Mecanismos de Ação de Antimicrobianos e Mecanismos de

Mecanismos de Ação de Antimicrobianos e Mecanismos de Resistência Bacteriana
Professor: Alex Guerra Ferreira
Transcrição: Flávia Madureira Barbosa
O Que São Antimicrobianos?
Substâncias produzidas por um microganismo, substâncias similares produzidas totalmente ou parcialmente por
síntese química, que em baixas concentrações inibem o crescimento de outros microrganismos.
Toxicidade Seletiva
Características de um Antimicrobiano Ideal
* Destruir ou inibir a atividade de um microorganismo sem prejuízo às células do hospedeiro.
* Antingir concentrações efetivas nos tecidos e células do hospedeiro.
* Não causar alterações nos mecanismos naturais de defesa do hospedeiro (fagocitose, produção de anticorpos, etc).
Nenhum antibiótico será capaz de, sozinho, debelar uma infecção. Ele trabalha em conjunto com a resposta imune
do hospedeiro, controlando o nível de crescimento bacteriano. Logo o antibótico não pode interferir no sistema
imune.
Classe de Antimicrobianos
Os antimicrobianos podem ser classificados de diversas formas. Exemplos:
- Pelo sítio de ação, pelo mecanismo de ação. ]
- Pela estrutura química (beta lactâmicos, inibidores de beta lactamese, ...). Essa é a classificação mais utilizada.
Ex.: Beta lactâmicos, que possuem em comum o anel beta lactâmico na sua estrutura química. Divide-se
me classes, e as bactérias respondem diferentemente a cada classe: penicilinas, cefalosporinas,
carbapenemas, monobactâmicos
Ex2.: Inibidores de beta lactamases, que atuam sempre em combinação com os beta lactâmicos, pois não
possuem atividade antimicrobiana quando atuam sozinhos. Eles inibem a enzima bacteriana para que o beta
lactâmico possa atuar.
Ex3.: aminoglicosídeos, tetraciclinas, macrolídeos, etc.
Cada grupo apresenta uma estrutura química característica. De acordo com isso se dará a atuação do
antimicrobiano sobre um ou outro grupo de microorganismo.
Ex.: moléculas grandes, mais complexas como a rifampicina apresentam uma limitação, pois não conseguem atuar
sobre uma ampla gama de patógenos, pois elas encontram restrições para penetrar na membrana do patógeno. As
bactérias Gram – por exemplo estão “protegidas” de um antibiótico assim (como a rifampina) pois este nçao
conseguirá atravessar a membrana externa do Gram -. Por isso nem sempre uma compexidade do antimicrobiano
significa eficácia.
Mecanismo de ação dos antibióticos
1) Inibição da síntese da parede celular.
Possivelmente o principal alvo dos antimicrobianos, pois é uma etapa do metabolismo bacteriano que não
faz parte do metabolismo do hospedeiro. Assim a toxicidade seletiva desses antimicrobianos é alta. Por isso são
amplamente utilizados.
A síntese da parede celular envolve uma série de estapas, o que é interessante pois pode-se ter
antimicrobianos que atuem nas diferente etapas desse processo:
a) Produção, no citoplasma, dos monômeros da parede celular: N-acetil glicosamina e N-acetil murano.
b) Translocação dos monômeros através da membrana citoplasmática (do citoplasma em direção à parede
celular).
c) Monômeros recém-sintetizados são adicionados à parede celular existente, para que haja sempre
renovação da parede celular (ela não é trocada, ela é constantemente renovada).
Bacitracina: atua na fase inicial da formação da parede celular, inibindo o transporte dos precursores através da
membrana.
Glicopeptídeos:
- Inibição da polimerização da cadeia peptidoglicana. Inibe que os monômeros novos pré-formados sejam
polimerizados e adicionados à parede (eu entendi que eles agem impedindo que os monômeros se juntem).
→ Vancomicina; Teicoplanina
Beta-lactâmicos:
- Inibem as transpeptidases PBPs (Penicillin Binding Proteins) que catalizam a formação da ponte peptídica na
parede celular bacteriana, impedindo a junção de uma camada neoformada (monômeros polimerizados, isto é, uma
cadeia de monômeros, ou seja, um polímero) à parede pré-existente. Ocorre um acúmulo desses fragmentos da
parede celular (que não foram acrescidos à parede existente), induzindo o sistema de sinalização de morte celular
→ Penicilinas; Cefalosporinas; Monobactâmicos; Carbapenemas.
Sítio de ação
dos beta
lactâmicos
2) Inibição da síntese de ácidos nucleicos.
Neste caso diminui um pouco a toxicidade seletiva, uma vez que são processos realizados tanto pelas
bactérias quanto pelas células do hospedeiro, contudo, a toxicidade seletiva existe, uma vez que as enzimas
envolvidas na síntese de ácidos nucleicos das bactérias são diferentes das nossas enzimas.
Sítios principais: DNA girases e topoisomerases, isto é, as enzimas que promovem o desenovelamento e a
liberação da dupla fita de DNA, uma vez que sem isso a bactéria é incapaz de replicar seu DNA.
Quinolonas e Fluorquinolona (Ciprofloxacina, Levofloxacina):
- Inibem as enzimas DNA girase e topoisomerases. Não há replicação, leitura, transcrição nem tradução.
- Efetivo contra Gram positivos e Gram negativos, os dois principais grupos de bactérias. Espectro extendido de
ação.
Rifampicina:
- Inibe a transcrição, ou seja, a produção de RNAm. Interage com a subunidade β da RNA polimerase, bloqueando
a síntese de RNAm.
- Não é usada contra Gram negativas, pois sua complexidade a impede de atravessar a membrana dos Gram –
- Usada contra Gram positivos e no esquema de tratamento da tuberculose.
3) Inibição da síntese proteica
É o mesmo modelo do item anterior. A diferença básica consiste no ribossomo. A estrutura do ribossomo do
eucarioto é diferente do procarioto, indicando uma toxicidade seletiva.
Cloranfenicol:
- Interage com a subunidade 50S (23S rRNA) do ribossomo por afinidade química. Inibe ligação um aminoácido e
outro (impede a ligação ou ponte peptídica) impedindo a formação do peptídeo. Age contra Gram + e Gram – .
Macrolídeos (Eritromicina, Azitromicina), Lincosamidas (Clindamicina):
- Tem afinidade pela subunidade 50S do ribossomo, promovendo uma alteração conformacional nessa subunidade,
fazendo com que o RNAt seja liberado do ribossomo antes que seu aminoácido seja transeferido à cadeia peptídica.
Desta forma inibe a progressão da cadeia polipeptídica nascente. O RNAt chega ao ribossomo, mas antes que ele
transfira o seu aminoácido para o novo peptídeo que está sendo formado, ele é liberado.
- Efetivos conntra Gram + e Gram –, mas não a todos. Azitro e eritrocimina não costumam agir bem contra nãofermentadores, como P. aeruginosa, Acinetobacter. São mais eficazes contra Gram +.
Tetraciclinas
- São bacteriostáticas, isto é, não matam a bactéria, elas inibem o crescimento bacteriano. Por isso não devem ser
usadas em infecções graves.
- Tem afinidade pela subunidade 30S do ribossomo (16S rRNA), se ligam a ela, promovem uma mudança
conformacional e interferem na ligação do RNAt ao sítio aceptor. Essa ligação não tem grande afinidade e desta
forma se a tetraciclina for suspensa, for descontinuada, o RNAt volta a se ligar ao ribomosso, continuando a síntese
proteica. Por isso as tetraciclinas são bacteriostáticas e não devem se usadas contra infecções graves.
Aminoglicosídeos (Estreptomicina, Tobramicina, Gentamicina, Amicacina)
- Deve ser utilizado com cautela pelo seu efeito nefrotóxico.
- Interage com a subunidade 30S do ribossomo: interage com quatro bases do 16S rRNA e do sítio A na região de
reconhecimento codon-anticodon.
- Interfere com o reconhecimento específico do RNAt pelo RNAm durante a tradução no momento da translocação
do RNAt do sítio A para o sítio P. Desta forma a proteína poderá até ser formada, mas não terá função, pois a
sequência de aminoácidos não estará correta. Gera uma mutação na proteína. Logo, essa alteração é irreversível,
pois mesmo que o aminoglicosídeo seja retirado, a proteína com a sequência errada já foi formada e logo não
possui função.
- Eficazes contra Gram + e Gram –
4) Ação anti-metabólica
Inibição de alguma função do metabolismo do patógeno. Boa toxicidade seletiva uma vez que várias vias
metabólicas bacterianas serão diferentes das do hospedeiro.
Sulfonamidas e Trimetoprim
- São dois antimicrobianos atuando geralmente juntos.
- Atuam na mesma via metabólica: Via metabólica de produção do ácido fólico (O ácido fólico é importante para a
produção das bases nitrogenadas, sejam purina ou pirimidinas).
- Atuam por inibição competitiva de enzimas da via de síntese do ácido fólico. Isso quer dizer que sua ação é
dose-dependente: manutenção de altas concentrações séricas e nos tecidos garantem que o antibiótico “vença” a
competição.
- A sulfonamida compete com o PABA pelo sítio de ligação da enzima pteridina sintetase, que forma o precursor
do ácido dihidrofólico.
- O ácido dihidrofólico sofre ação de outra enzima que o transforma em ácido tetrafólico (ou ácido fólico). O
trimetoprim age nesta etapa.
- Agem contra Gram+ e Gram –. Nem sempre é interessante usar esse antimicrobiano pois se a dose tiver que ser
elevada por muito tempo pode ser que os efeitos adversos não compensem seu uso.
5) Alteração da atividade da membrana plasmática
Essa é a última opção de antimicrobianos, uma vez que as estruturas da membrana plasmática bacteriana e
do hospedeiro não possuem diferenças substanciais para que a toxicidade seja seletiva para os patógenos. Não há
garantia de eficácia com esses antimicrobianos. As células do hospedeiro podem ser destruídas também. Esses
antimicrobianos são utilizados quando todos os outros não surtiram efeito.
Lembrando, tem baixa toxicidade seletiva.
Polimixinas
- Afetam a integridade da membrana citoplasmática.
- Não atua contra Gram +, pois não consegue ultrapassar a expessa parede celular.
Daptomicina
- Lipopeptídeo cíclico que insere sua cauda na membrana celular, acarretando na despolarização da estrutura e
morte da célula: Possui uma cauda hidrofóbica que é capaz de se inserir na membrana citoplasmática da bactéria,
abrindo um poro, acabando com o controle osmótico da célula. Contudo essa cauda hidrofóbica não é seletiva,
podendo se inserir na membrana plasmática da célula do hospedeiro também.
Terapia Poli-antimicrobiana
Nem sempre associar antibióticos é melhor, nem sempre tem efeito superior à terapia com um
antimicrobiano. A terapia poli-antimicrobiana, isto é, o uso de mais de um antimicrobiano é eficaz apenas quando
há sinergismo entre os fármacos.
Para que se tenha sinergismo, a concentração dos antimicrobianos em questão será menor que o usual, com
efeito maior do que o alcançado quando usados separamente.
A terapia poli-antimicrobiana deve ser instituída quando a literatura comprova sinergismo entre os
fármacos. Pode ser que o uso conjugado de fármacos não tenha efeito maior e além disso, pode apresentar maior
toxicidade ao hospedeiro.
Ex. de sinergismo: sulfonamida + tripetropim.
Uma situação atípica é o tratamento ineficaz com todos antibióticos. Paciente hospitalizados que receberam
inúmeros tratamentos sem que haja sucesso, mesmo com a polimoxicina, podem ser tratados com terapia poliantimicrobiana, mesmo com antimicrobianos de classes distintas, mesmo não sendo seu uso conjugado descrito na
literatura.
Resistência Bacteriana aos Antimicrobianos
Resistência: ocorre quando um microrganismo é capaz de crescer in vitro na presença de concentração inibitória
que a droga atinge na sangue (Trabulsi, 1973).
Mesmo sendo o melhor conceito, apresenta uma série de limitações.
Conceito de Trabulsi é relativo, pois é definido pelas concentrações terapêuticas atingidas no sangue, sendo que
nem todas as infecções estão limitadas à circulação sanguínea.
Concentração sanguínea X concentração nos tecidos/líquidos orgânicos:
Ex1.: infecções pulmonares. Por mais que se aumente a concentração sérica do antimicrobiano, não se pode
assegurar a concentração no tecido pulmonar, que vai depender da perfusão pulmonar desse fármaco. Lança-se mão
então de formulações em aerossois. A concentração no tecido pulmonar será efetiva, sem que se aumente a
concentração sérica.
Ex2.: atravessar a BHE, que é extremamente seletiva. Isso muda em casos de meningite, onde a BHE fica um pouco
menos seltiva por conta do processo inefeccioso e inflamatório decorrente da meningite. Contudo, isso não vale
para todas as drogas.
Resistência aos antimicrobianos – rápido aparecimento
A resistência bacteriana aos fármacos aparece muito rapidamente. Em 1946, 14% das amostras de S. aureus
isoladas de pacientes hospitalizados eram resistentes a penicilina. Em 1950, a freqüência dessas amostras já atingia
49%.
O uso da estreptomicina se deu em 1947, no mesmo ano já foram identificadas cepas resistentes a esse fármaco.
Independente da complexidade e da eficicácia da droga, aparecerão cepas resistentes.
Resistência aos Antimicrobianos
1) Natural ou intrínseca
a) Faz parte das características próprias da espécie
Ex.: mycoplasma, que não tem parede celular, será naturalmente resistente a beta-lactâmicos, pois estes atuam
sobre a parede.
Ex2.: micobactérias, cuja estrutura da parede celular é totalmente diferente da estrutura de gram + e gram –, desta
forma também são resistentes a beta-lactâmicos
b) Genes cromossômicos codificam estruturas ou mecanismos que impedem a atuação do antimicrobiano
Ex.: Ausência de receptor: resistência de Mycoplasma spp. à -lactâmicos devido a ausência de parede celular
(receptor alvo-PBP);
Ex2.: Impermeabilidade à droga: resistência de Gram-negativos à penicilina G (não conseguem atravessar a
membrana externa dos Gram –)
Ex3.: polimixinas não conseguem atravessar as 40 camadas de peptidoglicanos da parede celular dos Gram+.
2) Adquirida
Quando uma população bacteriana, originalmente sensível, passa a exibir resistência a um determinado
antimicrobiano decorrente de mutação ou transferência de determinantes de resistência.
A resistência adquirida é muito importante, principalmente no hospital, onde há o convívio de várias
espécies diferentes de bactérias, sofrendo forte pressão seletiva dos antimicrobianos.
A bactéria adquire resistência através dos mecanismos básicos de transferência genética:
a) conjugação, passagem do plasmídeo de uma bactéria para outra, carreando os genes de resistência
b) transdução, quando o gene de resistência é carreado por um bacteriófago (vírus que infectam
bactérias), que passa o gene de uma bactéria para outra
c) transformação, que é a aquisição do material genético, pela bactéria, do próprio ambiente. São
bactérias que morrem, liberam seu conteúdo genético no meio ambiente e outras bactérias conseguem
pegar esses genes e inserí-lo no seu cromossomo, passando a ter determinada resistência.
Mecanismos de Resistência das Bactérias aos Antimicrobianos
1) Alteração da Permeabilidade Celular
Se o antimicrobiano precisa entrar na célula para exercer seu efeito, a primeira coisa que a bactéria pode
fazer é bloquear a entrada desse fármaco.
a) Proteínas modificadas alteram a permeabilidade da membrana, reduzindo a entrada do antimicrobiano na
célula → Alguns antimicrobianos, como vimos, tem estrutura bastante complexas, necessitando da presença de
canais para penetrarem nas bactérias. A bactéria pode alterar a estrutura desse canal, por exemplo, e isso já vai ser
suficiente para impedir a ligação do antimicrobiano ao canal.
Ex.: Porinas nas Gram –, por onde alguns antimicrobianos passam. A bactéria responde a isso alterando a
estrutura desses canais, alterando dessa forma a afinidade do animicrobiano pelas porinas. Também diminui a
quantidade dessas porinas.
b) Complexidade do sistema de membranas X Características da droga → A bactéria pode também alterar a
carga da sua membrana: aumenta a produção de determinado produto com carga positiva ou negativa, alterando o
potencial elétrico da membrana. Ou pode alterar equilíbrio entre lipo e hidrossolubilidade da membrana.
Ex.: Aminoglicosídeos geralmente apresentam carga negativa, logo, uma mudança na carga da membrana
plasmática, que tornando-a negativa, irá gerar repulsão desse antimicrobiano.
c) Modificar a quantidade de proteínas, inteferindo na ligação do antimicrobiano.
Ex.: diminui a quantidade de porinas. Diminui a entrada de íons e nutrientes, diminuindo seu metabolismo, o
que é ruim para a bactéria, mas isso também confere resistência à bactéria ao antimicrobiano, pois diminui a
penetração desse fármaco, o que é benéfico ao microrganismo.
2) Sistemas de Efluxo
Bombas de efluxo localizadas na membrana que expulsam ativamente o antimicrobiano, isto é, com gasto
de energia.
Esses canais não são desenvolvidos para expulsar exclusivamente os antimicrobianos; são desenvolvidos
para expulsar qualquer substância tóxica à bactéria. Esses canais não apresentam especificidade. Um único canal
expulsa todos antimicrobianos da mesma classe, como quinolonas. Em outros casos, um único canal pode expulsar
antimicrobianos de classes diferentes, de mais de uma classe, por exemplo, expulsam aminoglicosídeos e betalactâmicos → multirresistência.
3) Inativação Enzimática
Produção de enzimas que irão inativar o antimicrobiano.
Ex1.: Beta-lactâmicos: O encaixe desses antimicrobianos com a PBP depende da integridade desse anel betalactâmico na sua estrutura. A bactéria então produz a beta-lactamase, enzima que vai clivar o anel beta-lactâmico,
inativando o antimicrobiano. (enzima presente em várias Gram+ e Gram –).
Ex2.: Aminoglicosídeos → EMAs: Enzimas Modificadoras de Aminoglicosídeos (acetiltransferases,
adeniltransferases, fosfotransferases). Cada uma dessas enzimas atua num ponto específico do aminoglicosídeo,
alterando a estrutura química do antimicrobiano.
Ex3.: Cloranfenicol - Cloranfenicol acetiltransferase (CAT).
4) Modificação do Sítio Alvo
O sítio alvo do antimicrobiano sofre modificação. Dessa forma o antimicrobiano não reconhece seu alvo,
não se liga a ele, não podendo exercer sua função.
Ex1.: Beta-lactâmicos - Mutações nos genes que codificam as PBPs: Produção de PBP com estrutura
modificada, não apresentando sítio de ligação ao antimicrobiano, logo este não irá se ligar, não exercendo sua
função.
Ex2.: Rifampicina: Mutações no gene que codifica a subunidade β da RNA polimerase, assim a rifampicina
não reconhece , e não bloqueia, mais essa enzima.
Ex3.: Fluorquinolonas: Mutações nas proteínas DNA girase e Topoisomerase IV.
5) Modificação do Sítio Alvo
Mesmo exemplo anterior das PBPs: produz a mesma quantidade de PBPs, contudo modificadas. Assim o
antimicrobiano não terá afinidade por essas novas proteínas, não terá afinidade pelo alvo, não exercendo seu efeito,
tornando-se a bactéria resistente.
4) Superprodução do alvo
Representa um grande gasto de energia para a bactéria, não sendo portanto mecanismo principal de
resistência.
Exemplo: Beta-lactâmicos que atuam sobre as PBPs → a bactéria aumenta a produção de PBPs espalha
grande quantidade de PBPs por toda a membrana plasmática. A concentração necessária do antimicrobiano para
bloquear as PBPs, para ser efetivo, vai ser muito maior. Tão maior que a será tóxica para o hospedeiro, sendo então
os efeitos adversos mais importantes do que os efeitos benéficos alcançados pelo antimicrobiano. Então, quando
houver a superprodução do alvo daquele antimicrobiano, não vale mais a pena utilizá-lo.
Ex2.: Via metabólica do ácido fólico → a bactéria aumenta a produção de PABA, que vai “ganhar” a competição
contra a sulfonamida, uma vez que esse antimicrobiano exerce uma inibição competitiva.
6) Vias Metabólicas Alternativas
A bactéria produz novas enzimas que vão atuar sobre os substratos da via metabólica para manter a reação
funcionando, produzindo os produtos necessários para sua sobrevivência.
Exemplo: criar uma via alternativa para produção do ácido fólico, com enzimas diferentes, que não serão
bloqueadas pelo trimetoprim nem pela sulfonamida. Contudo esse mecanismo de resistência é é bastante custoso
para a bactéria, dificilmente sendo visto na prática.
Mutação na dihidrofolato-sintetase, resultando na menor afinidade pelas sulfanamidas.
Mutação na dihidrofolato redutase, resultando na redução da afinidade pelo trimetoprim.
 Como se dá o aparecimento tão rápido dessa resistência aos antimirobianos?
Pressão Seletiva
* Uso abusivo de antimicrobiano (principal pressão seletiva)
* Dosagens “sub-terapêuticas”
* Auto-medicação
* Uso de antimicrobianos em animais (terapêutico, profilático e promotores de crescimento)
* Uso de antimicrobianos na preservação de alimentos