Tema 11 - Resistència plasmídica als antibiòtics (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Biologia Molecular Procariotes
Año del apunte 2014
Páginas 15
Fecha de subida 26/12/2014
Descargas 14
Subido por

Vista previa del texto

BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 TEMA 11 – Resistencia plasmídica als antibiò tics INTRODUCCIÓ 15/12/14 Diferència entre antimicrobià i antibiòtic: - - Els antibiòtics són substàncies químiques produïdes per un microorganisme que maten o inhibeixen el creixement d’altres microorganismes.
Els antimicrobians són substàncies químiques que maten o inhibeixen el creixement dels microorganismes (poden ser sintètics).
TAULA – Principals microorganismes capaços de generar antibiòtics.
ANTIMICROBIANS – Un bactericida és aquell que mata les cèl·lules i un bacteriostàtic és aquell que sense matar-les inhibeix el creixement.
115 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 MECANISMES D’ACCIÓ ESPECÍFICA D’ANTIBIÒTICS On actuen els antibiòtics? Tenim antibiòtics que actuen a nivell de replicació, actuen impedint que la cèl·lula s’arribi a dividir (inhibeixen la DNA girasa, la DNA polimerasa, etc.); a nivell de transcripció (sobretot a nivell de la RNA polimerasa); a nivell de traducció (dianes sobre els ribosomes, bloquejant la síntesi de les subunitats o de l’assemblatge); a nivell de paret (debiliten, degraden o eviten la seva síntesi per fer les cèl·lules més sensibles a l’entorn – la majoria són antibiòtics bacteriolítics (bactericides)). Altres generen porus a les parets, com les holines que generen canals a través dels quals la cèl·lula perd contingut, es donen descàrregues. Per últim, hi ha una família d’antibiòtics (antimicrobians) que bloqueja alguna ruta metabòlica a nivell enzimàtic que sigui essencial per la cèl·lula. Per exemple, el trimetoprim.
INHIBICIÓ DE LA REPLICACIÓ EX: Quinolones i Fluoroquinolones (actuen a nivell de la DNA girasa) – Àcid Nalidíxic, Ciprofloxacin, Levofloxacin, Trovafloxacin ...
116 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 INHIBICIÓ DE LA TRANSCRIPCIÓ EX: Rifampicina (actua a nivell de la RNA polimerasa).
INHIBICIÓ DE LA TRADUCCIÓ Poden actuar a diferents punts del ribosoma. EX: Aminoglicòsids – estreptomicina, espectinomicina, kanamicina, eritromicina; Chloramphenicol; Tetracycline.
117 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 INHIBICIÓ DE LA SÍNTESI DE PARET β-lactàmics (ampicil·lina, penicil·lines...) o glycopeptides (vancomicina).
ALTERACIÓ D’ENVOLTES Polimixina B – Alteració de la paret bacteriana dels gram-negatius. Fan evaginacions de la membrana interna que al final s’emporten tota la paret.
INHIBICIÓ DE RUTES METABÒLIQUES Trimetoprim – inhibició de la síntesi de paraminobenzoic o de purines.
Sulfamethoxazole, sulfadiazine, sulfacetamida... – eviten l’assemblatge del ribosoma. Les sulfamides van ser els primers antimicrobians utilitzats però són molts tòxics. Ara s’usen molt a nivell tòpic (cremes per infeccions).
El linezolid actua impedint la formació del complex de la síntesi proteica.
118 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 APARICIÓ DE RESISTÈNCIES La presència d’antibiòtics ha fet que clarament les malalties infeccioses disminueixen la mortalitat, almenys en països desenvolupats. Però sempre acaben apareixent microorganismes resistents pel mal ús dels antibiòtics (abús), per mutacions, etc.
La penicil·lina es va implantar (comercialitzar massivament en la guerra) el 1943, però des del 1940 ja s’havien detectat microorganismes resistents a ella. L’estreptomicina es va implantar el 1947 i el mateix any ja van aparèixer microorganismes resistents a ella. El linezolid era un dels antibiòtics d’última generació (2000) i tothom creia que seria impossible trobar microorganismes resistents, però abans de la seva implantació ja n’existien. Aquest és un dels motius que s’hagi deixat d’investigar en la recerca de nous elements antimicrobians, ja que a la que en descobreixes un surten resistents.
MECANISMES DE RESISTÈNCIA Per què apareixen aquestes resistències? Les poden agrupar en famílies (generalitzant): - - - - Canvi de la diana – modifiquen la diana d’acció de l’antibiòtic. Si l’antibiòtic reconeix el meu ribosoma i el modifico una mica, em torno resistent, tot i que la fitness respecte la soca original disminuirà.
Impermeabilitat de la paret disminuïda – quest antibiòtic no podrà penetrar fins arribar a la diana. Aquí la fitness respecte la soca original també disminuirà – si ets molt impermeable, com a bacteri no existeixes (no intercanvia res amb l’exterior, no es pot nodrir).
Bombes de reflux – de forma activa (gastant energia) el microorganisme, per un sistema de transport, tal qual entra l’antibiòtic, el fa fora. També afecta la fitness ja que està gastant energia. Pot ser específica o inespecífica.
Enzim que inactiva l’antibiòtic – algun sistema reconeix l’antibiòtic i el degrada o modifica inactivant-lo.
119 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 Quin és l’origen de les resistències antibiòtiques? Per mutacions preexistents, per transferència horitzontal (ET) que a la vegada venen de mutacions (en algun moment s’han d’haver generat).
RESISTÈNCIA INTRÍNSECA – Because yes - El bacteri no té la molècula/reacció enzimàtica que és el blanc de l’antibiòtic (la diana està modificada).
L’antibiòtic no pot entrar a l’interior del bacteri o aquest presenta els mecanismes de resistència de manera natural (algun enzim els reconeix i els treu).
És espècie específica i gènere específica.
En el moment que un microorganismes adquireix un gen, el podrà transferir via vertical.
120 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 RESISTÈNCIA ADQUIRIDA – Pressió selectiva - Deguda a l’adquisició dels gens que permeten la resistència (element mòbil, transferència horitzontal).
Deguda a la mutació d’alguns gens propis.
És una propietat específica de cada soca.
S’adquireixen els mecanismes actius en contra dels antibiòtics. Per transferència horitzontal s’acaben rebent enzims que degraden antibiòtics o mecanismes que de forma activa combaten la presència de l’antibiòtic. Les mutacions són difícils de transmetre verticalment.
En el moment en què apareixen resistències, la selecció natural el fa sobreviure als no resistents.
121 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 CANVIS DE DIANA - - - L’estreptomicina afecta el ribosoma. Si canviem el ribosoma, caquita per l’antibiòtic.
Els β-lactàmics actuen a nivell de paret. Si fem la paret més gruixuda, els β-lactàmics no lisaran la paret. Canvis (mutacions) en les PBP (Penicillin Binding Proteins) disminueixen la seva afinitat.
Ampicil·lina: L’eritromicina afecta el ribosoma. La presència d’una rRNA metilasa introdueix 2 grups metil en 2 adenines del rRNA de 23S. Eritromicina: La rifampicina afecta la síntesi de RNA. Hi ha una mutació puntual en la subunitat  de la RNA polimerasa.
L’àcid nalidíxic i la ciprofloxacina afecten la síntesi de DNA. Hi ha una mutació puntual en la subunitat A de la DNA girasa.
Àcid nalidíxic: INACTIVACIÓ DE L’ANTIBIÒTIC Com s’adquireix resistència al cloramfenicol? Hi ha bacteris que han adquirit una CAT (cloramfenicol acetil transferasa) – és un enzim que acetila afegeix acetils al cloramfenicol. Amb aquests acetils, el cloramfenicol s’inactiva i no s’uneix al ribosoma.
Com s’adquireix resistència als aminoglucòsids? Hi ha bacteris que han adquirit modificadors que afegeixen acetils i ara la molècula és massa gran i no pot passar pels porus (“permear”) de la paret i no pot actuar.
Tenim tres tipus de modificadors d’aminoglucòsids: - N-acetil transferases (AcCoA) O-adeniltransferases (ATP) O-fosfotransferasa (ATP) 122 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 Aquests mecanismes de resistència són dosi-dependents – com depenen d’una activitat enzimàtica, a més concentració antibiòtica, més acetils es produeixen, més resistents (tindran més acetils per bloquejar). Al final s’arriba a una saturació i l’antibiòtic pot acabar entrant.
Altres mecanismes com les mutacions puntuals en RNA polimerases no són dosi dependents; o ets resistent o no ets resistent. Si has canviat la diana, no interacciona amb l’antibiòtic independentment de la concentració de l’antibiòtic.
En la imatge, Ac és acetilació; P és fosforilació; Ade és adenilació.
La modificació química normalment limita l’entrada de l’antibiòtic al citoplasma.
Com s’adquireix resistència als β-lactàmics? Les β-lactamases són de les resistències més extenses, tallen els anells que tenen els β-lactàmics (antibiòtics que tenen un anell quadradet).
Molts microorganismes tenen β-lactamases. De fet, moltes vegades, antibiòtics com l’amoxicil·lina porten l’àcid l’àcid clavulànic (O CLAMULAMIC) que enganyen les resistències, ja que no serveix per res (no mata) però té un anell β-lactàmic i com les β-lactamases no ho distingeixen, trenquen l’anell de l’àcid mentre l’antibiòtic fa efecte.
123 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 DISMINUCIÓ DE LA DISPONIBILITAT INTRACEL·LULA DE L’ANTIBIÒTIC CROMOSÒMICA CANVIS EN LA PERMEABILITAT Mutacions en els gens estructurals de paret (purines, peptidoglicans, gruix de la paret..) i això pot arribar a tenir conseqüències negatives per la cèl·lula.
BOMBES D’EFFLUX Les bombes d’efflux donen multiresistències, ja que algunes són especifiques però algunes eliminen tot el que tingui una determinada mida. Els microorganismes que adquireixin un gen que codifiqui per aquest tipus de bombes esdevenen resistents a molts tipus d’antibiòtics.
Les bombes d’efflux cromosòmiques es poden modificar per treure antibiòtics. Una cèl·lula normal d’E. coli pot tenir bombes d’efflux que eliminen compostos tòxics de la cèl·lula.
Aquestes el que fan simplement és eliminar el que toca quan toca (quan detecten el solvent pel qual estaven pensades, l’eliminen). Però desregulacions en el procés de generació de les bombes que provoquin la sobreproducció quan no toca poden fer que aquestes bombes reconeguin antibiòtics i els expulsin a l’exterior.
És a dir, els sistemes de bombeig normals estan regulats, i només els activen en presència de certs soluts pels quals estan dissenyades. Però algunes mutacions els poden desregular i llavors actuen de forma constitutiva (no reconeixen específicament) i poden donar lloc a resistències antibiòtics.
124 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 Per exemple. Tenim un aïllat clínic, una soca clínica que és resistent a vàries coses. Sabem que és possible que derivi de AG100 o de AG102 que són dues soques de laboratori. Sabem que AG102 resisteix nivells molt més baixos d’antibiòtics. Només mutant un gen de la soca 102 elevem la capacitat de resistència a tots els compostos, obtenint la soca clínica.
En aquest cas, el gen mutat és el gen marR, que és el gen que controla la bomba d’efflux. És un repressor transcripcional que bloqueja l’acció de marA. És a dir, té un control negatiu sobre l’activador marA que de normal incrementa la síntesi de la bomba d’efflux. Per tant una única mutació pot donar lloc a múltiples resistències, ja que només estem eliminant el regulador negatiu i hem incrementant l’expressió de marA.
PLASMÍDICA BOMBES D’EFFLUX – Resistències a tetraciclina Les bombes resistents a tetraciclina s’ajusten a elles mateixes, ja que només es produeix quan es detecta tetraciclina en la cèl·lula. Són un mecanisme de transport actiu que expulsa l’antibiòtic de forma dependent d’energia.
La bomba de tetraciclina va traient fora tetraciclina. Una bomba involucra moltes proteïnes. Una d’elles, tetR exerceix un control negatiu per inducció en el qual la tetraciclina fa d’inductor, de manera que si no hi ha tetraciclina la bomba queda silenciada. Això ajusta els problemes de fitness dels quals parlàvem.
Per una banda per tant tenim les mutacions que fan que bombes normals acabin emportant-se antibiòtics i per altra banda tenim bombes que només s’emporten antibiòtics.
125 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 Control negatiu per inducció en el que la tetraciclina fa d’inductor.
VARIACIÓ DE RUTES METABÒLIQUES Són mecanismes equivalents als canvis de diana, però en aquest cas canviem la ruta metabòlica. Com es fan resistents? Obtenint rutes metabòliques alternatives (vehiculant la síntesi a través d’una ruta diferent) o modificant enzims.
EX: Sulfamides i Trimetroprim 126 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 RESUM DELS MECANISMES DE RESISTÈNCIA MECANISMES D’ADQUISICIÓ I DISPERSIÓ La taxa de mutagènesi és la que és, però a més sabem que els microorganismes tenen mecanismes que permeten la transmissió horitzontal de material genètic cosa que afavoreix l’increment de resistències i més quan hi ha pressió selectiva. Es transmetran o bé per transformació o bé per conjugació i per transducció. Així s’adquireixen les característiques més favorables.
ERA DELS ANTIBIÒTICS Quan no hi havia antibiòtics, la gent moria. Poc a poc es van anar descobrint antibiòtics. Als anys 60 es dóna una entrada massiva d’antibiòtics. Actualment, quasi tots els bacteris són resistents als primers antibiòtics com la penicil·lina.
127 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 MAPES MICROBIOLÒGICS Quan un metge et diu que si no et serveix un antibiòtic tornis no t’ho diu per la teva salut, sinó perquè podran aïllar un cultiu de bacteris resistents.
En l’exemple de Pseudomona aeruginosa, es donava amikacina o gentamicina perquè eren amb alta probabilitat sensibles a aquests. Però al cap d’un any, la majoria de Pseudomones que arriben són resistents a aquests dos. Per què? Per pressió selectiva – s’han anat transmetent a la població les Pseudomones que hagin esdevingut resistents als dos antibiòtics esmentats. Llavors tiren de nous antibiòtics, però l’any 2005 tornarà a passar el mateix, i així hasta morir.
El problema és que en el moment que apareix una resistència antibiòtica, queda guardada en el reservori, i llavors tornar-los a fer servir encara que sigui al cap de molts anys no serviria de gran cosa.
Mapes de multiresistències L’any 2009 la OMS declara les resistències antibiòtiques com una de les 3 causes que amenaça la salut mundial. L’any 2011 es declara un dia (18N) com a dia mundial de la resistència antibiòtica.
Mapa caòtic – les concentracions subliminals d’antibiòtic (que va passant entre organismes) és la principal causa a gran escala de l’aparició de resistències.
En els rius catalans la substancia majoritària és l’ibuprofè. Això vol dir que si mengem peix, ens estem fotent ibuprofè.
128 BIOLOGIA MOLECULAR PROCARIOTES PARCIAL 2 129 ...