Istorijat antimikrobne terapije Sumeri (500 p.n.e) su davali pacijentima supu od piva u koju su stavljali kožu zmije i nastrugan oklop kornjače. Vavilonci su koristili mast napravljenu od žuči žabe i kiselog mleka Stari Egipćani, Kinezi i indijanska plemena Centralne Amerike su koristili plesni za tretman inficiranih rana. Prvi recepti za tretiranje infekcija su nadjeni kod Egipćana oko 1.550 p.n.e označenih kao "myrrh," "byt, i "ftt,, što je bilo mešavina sala, meda i paperja za prekrivanje rana. Prof. dr Ljubiša TPISIRVIĆ Najraniji podaci o korišćenju biljaka u terapeutske svrhe od strane čoveka potiču od Neandretalaca (živeli pre 50.000 godina). Period Ι (od 1600. do 1900. godine), karakterisao se korišćenjem ekstrakata kininovog drveta da bi se uspešno lečila malarija. Godine 162., prvi put je kora kininovog drveta doneta iz Perua u Evropu. Aktivna komponenta kininovog drveta kinin, izolovana je 1820. godine. U ovom periodu, izolovan je i alkaloid emetin (1871. godine), za koga je pokazano da je efikasan agens protiv amebne dizenterije. Godina otkrića i poreklo nekih antibiotika Antibiotik Godina otkrića Mikroorganizam proizvođač Penicilin 1929 Penicillium notarum 1944 Streptomyces griseus Bacitracin 1945 Bacillus licheniformis Hloramfenikol 1947 Streptomyces venezuelae Cefalosporini 1948 Cephalosporium sp. Neomicin 1949 Streptomyces fradie Tetraciklin 1950 Streptomyces rimosus Eritromicin 1950 Streptomyces erythreus Gentamicin 196 Micromonospora purpurea Salvarasan (arsenik) Hronologija otkrića antimikrobnih agenasa (1940-1950) Gramicidin (peptide) Penicillin (β-laktam) Neomicin (aminoglikozidi) Streptomycin (aminoglikozidi) Cephalosporin (β-laktam) Rifamicin (ansamicin) Linezolid (oksazolidinon) 1908 192 1940 1950 1960 1962 2000 200 Acildepsipeptidi Cefamicini 1971 Streptomyces lactamdurans Klavulanska kiselina 1976 Streptomyces clavuligerus Nokardicin A 1976 Nocardia uniformis Sulfazecin 1979 Pseudomonas acidophila Bakterije reda Actinomycetales(58%) Streptomyces, Nocardia i Micromonospora. Gljive, uglavnom Fungi imperfecti(18%) Penicillium, Aspergillus i Cephalosporium Prave bakterije Eubakterije(8%) rodovi Bacillus i Pseudomonas. Protonsil (sulfonamid) (1950-1960) Hloramfenikol (fenilpropanoid) Hlortetraciklin (tetraciklin) Polimiksin (lipopeptid) Eritromicin (makrolid) Vankomicin (glikopeptid) Virginiamicin (streptogramin) Nalidiksična kiselina (kvinoloni) Daptomicin (lipopeptid) RELACIJA BAKTERIJA ANTIBITIK G(+) G(-) Antimikrobnatolerancija: svojstvo da prežive tretman baktericidnih antibiotika, a da ne poseduju mehanizme rezistancije. Antimikrobnarezistencija: nasledno svojstvo da rastu u prisustvu visokih koncentracija antibiotika bez obzira na dužinu tretmana antibiotikom. Kvantifikuje se preko minimalne inhibitorne koncentracije (MIC) za odredjeni antibiotik. Antimikrobnaperzistencija: sposobnost bakterijske subpopulacije da udje u dormantno stanje i preživi izlaganju visokoj koncentraciji različitih antibiotika. Perzistencija se tipično uočava kada najveći deo bakterijske populacije biva brzo ubijen antibiotikom dok subpopulacija opstaje živa u mnogo dužem vremenskom periodu. 1
SINTEZA ZIDA Bacitracin Fosfomicin Vankomicin β-laktami SINTEZA FLNE KISELINE Trimetoprim Sulfonamidi SUMARNI PREGLED DELVANJA ANTIBITIKA THF DHF PABA DNK RNK PRTEIN STRUKTURA i FUNKCIJA CITPLAZMATIČNE MEMBRANE Tirocidini Gramicidini Polimiksini Makrotetralidi Jonofore Citoplazmatična membrana Ćelijski zid Modifikacija targeta kao osnova za rezistenciju na različite antibiotike Target Proteini koji vezuju penicilin (PBP) DNK giraza RNK polimeraza Antibiotik β-laktamski antibiotici Novobiocin, Koumermicin, Nalidiksična kiselina Ansamicini (Rifampicin) STRUKTRA i FUNKCIJA DNK Aktinomicin Bleomicin Mitomicin C Streptonigrin Nalidiksična kis. Novobiocin Koumermicin SINTEZA RNK Rifampicini Streptovaricini Streptolidigin SINTEZA PRTEINA Aminoglikozidi Linkozamidi Makrolidi Tetraciklini Ribozomi Inhibitori sinteze proteina Rezistencija na antibiotike koji inhibiraju sintezu proteina uslovljena modifikacijom targeta BIHEMIJSKA SNVA REZISTENCIJE Antibiotik Modifikovana komponenta Spektinomicin protein S5 ili 16S rrnk protein S12 ili 16S rrnk 1 MDIFIKACIJA TARGETA Neamin Kanamicin Gentamicin Kasugamicin Eritromicin protein S17 ili proteini S5 i S12 protein S12 ili metilacija 16S rrnk protein L6 ili metilacija 16S rrnk protein S2 ili submetilacija 16S rrnk protein L4, protein L22, 2S rrnk ili metilacija 2S rrnk 2 SPREČAVANJE DLASKA U KNTAKT TARGETA I AGENSA Tiostrepton protein L11 ili metilacija 16S rrnk Hloramfenikol Kiromicin Fusidinska kis. 2S rrnk elongacioni faktor EF Tu elongacioni faktor EF G ENZIMSKA INAKTIVACIJA ANTIBITIKA MEHANIZMI REZISTENCIJE BAKTERIJA NA TETRACIKLIN Senzitivna irnk Sistem zaštite ribozoma od kontakta sa tetraciklinom irnk 1 BIHEMIJSKA SNVA REZISTENCIJE MDIFIKACIJA TARGETA Rezistentna koja ispumpava tetraciklin iz ćelije irnk Inaktivacija tetraciklina 2 irnk 2 SPREČAVANJE DLASKA U KNTAKT TARGETA I AGENSA ENZIMSKA INAKTIVACIJA ANTIBITIKA 2
ENZIMSKA MDIFIKACIJA AMINGLIKZIDA ENZIMSKA MDIFIKACIJA AMINGLIKZIDA Modifikacija Enzim Aminoglikozidi - supstrati ACETILACIJA AAC(2 ) Gentamicin, Tobramicin AAC(6 ) ADENILACIJA AAC(6 ) AAC() AAD(4 ) AAD(2 ) AAD( ) AAD(6) Tobramicin, Kanamicin, Amikacin, Neomicin Gentamicin, Tobramicin, Kanamicin Amikacin, Tobramicin, Kanamicin Gentamicin, Tobramicin, Kanamicin, Spektinomicin AAD(4 ) 4' H H APH( ) CH 2 NH 2 6' 5' 2' ' 1' H 4 6 AAC(2 ) 5 H AAC() NH 2 2 1 NH 2 FSFRILACIJA APH( ) APH( ) APH(2 ) Kanamicin, Neomicin Gentamicin KANAMICIN A APH(2 ) AAD(2 ) 1'' 2'' H 5'' CH 6'' 2H '' 4'' H NH 2 APH(5 ) Ribostamicin APH(6) ENZIMSKA DEGRADACIJA β LAKTAMA Penicilinaze ΕΝΖΙΜΙ β LΑΚΤΑΜΑΖΕ Cefalosporinaze PRINCIP REZISTENCIJE INTAKTNIH ĆELIJA NA β LAKTAMSKE ANTIBITIKE ENZIM H + Proces acilacije R C HN ENZIM R C HN N H S Mehanizam delovanja β laktamaza Kompleks peniciloil-enzim H CH S N H CH PENICILIN HH Proces direktne deacilacije R C HN N H H S H CH PENICILINSKA KISELINA + ENZIM H I U DSUSTVU ENZIMA β LAKTAMAZE β laktami u okolnom medijumu Difundovanje kroz ćelijski zid II U PRISUSTVU ENZIMA β LAKTAMAZE Inducibilna β laktamaza se oslobadja sa citoplazmatične membrane Difundovanje kroz ćelijski zid Vezivanje za PBP β laktamaza susreće β laktame u medijumu Inhibicija sinteze peptidoglikana Aktivacija autolitičkih enzima Inhibicija rasta Detoksifikacija spoljnog medijuma Rast STRUKTURNE SBINE BAKTERIJSKG ZIDA KJI UTIČU NA PENETRACIJU ANTIBITIKA ĆELIJSKI FAKTRI KJI DPRINSE REZISTENCIJI BAKTERIJA NA ANTIBITIKE Struktura Polisaharidi zida G (+) Dvosloj lipida u zidu G (-) Efekat na penetraciju težavaju ili potpuno sprečavaju penetraciju mnogih antibiotika velike molekulske mase Brzina transporta antibiotika usled lipofilnosti membrane; otežana penetracija antibiotika rastvorljivih u vodi Hidrofilne pore u zidu G (-) mogućavaju brzu penetraciju antibiotika (MM do 650 D) rastvorljivih u vodi Teikoična i teikuronska Imaju veoma izražen anjonski karakter koji kiselina u G (+) utiče na penetraciju jonizovanih molekula
PLAZMIDI i TRANSPZNI PLAZMIDI SU SAMSTALNI REPLIKNI Funkcije bakterijske ćelije determinisane plazmidima GENETIČKA SNVA REZISTENCIJE BAKTERIJA NA ANTIBITIKE 1. Replikacija, reparacija, rekombinacija 2. Fertilnost. Restrikcija i modifikacija 4. Rezistencija na antimikrobne agense R-plazmidi 5. Rezistencija na teške metale i deterdžente 6. Rezistencija na bakteriofage 7. Metabolizam saharida i aromatičnih jedinjenja 8. Adhezija i vezivanje bakterijskih ćelija 9. Virulencija PRINCIP TRANSFERA PLAZMIDA ELEKTRNSKA MIKRGRAFIJA PLAZMIDA PLAZMIDI Plazmid F+ F- F+ Hromozom Hromozom Hromozomalna DNK 4,6 x 10 6 baznih parova -oko 4,100 gena Rezistencije determinisane genima lociranim na plazmidima PLAZMID HRMZMALNA DNK Plazmid Poreklo plazmida Rezistentne determinante R57b Salmonella typhimurium Amp r Cam r Gen r Kan r Sul r R1 Salmonella paratyphi Amp r Cam r Kan r Str r Sul r Spc r JR72 Escherichia coli Cam r Kan r Str r Sul r Tet r JR66 Klebsiella pneumoniae Gen r Tet r Cam r Str r Kan r Sul r R98 Seratia marcescens Amp r Cam r Kan r Str r Spc r Sul r Tet r RP4 Pseudomonas aeruginosa Amp r Kan r Tet r R994 Vibrio cholerae Cam r Str r Tet r pjh1 Enterococcus faecalis Ery r Kan r Str r Tet r Amp r = rezistencija na ampicilin Cam r = reziztencija na hloramfenikol Gen r = reziztencija na gentamicin Kan r = reziztencija na kanamicin Sul r = rezistencija na sulfonamide Str r = reziztencija na streptomicin Spc r = reziztencija na spektinomicin Tet r = reziztencija na tetraciklin Ery r = reziztencija na tetraciklin 4
BAKTERIJSKI INSERCINE KMPZITNI SEKVENCE TRANSPZN (IS elementi) STRUKTURA TRANSPZNA Gen za transpoziciju Tn90 Strukturni gen(i) IS90 Km IS90 Tn10 = I(nvertovane )S(sekvence) ISelement IS10 Tc IS10 Neki tipovi rezistencije determinisani genima lociranim na transpozonima Transpozon Rezistencija na antibiotik Plazmid; Bakterija u kojoj je otkriven Tn1 Ampicilin RP 4; Pseudomonas sp. Tn2 Ampicilin RSF100; Salmonella sp. Tn Ampicilin R1 19; Salmonella sp. Tn4 Ampicilin Sulfonamid R1 20; Salmonella sp. Tn5 Kanamicin Neomicin JR67; Klebsiella sp. Tn6 Kanamicin JR72; Escherichia coli Tn7 Spektinomicin Trimetoprim R48; Eschrichia coli Tn9 Hloramfenikol R10; Shigella sp. Tn10 Tetraciklin R100; Shigella sp. Tn(AB) Ampicilin Sulfonamid R98; Seratia sp. Tn551 Eritromicin p1258; Staphylococcus sp. Tn917 Makrolid Linkozamid PAD2; Streptococcus faecalis Tn1721 Tetraciklin prsd1; Escherichia coli Tn4400 Klindamicin Eritromicin Tetraciklin pbftm10; Bacterioides sp. Tn4551 Klindamicin pbi16; Bacterioides sp. REZISTENCIJA NA ANTIBITIKE KDIRANA GENIMA NA INTEGRNIMA Integroni su mobilni DNK elementi koji mogu da prihvate druge gene preko mesto-specifične rekombinacije (atti attachment site ) INTEGRN 1 2 Gen za integrazu ( inti ) Primarno mesto rekombinacije ( atti ) P c atti Jak promotor ( P c ) 5 inti qaced1 sul1 Gen za integrazu P int qaced1 = etidijum bromid sul1 = sulfonamidi P 5 inti Gen za integrazu Int P int P c P c atti atti ant1 R INTEGRN Gen za rezistenciju (kaseta 1) 5 inti ant1 R P int Int attc ant2 R Gen za rezistenciju (kaseta 2) Rezistentnost na: Multi-rezistentni integron atti aaca4 = aminoglikozidi qac= kvartarni amonijum cmla2 = hloramfenikol oxa9= β laktami qaced1 = etidijum bromid sul1 = sulfonamidi RI INTEGRN 5 inti aaca4 qacf cmla2 oxa9 qaced1 sul1 P c atti 5 inti ant1 ant2 R SI = Superintegron Vibrio cholerae (179 kaseta; % genoma) P int 5
DISEMINACIJA REZISTENCIJE KLNALNA DISEMINACIJA DISEMINACIJA PRENSM Hromozom Transpozon PREKL REZISTENCIJE BAKTERIJA NA ANTIBITIKE PLAZNA BAKTERIJA DISEMINACIJA TRANSPZICIJM MEŠANA DISEMINACIJA Ab r = rezistencija na antibiotike Ab s = senzitivnost na antibiotike G(-) Ab s ZEMLJIŠNE ZEMLJIŠTE PREKL GENA ZA REZISTENCIJU G(-) Ab r ZEMLJIŠNE PRIZVDJAČI ANTIBITIKA Ab r G(+) Ab r ZEMLJIŠNE G(+) Ab s ZEMLJIŠNE ZEMLJIŠTE Spektar rezistentnosti izolata zemljišnih na antibiotike VIŠE ŽIVTINJE VIŠE ŽIVTINJE G(-) Ab s PATGENE G(+) Ab s PATGENE G(-) Ab r PATGENE G(+) Ab r PATGENE Multipna rezistentnost izolata zemljišnih PERZISTENCIJA BAKTERIJA NA ANTIBITIKE 6
Struktura biofilma Model rezistencije biofilma bazirane na preživljavanju perzisternih Senzitivna Perzistentna Imunološki faktori Biofilm bakterije Escherichia coli K12 MATRIKS Tretman antibiotikom MATRIKS Smanjenje koncentracije antibiotika Biofilm bakterije Staphylococcus aureus Biofilm bakterije Pseudomonas aeruginosa 7
Karakteristike rezistentnih, tolerantnih i perzistentnih ANTIBITIK ACILDEPSIPEPTID Minimalna inhibitorna koncentracija (MIC)je minimalna koncentracija antibiotika prisutnog u standardnom medijumu za rast bakterije u kojoj ne mogu da rastu posle 16-20 sati inkubacije na optimalnoj temperaturi. ADEP-4 Minimalno vreme za ubijanje (MDK; minimum duration for killing) je vreme za koje tretman antibiotikom u koncentraciji mnogo većoj od MIC eliminiše veći deo populacije (npr. 99%). Nova familija antibiotika acildepsipeptida (ADEP)koje proizvodi Streptomyces hawaiiensis kandidati za anti-perzistensku terapiju SNVE PRAVILNG KRIŠĆENJA ANTIBITIKA PRINCIPI PRAVILNG KRIŠĆENJA ANTIBITIKA Molekularna biologija ANTIBITIK Farmakologija Pacijent Medicina Bez Antb Bez Antb KNTRLA INDIFERENTNST SINERGIZAM ANTAGNIZAM ADITIVNST Gentamicin Karbenicilin Pseudomonas Penicilin streptokoke Slulfonamid Trimetoprim Većina Penicilin Neomicin Penicilin Hloramfenikol Meningitis izazvan pneumokokom Penicilin Eritromicin Streptococcus pneumonie ANTAGNIZAM SINERGIZAM 8
Pozitivni efekti kliničkog korišćenja kombinacije antibiotika Sprečavanje pojave rezistentnih Efikasniji tretman istovremene infekcije sa više različitih Inicijalna terapija Smanjena toksičnost Sinergizam u delovanju Vreme pojave rezistencije na antibiotike Antibiotik Godina uvodjenja antibiotika u praksu Godina pojave rezistencije na antibiotik godina Sufonamidi Tokom 190-tih 1940. ko 5 Penicilin 194. 1946. 194. 1959. 16 Hloramfenikol 1947. 1959. 12 Tetraciklin 1948. 195. 5 Eritromicin 1952. 1988. 6 Vankomicin 1956. 1988. 2 Meticilin 1960. 1961. 1 Ampicilin 1961. 197. 12 Cefalosporini Tokom 1960-tih Krajem 1960-tih ko 5 Meticilin (oxacilin)-rezistentni Staphylococcus aureus(mrsa) medju pacijentima u intenzivnoj nezi u periodu 1995-2004. godina SNVA PRAVILA VEZANA ZA SPREČAVANJE ŠIRENJA REZISTENCIJE NA ANTIBITIKE U MEDICINSKIM USTANVAMA Pranje ruku Službena odeća Izolacija pacijenata Korišćenje rukavica Nošenje maske Microbes have the last word. A drastic re-evaluation of antimicrobial treatment is needed to overcome the threat of antibiotic-resistant bacteria. HVALA VAM NA PAŽNJI!!! Julian Davies KNTRLA PRMETA ANTIBITIKA KRIŠĆENJE ANTIBITIKA EDUKACIJA LEKARA I PACIJENATA 9