnosti

• LPS v membráně G- (lipid A + polysacharid + O-antigen)

- bariéra proti účinkům atb

modifikace lipidu A→ snížení vnějšího záporného náboje membrány → rezistence k polymyxinům a aminoglykosidům

• poriny

- rychlost difuze atb závisí na velikosti, počtu a selektivitě porinů

- OprD – porin pro malé β-laktamy (imipen)

- OprE – porin pro chinolony a cefalosporiny

absence nebo snížení počtu porinů, popř. mutace vedoucí k zúžení porinů → rezistence

Rezistence – eflux

- eflux = mechanismus, kterým se bakterie zbavuje široké škály chemicky a strukturně odlišných sloučenin

- transmembránové proteiny – „eflux pumpy“

• úzce specifické (tetracyklin)

• nespecifické - „multidrug transportéry“

- schopné odstraňovat celou řadu atb

- multirezistentní fenotyp

- AcrAB/TolC - E.coli, Salmonella

- MexAB/OprM - Ps. aeruginosa

rezistence s omezenou kapacitou, při zvýšení koncentrace atb buňka opět citlivá

Tetracyklin - mechanismus účinku: inhibice proteosyntézy (vazba na 30S )

Rezistence – eflux

- indukce tetracyklinem - geny tet na konjugativních plasmidech

Rezistence – inaktivace atb

enzymy modifikující aminoglykosidy • acetyltransferázy (aac) - acetylace aminosk. (acetyl-CoA)

• fosfotransferázy (aph) - fosforylace hydroxylové sk. (ATP)

• adenyltransferázy (ant) - adenylace hydroxylové sk. (ATP)

- geny většinou na plasmidech a transpozonech

enzymatická inaktivace chloramfenikolu

• acetyltransferáza (cat) – acetylace hydroxylové skupiny, modifikovaný derivát není schopen vazby na ribosom

- geny většinou na plasmidech a transpozonech

enzymy hydrolyzující β-laktamová antibiotika

• β-laktamázy

β-laktamázy

- přerušení β-laktamového kruhu hydrolýzou amidové vazby

- široká skupina enzymů (více než 340 typů)

- na chromosomech i plasmidech

- konstitutivní i indukovaná biosyntéza

- penicilinázy, cefalosporinázy, metalo-β-laktamázy (závislé na iontu kovu, obvykle Zn2+)…

Rezistence – inaktivace atb

• Původ

• Biologické účinky

• Biosyntetická dráha

• Mechanizmus účinku

• Chemická struktura

Kritéria dělení antibiotik:

Třídění antibiotik podle struktury:

• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy

• chinolony/fluorochinony

• sulfonamidy

• další - chloramfenikol, rifampicin

polyketidy

β-laktamy

• peniciliny • cefalosporiny • monobaktamy • karbapenemy

• inhibitory β-laktamáz

β-laktamy

peniciliny

cefalosporiny kys. klavulanová

základní struktura: 4 členný β-laktamový kruh + postranní řetězec • peniciliny: 5-členný heterocyklus • cefalosporiny: 6-členný heterocyklus • monobaktamy: bez heterocyklu

monobaktamy

β-laktamy mechanismus: - poškození buněčné stěny (inhibice transpeptidace) - vazba na transpeptidázu (PBP – penicilin binding protein) - baktericidní účinek - působí především na G+

β-laktamy

produkce:

Penicilium chrysogenum (přirozené peniciliny)

Cephalosporium acremonium (přirozené cefalosporiny)

Streptomyces clavuligerus (kys. klavulanová)

biosyntéza:

základní prekurzory = 3 aminokyseliny • L-cystein • L-valin • α-amino-adipová kyselina

rezistence • inaktivace atb (β-laktamázy) • změna struktury cílového místa (PBP) • narušení transportu (mutace porinových kanálků) • aktivní transport ven z buňky

P. chrysogenum

β-laktamy: peniciliny

základní, přirozené penicilin G, penicilin V

antistafylokokové oxacilin, meticilin, cloxacilin, flucloxacilin

širokospektré

aminopeniciliny ampicilin, amoxicilin

karboxypeniciliny ticarcilin

acylureidopeniciliny piperacilin

základní:

penicilin V – acidorezistentní

penicilin G – není acidorezistentní

- nejsou odolné vůči β – laktamázám

- léky první volby u infekcí způsobených streptokoky, pneumokoky, stafylokoky, Bacillus anthracis …


antistafylokokové:

- odolné vůči β – laktamázám

- streptokoky a stafylokoky

- methicilin pouze parenterálně

- oxacilin perorálně u méně závažných stafylokokových infekcí


antistafylokokové oxacilin, methicilin, cloxacilin, flucloxacilin

širokospektré





aminopeniciliny:

- semisyntetické


- krom G+ i některé G- (Listeria monocytogenes)

- ampicilin – absorpce omezována potravou

- amoxicilin – kompletní absorpce po perorálním podání


antistafylokokové oxacilin, methicilin, cloxacilin, flucloxacilin

širokospektré





karboxypeniciliny:

- široké spektrum účinku

- částečně i proti Ps. aeruginosa


acylureidopeniciliny:

- proti enterokokům, Ps. aeruginosa



antistafylokokové oxacilin, meticilin, cloxacilin, flucloxacilin

širokospektré





nežádoucí účinky:

- možnost alergické reakce – alergenem většinou biodegradační produkty

- anafylaktický šok, kožní vyrážky

- enteritidy (přerůstání stafylokoků a kvasinek)

β-laktamy: cefalosporiny

- 1. - 4. (5.) generace

- zvyšování účinnosti na G-

- postupně se zvyšuje odolnost vůči β – laktamázám

- většinou dobře snášeny, občas alergické reakce

- sepse, infekce měkkých tkání, kůže, močových cest…

- Pseudomonas aeruginosa, Proteus mirabilis, Serratia, Enterobacter, E.coli, H.influezae…

β-laktamy: monobaktamy

- účinek pouze na aerobní G-

- v klinické praxi – pouze aztreonam

- nevstřebává se v GIT, pouze parenterální podání

- vstřebává se do tělesných tkání i tekutin

- život ohrožující infekce

β-laktamy: karbapenemy

- nejširší spektrum účinku mezi betalaktamy (G+, G- i pseudomonády, aeroby i anaeroby, včetně kmenů S. pneumonie vysoce rezistentních na penicilin)

- většinou odolné vůči β – laktamázám

- výhradně parenterální podání

- dobrý prostup tkáněmi a tekutinami (i mozkomíšní mok)

- terapie život ohrožujících nákaz

- léčba nemocničních infekcí vyvolaných multirezistentní mikroflórou

- imipenem, meropenem

β-laktamy: inhibitory β-laktamáz

- β-laktamázy – mechanismus rezistence

- použití v kombinaci s antibiotiky (co-amoxicilin, co-ampicilin)

- rozšíření antimikrobiálního spektra

kys. klavulanová

- slabé antibiotikum

- vazba na penicilinázy kódované plasmidem, na chromozomálně kódované cefalosporinázy neúčinná

- co-amoxicilin – účinek na kmeny rezistentní vůči amoxicilinu (stafylokoky, H.influenzae, Klebsiella pneumoniae…)

sublaktam

tazobaktam


• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy


• sulfonamidy


polyketidy

Aminoglykosidy

1944 – streptomycin, účinek proti mykobakteriím (tuberkulóza)

základní struktura: 2-4 amino-sacharidy (resp. aminocyklitoly)

streptomycin

kanamycin

gentamicin

Aminoglykosidy

mechanismus: - ireversibilní vazba na 30S podjednotku

- několikastupňový model účinku (blokování činnosti ribozomů, chybná translace, poškození membrán, zvyšování průniku atb)

- působí především na G- (narušení integrity vnější membrány): Escherichia, Proteus, Enterobacter, dále Mycobacterium, brucely, pasteurely, ale i G+ stafylokoky

produkce: Streptomyces griseus (streptomycin) Streptomyces fradie (neomycin) Micromonospora (gentamicin)

biosyntéza: monosacharidy z glukózy, klíčový intermediát myo-inositol, D-glukosamin, D-ribosa

Streptomyces griseus

Aminoglykosidy

- nevstřebávají se střevním traktem, intravenosní nebo intramuskulární podání

- vyšší toxicita vůči živočišným buňkám (při dlouhodobém podávání - ototoxicita, nefrotoxicita)

• strepromycin

• gentamicin

• tobramycin

• kanamycin

• amikacin (semisyntetický, nejúčinnější, nejpomalejší vývoj rezistence)

mechanismy rezistence • inaktivace atb (acetylace, adenylace, fosforylace) • mutační změny na ribosomu • znemožnění vstupu atb do buňky


• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy


• sulfonamidy


polyketidy

Linkosamidy

základní struktura: prolin vázaný amidovou vazbou na pyranosid

klindamycin

linkomycin

Linkosamidy

mechanismus: - inhibice proteosyntézy (vazba na 30S, předčasná disociace

peptydyl-tRNA z ribozomu)

produkce: Streptomyces lincolnensis (linkomycin)

biosyntéza: obě části zvlášť propylprolin z L-tyrosinu dále C3 a C5 cukry

Linkosamidy

- nízká toxicita

- alergické reakce vzácné

- antistafylokoková antibiotika

- účinné i na anaeroby

linkomycin

klindamycin

- dobrá distribuce v těle

- penetrace do kostí, kloubů a šlach

- infekce kostí, měkkých tkání, dutiny břišní po chir. zákroku…


• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy


• sulfonamidy


polyketidy

Makrolidy

základní struktura: „makrocyklický laktonový kruh“

aglykon + sacharid (amino-, deoxy- sacharidy)

• nepolyenové makrolidy: aglykon = 14-16 členný laktonový kruh

• polyenové makrolidy: aglykon = 26-32 členný laktonový kruh často obsahují navíc i aromát

etrytromycin

nystatin

Makrolidy - nepolyenové

mechanismus: - vazba na 50S podjednotku (blokování vzniku pept. vazby)

- vysoká aktivita vůči G+, u G- obtížný průnik do buňky, některé účinné i proti mykoplasmatům

- na eukaryotní b. nemají vliv, jiné vazebné místo na ribozomu

produkce: Streptomyces Micromonospora

biosyntéza: prekurzory – krátké karboxylové kyseliny (propionát, acetát, glykolát, izobutyrát) řada typů reakcí - oxidace, redukce, epoxidace, acylace, methylace…

Makrolidy - polyenové

mechanismus: - místem účinku je cytoplasmatická membrána (selektivní

účinnost – membrány se sterolem)

- účinné na eukaryotní b. (nystatin proti kvasinkám)

- účinek i na vnitrobuněčné m. (mitochondrie, lysozomy)

produkce: Streptomyces sp.

biosyntéza: podobná jako u nepolyenových makrolidů aglykon, cukerná část i aromát – samostatná syntéza


• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy


• sulfonamidy


polyketidy

Tetracykliny

základní struktura: oktahydrotetracen-2-karboxiamidový řetězec

chlortetracyklin tetracyklin

Tetracykliny

mechanismus: - inhibice proteosyntézy - vazba na 30S podjednotku

- bakteriostatický účinek

produkce: Streptomyces aureofaciens (chlortetracyklin, tetracyklin)

Streptomyces rimosus (oxytetracyklin)

biosyntéza:

8x acetyl-CoA 1x Asp

Tetracykliny

• široké spektrum účinku: G- i G+, Vibrio cholerae, některé anaeroby, mikroplazmata, chlamydie, rickettsie

• bakteriostatický účinek

• nevýhoda – častý výskyt rezistence (často u Enterobacteriaceae)

• nežádoucí účinky: podráždění GIT, fotosenzitivní alergické reakce, ukládání v rostoucích kostech a zubech (léčba vyloučena u malých dětí a těhotných)

Mechanismus účinku – 30S podjednotka Mechanismus rezistence – eflux

Biosyntéza polyketidů makrolidy, tetracykliny

• polyketid synthetasy (PKS) - multienzymové komplexy

• opakující se moduly složené ze souboru domén nesoucích aktivní místa pro postupnou aktivaci, modifikaci a elongaci

• zákl. jednotky – obvykle acetyl-CoA, malonyl-CoA

• postupně narůstající řetězec vázán na tzv. pantetheinové raménko

• po syntéze další úpravy (cyklizace, laktonizace, tvorba amidových vazeb)

Biosyntéza polyketidů

Figure 1: The most intensively studied PKS, deoxyerythronolide B synthase (DEBS), which catalyzes the key steps in the biosynthesis of the antibiotic erythromycin. DEBS catalyzes the extension of a propionate starter unit with six equivalents of methylmalonyl-coenzyme A (MM-CoA). After six rounds of decarboxylative Claisen condensations and varying degrees of reduction of the initially formed β-keto thioesters, the polyketide core of erythromycin is released from the enzyme via a terminal esterase [6-8]. Abbreviations: AT: acyltransferase, ACP: acyl carrier protein, KS: ketosynthase, KR: ketoreductase, DH: dehydratase, ER: enoylreductase, TE: thioesterase.


• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy


• sulfonamidy


polyketidy

Polypeptidy

základní struktura: peptid (10-15 ak), často cyklický

atypické ak (amino-, hydroxy-, D-)

produkce: rod Bacillus

rozsáhlá skupina látek se zcela odlišnou aktivitou: • gramicidiny

• bacitraciny

• polymyxiny

neribosomální syntéza!!! • syntéza na multienzymovém komplexu

• peptidový řetězec na komplex vázán kovalentně přes fosfopantetein

• široká substrátová specifita

Polypeptidy - gramicidiny

mechanismus účinku:

ionofory – ovlivnění přenosu K+ přes membránu, odčerpání iontů z buňky, zastavení proteosyntézy

produkce: Bacillus brevis

- heterogenní směs gramicidinu A (80%), B, C = gramicidin D

- gramicidin D lineární, gramicidin S cyklický

Gramicidin S

příklad neribosomální syntézy peptidu s antimikrobiálním účinkem

Polypeptidy - gramicidiny

Gramicidin S • produkce: Bacillus brevis

• cyklický dekapeptid složený ze dvou identických pentapeptidů

Gramicidin S

• syntéza katalyzována enzymovým komplexem

Gramicidin S syntetáza (GS syntetáza)

skupina neribosomálních peptidových syntetáz (NRPS)

• komplex tvořen dvěma NPRS: „lehký“ enzym GrsA (127 kDa) „těžký“ enzym GrsB (510 kDa)

Gramicidin S

• ATP aktivuje jednotlivé AK – aminoacyladenylát • Lehký enzym katalyzuje aktivaci a racemizaci L-fenylalaninu na D-fenylalanin • Těžký enzym aktivuje ostatní aminokyseliny • Aminoacyly jsou přeneseny na specifická thiolová místa obou enzymů • Thioesterově navázané aminokyseliny se postupně spojují a tvoří pentapeptid • Kondenzací 2 pentapeptidů se tvoří GS

Gramicidin S 2 L-fenylalanin 2 L-prolin 2 L-valin + 10 ATP → GS + 10 ADP + 10 PPi 2 L-ornitin 2 L-leucine

A – adenylation PCP – peptidyl carrier protein E – epimerization C – condenzation TE – thioesterase domain (uvolnění nebo cyklizace)

Gramicidin S

• „Gamicidin Soviet“ – 1942 SSSR

• peptidové antibiotikum

• účinný na široké spektrum G+ i G- a některé plísně

• již v nízkých koncentracích způsobuje hemolýzu – nelze použít k léčbě systémových infekcí

• léčba povrchových ran

• součást topických antibiotických přípravků

Polypeptidy - bacitraciny

- produkce: Bacillus subtilis

- inhibice syntézy buněčné stěny (blokování fosfolipidového přenašeče peptidoglykanové podjednotky – baktoprenol)

- baktericidní

- účinek na G+ včetně MRSA

- silně toxický - pouze lokální použití (obchodní n. – framykoin)

bacitracin

Polypeptidy - polymyxiny

• Vazba na LPS vnější membrány, průnik k CM, vazba na fosfolipidy dezintegrace

• hydrofobní řetězec – zásadní úloha

• "detergent-like" efekt

Kolistin (polymyxin E)

Polymyxin B

Polypeptidy - polymyxiny

- produkce: Bacillus polymyxa

- baktericidní účinek

- účinek na G- : E. coli, Klebsiella, Enterobacter, Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae…

- klinické použití – multirezistentní Ps. aeruginosa

- neurotoxicita, nefrotoxicita – atb poslední volby


• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy


• sulfonamidy


polyketidy

Glykopeptidy

základní struktura: hepta-peptid + cukerná složka

vankomycin

teicoplanin - semisyntetický

Glykopeptidy

mechanismus: - inhibice syntézy buněčné stěny

(vazba na koncový peptid D-Ala-D-Ala), znemožnění zesítění

- baktericidní účinek

produkce:

Streptomyces orientalis (vankomycin)

teicoplanin – semisyntetický derivát

biosyntéza: peptidová část - neribosomálně

Glykopeptidy

Syntéza proteinové části vankomycinu:

adenylation (A) domain peptidyl carrier protein (PCP) domain condensation (C) or elongation domain modification domains: epimerization (E) domain, thioesterase domain (TE)

Glykopeptidy

- účinné na G+ : stafylokoky (včetně MRSA), streptokoky, Bacillus, Listeria monocytogenes

- nevstřebávají se v GIT – parenterální aplikace

- ototoxicita, nefrotoxicita, neurotoxicita

- vankomycin – atb. poslední volby

- život ohrožující infekce G+ bakteriemi, které neodpovídají na méně toxická antibiotika

Mechanismus rezistence k vankomycinu


• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy


• sulfonamidy


polyketidy

kys. nalidixová

Chinolony / fluorochinolony

základní struktura:

ciprofloxacin

Chinolony / fluorochinolony

mechanismus: - inhibice syntézy NA – zablokování DNA-gyrázy

produkce: syntetické atb.

• 1. generace (kys. nalidixová) • 2. generace – zavedení F (norfloxacin) • 3. generace (ciprofloxacin) • 4. generace (sparfloxacin)

- široké spektrum účinku – Ps. aeruginosa,

Enterobacteriaceae, stafylokoky, chlamydie, mykoplasmata, méně na streptokoky


• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy


• sulfonamidy


polyketidy

Sulfonamidy

základní struktura: odvozené od sulfanilamidu

mechanismus: analogy PABA (metabolismus kys. listové)

produkce: syntetické atb.

• účinné proti E.coli, streptokokům, hemofilům, aktinomycetám, chlamydiím

• nekomplikované infekce močových cest, toxoplasmóza

• v kombinaci s trimetoprimem (kotrimazol)


• β-laktamy

• aminoglykosidy

• linkosamidy

• makrolidy

• tetracykliny

• polypeptidy

• glykopeptidy


• sulfonamidy


polyketidy

Chloramfenikol (amfenikoly)

základní struktura: nitrobenzenové jádro

mechanismus: - inhibice proteosyntézy (50S podjednotka, inhibice elongace)

produkce: Streptomyces venezuelae (dnes výhradně synteticky)

• bakteriostatický účinek

• širokospektré (G+, G-, anaeroby)

• vysoká toxicita – omezené využití (břišní tyfus, těžké anaerobní infekce, meningitidy)

chloramfenikol

Rifampicin (ansamyciny)

základní struktura:

mechanismus: - inhibice RNA-polymerázy

produkce: Amycolatopsis rifamycinica (řád Actinomycetales)

• účinný na G+, Mycoplasma tuberculosis, některé G- (Legionella)

• léčba tuberkulózy a lepry

rifampicin (USA rifampin)

• Úvod, historie

• Klasifikace

• Mechanismy účinku, zásahová místa

• Rezistence

• Skupiny atb podle chemické struktury

• Metodika stanovení citlivosti, hodnocení účinku

Metodika stanovení citlivosti

- do jaké míry je mikroorganismus k atb citlivý

• kvalitativní (ano-ne)

• kvantitativní (MIC)

MIC - minimální inhibiční koncentrace = nejnižší koncentrace, která brání viditelnému růstu mo

MBC - minimální baktericidní koncentrace = nejnižší koncentrace, která usmrtí nejméně 99,9% buněk

Metodika stanovení citlivosti

metody:

• diskový difuzní test

• diluční test v bujonu

• diluční test v agaru

• E-test

standardy: - mezní hodnoty - popis metodiky - referenční kmeny - předepsané spektrum atb • CLSI Clinical and Laboratory Standards Institute

• EUCAST The European Committee on Antimicrobial

Susceptibility Testing

Co byste měli určitě znát?

1. Charakteristika sekundárního metabolismu

2. Zásahová místa antibiotik + příklady

3. Rezistence – mechanismy, příklady (Van, Tet, β-laktamy), MRSA

4. Skupiny atb, u důležitých základní struktura

• β-laktamy – kruh, 3 AK, cílové místo

• polyketidy – syntéza na multienzymových komplexech

• polypeptidy – neribosomální syntéza (gramicidin)

• glykopeptidy – proteinová část neribosomálně (Van)

Antibiotika a chemoterapeutika

obecně byla a jsou vlastně nejvýše

malá nepříjemnost, episoda na dlouhé

vývojové cestě bakterií, drobná

překážka, se kterou se dokáží

vyrovnat…

cit.: přednáška Jar. Spížka, MÚ AV ČR

Děkuji za pozornost.

sekundární metabolismusold-biomikro.vscht.cz/vyuka/bm/antibiotika_2014.pdf · inhibice syntézy...

Documents