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Antimicrobianos - São substâncias produzidas por microrganismos ou por síntese química (parcial ou total) que inibem o crescimento de outros microrganismos. • Microrganismos produtores - Podem ser bactérias ou fungos. - Esses microrganismos produzem essas substâncias para eliminar outros microrganismos quem podem ser competidores de recursos. - Basicamente, só são produzidos na fase estacionária, quando há estressem ambiental e as células se encontram ameaçadas. - Esses antimicrobianos podem ser produzidos também de maneira industrial. Porém é muito mais complexo. É mais vantajoso obter a partir da cultura dos microrganismos. • Propriedades desejáveis dos antimicrobianos ➢ Toxicidade seletiva - O composto deve causar a morte ou inibir o crescimento do microrganismo, mas não afetar o hospedeiro. - Para isso, deve agir em estruturas ou vias metabólicas exclusivas do microrganismo. - Assim, é mais fácil encontrar substâncias antibacteriana que tenham toxicidade seletiva do que outros antimicrobianos, devido às diferenças com as células humanas. ➢ Microbicida x microbiostático - O microbicida mata o microrganismo, enquanto o microbiostático inibe o seu crescimento. - O microbicida seria mais vantajoso, pois ao retirar o microbiostático, o microrganismo volta a crescer. - O microbiostático pode ser usado para facilitar a ação do sistema imune. Conforme os microrganismos deixam de crescer, isso facilita a ação das células de defesa. - Porém, é necessário saber se o sistema imune do paciente está funcionando normalmente. Não é indicado para pacientes imunodeprimidos. - Além disso, os microbiostáticos podem ser uma alternativa para os casos em que a bactéria apresenta resistência aos microbicidas. ➢ Amplo espectro de ação (bactérias gram positivas e gram negativas) - É a ampla variedade de microrganismos sobre os quais o antimicrobiano tem ação. - Esse aspecto tem um lado positivo, pois a substância pode agir em diferentes tipos de microrganismos. - Entretanto, o lado negativo é o fato de que essas substâncias podem agir sobre os microrganismos da microbiota humana, causando distúrbios. - Atualmente, não se recomenda tanto o uso de antimicrobianos de amplo espectro. ➢ Poucos efeitos colaterais ao hospedeiro - Quando um composto se liga a algum órgão e se acumula, pode causar efeitos indesejados. - Quanto menos efeitos colaterais o antimicrobiano tiver, melhor. ➢ Eficaz em baixa concentração ➢ Atividade em diversos fluidos corporais/órgãos ➢ Absorção por via oral - Facilita a administração do antimicrobiano. ➢ Custo baixo e fácil produção ➢ Não-alergênico ➢ Não susceptível à resistência microbiana • Seleção do antimicrobiano apropriado (com toxicidade seletiva) - Baseado nas propriedades desejáveis, existem alguns critérios para a escolha do antimicrobiano a ser utilizado no tratamento da infecção. 1. Susceptibilidade do patógeno 2. Efeitos colaterais (hospedeiro e microbiota) 3. Capacidade de alcançar o sítio da infecção em concentração adequada 4. Espectro de ação (Gram positivas e Gram negativas) 5. Ação bactericida ou bacteriostática (de acordo com o estado imunológico) - Caso não haja efeito do antimicrobiano em 48h, é necessário realizar a troca da substância. • Métodos para avaliação da susceptibilidade dos patógenos aos antimicrobianos 1. Antibiograma: meio de cultura sólido + bactéria + discos contendo diferentes antimicrobianos. 2. CMI: concentração mínima inibitória, utilizada para determinar a concentração mínima da substancia para inibir o crescimento do microrganismo. 3. CMB: concentração mínima bactericida, usada para determinar a concentração mínima da substância para causar a morte dos microrganismos. - Esses testes são feitos da seguinte forma: Tubos com a mesma quantidade de meio de cultura e de células recebem diferentes concentrações de antimicrobiano. Após, é feita uma análise da turbidez para avaliar o crescimento dos microrganismos. O tubo com turbidez baixa é transferido para um meio de cultura sólido, para verificar se ocorre o crescimento. • Mecanismos de ação dos antimicrobianos - Síntese da parede celular - Função da membrana plasmática - Reações enzimáticas centrais do metabolismo - Síntese de proteínas - Estrutura e funcionamento dos ácidos nucleicos - Todos os antimicrobianos se encaixam em um desses mecanismos. • Inibidores da síntese da parede celular - A parede celular é importante para resistência à pressão osmótica. - É um bactericida para as células em divisão, já que a peptidoglicana só é sintetizada na divisão celular. - Com toxicidade seletiva, já que a peptidoglicana é exclusiva de bactérias. 1) Beta-lactâmicos - Penicilinas, cefalosporinas - Mecanismo de ação: o anel beta-lactâmico presente em sua estrutura apresenta analogia estrutural com o dímero D-alanil-D-alanina. - Portanto, os beta-lactâmicos substituem o dímero D-alanil-D-alanina nas reações enzimáticas das quais esse dímero participa. - Mais especificamente, o alvo desses antimicrobianos é a enzima transpeptidase, que reconhece esses dímeros e forma as ligações cruzadas. - Como os anéis beta-lactâmicos se ligam aos sítios ativos das transpeptidases, não ocorre a formação das ligações cruzadas. - Dessa forma, as células se tornam suscetíveis à pressão osmótica e ocorre lise nas células em divisão. - Mecanismo: impedir a formação das ligações cruzadas durante a síntese da peptidoglicana. Mecanismo de resistência a beta-lactâmicos - Inativação do antibiótico: enzimas beta- lactamases produzidas pela bactéria, que atuam sobre os beta-lactâmicos. - Em Gram positivas, são enzimas extracelulares - Em Gram negativas, são enzimas localizadas no periplasma, portanto em quantidades limitadas. - Possibilidade de contornar essa resistência: associação do beta- lactâmico com um inibidor de beta- lactamase (ácido clavulânico) - Alteração do sítio-alvo: produção de transpeptidase com maior afinidade pelo dímero D-alanil-D-alanina e menor afinidade pelo antibiótico. - Bloqueio da entrada do antimicrobiano na célula. Em Gram negativas, a presença da membrana externa pode impedir a entrada dessas substâncias. Variedade estrutural dos beta-lactâmicos - Apesar dos mecanismos de resistência, ainda é possível utilizar os beta-lactâmicos pela variedade estrutural desses antimicrobianos. - Penicilinas naturais: são obtidas do sobrenadante de cultura dos fungos produtores dessas substâncias. - Penicilina G: só para Gram positivas; via intravenosa (suco gástrico); sensível a beta-lactamase - Penicilina V: só para Gram positivas; pode ser usada por via oral; sensível à beta-lactamase. - Penicilinas semi-sintéticas: produzidas a partir da modificação das penicilinas naturais para evitar mecanismos de resistência. Ex.: penicilina G é obtida de fungos e tem parte da sua estrutura hidrolisada para ser substituída por outro radical. Penicilinas semi-sintéticas a) Penicilinas resistentes à beta-lactamase - Meticilina - Eficaz apenas contra Gram positivas. - Sua estrutura proporciona o impedimento da ação das beta- lactamases. - Staphylococcus aureus apresentam cepas resistentes à meticilina (MRSA). b) Penicilinas de amplo espectro (Gram positivas e Gram negativas) - Ampicilina e amoxicilina - São utilizadas em associação com o ácido clavulânico, pois são sensíveis à beta-lactamase. - O diferencial dessas penicilinas é que conseguem atuar também nas Gram negativas, já que conseguem passar na membrana externa. c) Penicilinas anti-Pseudomonas - Carbenicilina - Apresentam maior espectro de ação, atuando inclusivecontra pseudomonas. - Conseguem passar por porinas da membrana externa. - São sensíveis à beta-lactamases. 2) Cicloserina - É um análogo estrutural da D-alanina. - O seu alvo são enzimas que utilizam a D- alanina como substrato: alanina racemase e D- alanil-Dalanina sintetase. - A alanina racemase converte a L-alanina em D-alanina. - D-alanil-D-alanina sintetase realiza a síntese do dímero D-alanil-D-alanina. - Dessa forma, ao se ligar ao sítio ativo dessas enzimas, a cicloserina impede a síntese do dímero. Assim, não ocorre a síntese da peptidoglicana. - Mecanismo de resistência: produção de grande quantidade das enzimas. - Efeitos colaterais: tóxico ao SNC. 3) Vancomicina - É um glicopeptídeo que se liga irreversivelmente ao dímero D-alanil-D-alanina da peptidoglicana, bloqueando a formação das ligações cruzadas. - Também impede a transglicosilação: ligação dos carboidratos, e dessa forma impede a adição de novas subunidades de peptidoglicana. Isso ocorre, pois a sua estrutura é muito grande e impede essas ligações. - Funciona apenas para Gram positivas, já que não consegue passar por porinas da membrana externa. Foi muito utilizada para MRSA e enterococcus, causadoras de infecções hospitalares. No entanto, mecanismos de resistência que surgiram criaram limitações ao seu uso. - Resistência: bactérias que não produzem o dímero, mas sintetizam o tetrapeptídeo. - Efeitos colaterais: falência renal. 4) Bacitracina - É um polipeptídeo. - Alvo: ligação ao pirofosfato do bactoprenol- PP. - O bactoprenol-PP é um lipídeo de membrana, que precisa perder o fosfato adicional para que que retorne à forma de bactoprenol-fosfato. - A enzima que realiza esse processo é a pirofosfatase. As bacitracinas se ligam ao pirofosfato e inibem a ação dessa enzima. - Sem esse lipídeo, não ocorre o transporte de novas unidades de peptidoglicana para o meio extracelular. - É utilizada em pomadas, geralmente para Gram positivas. 5) Inibidores da síntese da parede celular fúngica – equinocandinas - Parede celular de fungos conferem resistência à pressão osmóstica. - Portanto, as equinocandinas são fungicidas em células em divisão. - Apresenta toxicidade seletiva, já que humanos não têm parede celular. • Inibidores da função da membrana plasmática - A membrana é uma estrutura essencial. - A ação dos antimicrobianos é independente da divisão celular. - Têm baixa toxicidade seletiva: semelhanças com a membrana de eucariotos. 1) Polimixinas - São polipeptídeos com diaminobutírico (DAB) e ácido graxo. - Se inserem na membrana plasmática e alteram a estrutura e as propriedades da membrana. 2) Poliênicos - Se ligam ao ergosterol e formam poros na membrana. - Usados para fungos, protozoários e Mycoplasma. - Apresentam possível ligação ao colesterol. 3) Imidazóis - Bloqueiam a síntese de ergosterol. - Ativos contra fungos e protozoários. - Apresenta, toxicidade seletiva: os humanos obtêm o colesterol da alimentação. • Inibidores de reações enzimáticas centrais do metabolismo 1) Sulfas - São análogos estruturais do ácido p-amino benzóico (PABA), que é componente do ácido fólico. - O PABA é substrato de uma enzima, que acaba por se ligar às sulfas, sendo inibida. - O ácido fólico participa da síntese de vitaminas, purinas e aminoácidos. - Esse antimicrobiano apresenta ação bacteriostática, já que se for retirado, a bactéria volta a crescer. - Apresenta toxicidade seletiva, pois o homem obtém ácido fólico da dieta. Além disso, bactérias têm a membrana impermeável ao ácido fólico. - Mecanismos de resistência: - Bactérias com membrana permeável ao ácido fólico. - Síntese da enzima alvo do antimicrobiano com maior afinidade por PABA do que por sulfas. - É muito comum fazer associação das sulfas com trimetoprim. Essa substância é análoga estrutural de um outro componente presente na via de síntese do ácido fólico. Dessa forma, seria capaz de inibir a ação de outra enzima da via e causar a potencialização do efeito dos dois compostos. 2) Isoniazida - Bacteriostático. - Três mecanismos de ação. - 1º - Interrupção da síntese de ácido micólico: usado para o tratamento de infecções por micobactérias. O ácido micólico torna a superfície da bactéria hidrofóbica, impedindo a passagem de antimicrobianos. Dessa forma, para tratamento de infecções por micobactérias, é necessário usar mais de um antimicrobiano, sendo um deles para interromper a síntese do ácido micólico. Devido a sua analogia estrutural com a nicotinamida e a vitamina B6 confere outros mecanismos de ação: - 2º - Ação sobre a enzima NADase: devido a analogia estrutural com a nicotinamida (NAD). A enzima NADase degrada o excesso de NAD nas células. Normalmente a NADase é ligada a uma proteína repressora. A isoniazida rompe essa ligação e provoca degradação de todo o NAD e a célula deixa de obter energia. Toxicidade seletiva: NADase do homem fica na membrana mitocondrial interna, que é impermeável à isoniazida. - 3º - Ação sobre transaminases - A isoniazida é análoga estrutural da vitamina B6, que é necessária para o funcionamento das transaminases. Dessa forma, a isoniazida pode se ligar às transaminases e impedir a síntese de aminoácidos. Não há toxicidade seletiva. É necessário administrar grande quantidade de vitamina B6 para evitar esse mecanismo no homem. • Inibidores da síntese de proteínas 1) Aminoglicosídeos - Atuam sobre a proteína S12 da subunidade 30s do ribossomo procarioto. Causa deformação do ribossomo e interrupção da síntese proteica. - Apresentam toxicidade seletiva, pois o ribossomo do homem apresenta subunidade menor 40s com proteínas distintas. A mitocôndria que apresenta ribossomo com subunidade 30s é impermeável a esse antimicrobiano. - Mecanismo de resistência: fosforilação, adenilação ou acetilação do antimicrobiano, o que impede sua ligação à proteína do ribossomo. Ou podem impedir a entrada desse antimicrobiano na célula pela ausência de uma proteína na membrana que permita sua entrada. 2) Tetraciclinas - Atuam sobre as proteínas S4. S14 e S18 da subunidade 30s do ribossomo. - Bloqueiam a ligação do aminoacil-RNAt ao ribossomo. Ocorre interrupção do alongamento da cadeia. - Toxicidade seletiva: - Homem: subunidade 40S com proteínas distintas - Mitocôndria impermeável - Mecanismos de resistência: - Produção de proteínas ribossomais distintas - Bloqueio da entrada do antibiótico na célula - Efluxo do antibiótico por antiporte. 3) Cloranfenicol - Atua sobre a proteína L16 da subunidade 50s do ribossomo. Essa proteína é a peptidil- transferase, que muda a cadeia de aminoácidos que está sendo sintetizada de um sítio para outro. - Assim, ocorre interrupção da síntese proteica. - Não há toxicidade seletiva, pois o antimicrobiano consegue entrar na mitocôndria, interrompendo a síntese de hemeproteínas (envolvidas na respiração celular). - Resistência: acetilação do antibiótico. 4) Eritromicina - Atua sobre a proteína L15 da subunidade 50s. Impede a fixação do RNAt ao ribossomo e interrompe a translocação do ribossomo pelo RNAm. - Apresenta toxicidade seletiva: - Homem: subunidade 60S com proteínas distintas - Mitocôndria impermeável - Mecanismo de resistência: alterações na estrutura da subunidade 50S. 5) Linezolid - Se liga ao RNAr 23s da subunidade 50s. Interrompe a síntese de proteínas. - É ativo contra MRSA e enterococos resistentes à vancomicina. - A venda é restrita para retardar a seleção de resistência. • Inibidores da função de ácidos nucleicos 1) Rifamicinas - Atua sobre a subunidade Beta da RNA polimerase. Interrompe a síntese de RNAe por consequência, a síntese de proteínas. - Apresenta toxicidade seletiva: - Homem: RNA polimerase com composição distinta - Mitocôndrias impermeáveis ao antibiótico - Mecanismo de resistência → produção de RNA polimerase distinta 2) Quinolonas - Atua sobre a subunidade A da DNA girase. Sem o desenrolamento do DNA, não há transcrição nem replicação do DNA. - Apresenta toxicidade seletiva: topoisomerase com composição distinta. - Mecanismo de resistência → modificações na DNA girase 3) Novobiocina - Atua sobre a subunidade B da DNA girase. - Apresenta toxicidade seletiva: topoisomerase com composição distinta. - Mecanismo de resistência → modificações na DNA girase 4) Nitro-imidazóis - Metronidazol: ligação à ferredoxina da cadeia transportadora de elétrons de bactérias anaeróbias e protozoários anaeróbios. - Ocorre transferência de elétrons para o grupo nitro do metronidazol. Provoca a formação de radicais livres, que causam ionização do DNA, alteração da conformação e interrupção da replicação e transcrição. - Toxicidade seletiva: - Homem: metabolismo aeróbio → sem ferredoxina