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Mecanismos de resistência aos antibióticos Condições para ação dos antibióticos: existir o alvo (específico) Capacidade de atingir o local de ação (uso indiscriminado de antibióticos seleciona bactérias com bomba de efluxo: com proteínas de membrana que expulsa a molécula de antibiótico) (gram negativas: antibióticos precisam atravessar membrana externa, parede celular e membrana interna , porém algumas adquiriram capacidade de impedir a entrada desse antibiótico) Não ser destruído (da entrada até molécula alvo)(algumas bactérias se adaptaram para destruir o antibiótico no percurso) Adquirir resistência acontece porque durante o ciclo rápido de multiplicação das bactérias, a probabilidade de acontecer mutações é grande, de modo aleatório: a resistência quer dizer que o ser foi selecionado por ser mais adaptado ao ambiente Conceitos: Sensibilidade: bactéria não apresenta oposição as condições da ação dos antibióticos (sensível quando apresenta o alvo, e não tem oposição à entrada do antibiótico, nem enzimas de destruição) Resistência: oposição a pelo menos uma condição da ação Bactéria é capaz de crescer e superar ação dos antibióticos nas concentrações usadas in vivo Resistência natural: todas as cepas da espécie apresentam o mecanismo (exemplo: bactéria não possuir o alvo para determinado antibiótico, não adianta ministrá-lo) Resistencia adquirida: só algumas cepas da espécie o apresentam Aquisição de resistência aos antibióticos Transformação: mecanismo Segmento de DNA livre no meio oriundo de célula lizada é implantado em uma célula receptora Bactérias gram positivas e gram negativas Ocorre mudanças no envelope Conjugação: mecanismo Transferência de DNA ocorre por um complexo multiproteico: Aparato de conjugação Bactérias gram positivas e gram negativas Transdução: mecanismo Transferência de DNA mediada por bacteriófago Vírus transcreve fragmentos bacterianos de uma célula para outra, veiculados pelo parasita RESISTENCIA BACTERIANA AOS ANTIBIÓTICOS Mecanismos: -Inativação por enzima -Alteração da molécula alvo -Bloqueio da entrada -Efluxo do antibiótico Antibióticos Beta-lactêmicos: fragilização da parede celular das bactérias (penicilinas, cefalosporinas, bacitracina, vancomicina) - Todos eles possuem o anel beta- lactâmico PROTEÍNAS LIGANTES DE PENICILINA(PLP) Também designadas como transpeptidases Funções: conectar os peptídeos das peptideoglicanas estruturando a parede bacteriana Produção de beta lactamases: -Gram negativas: espaço periplasmático Enterobactérias, hemófilus, anaeróbios -Gram positivas: secretam Estáfilos MSSA, enterococcus Resistência aos Beta lactamicos Alteração das proteínas ligantes de penicilina (PLP2a) Alteração genética de modo a diminuir afinidade aos Beta lactâmicos (MRSA – PLP2a) -Bacterias gram positiva Pneumococo, estáfio MRSA -Bactérias gram negativa Neissérieas -Estratégia: mudar para antibióticos com outra farmacodinâmica Produção de ESBL e Beta-lactamases Cromossomiais do tipo AmpC B-lactamases de espetro estendido (ESBL) é exclusivo de gram negativas Podem degradar o anel B-lactâmico e inibidores de lactamases Enterobactérias: -Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter, Enterobacter, Proteus, Pseudomonas, Salmonella, Serratia e Shigella spp Estratégia: trocar por Carbapenêmicos Espectro de ação é amplo: gram positivos e negativos, porém, mais eficazes contra gram negativos -Imipenem+cilastatina -Ertapenem -Meropenem -Doripenem Endosporos (permite que a bactéria sobreviva em aridez, difícil sobrevivência)(encapsulamento do seu material genético) -Clostridium perfrigens (gangrene gasosa) -Clostridium tetane -Clostridium botulinum -Bacillus antraz Sobrevivência em: temperaturas extremas, desidratação, radiação e químicos Realizado por bactérias Gram-positivas Podem ficar latentes por milhares de anos Componentes de parede celular que facilitam a adesão Adesinas Proteína M (Streptococcus pyogenes) Proteínas Opa (Neisseria gonorrhoeae) Ceras (Mycobacterium tuberculosis) Enzimas que facilitam a disseminação e sobrevivência -Sequestro de ferro -Coagulases (Staphylococcus) Perturbação de membranas, produz toxinas ( Hemolisinas, Leucocidinas) na superfície de macroficos e neutrófilos Algumas destroem o IgA, como a Neisseria gonorrhoeae Variação antigênica -Obriga o sistema imunológico a produzir inúmeras respostas imunológicas adaptaticas, uma para cada cobertura antigênica Produção de toxinas -endotoxinas (constituem a estrutura da bactéria) e exotoxinas (são secretadas como produto do metabolismo) -febre, alterações cardiovasculares, diarréia e choque -220 toxinas bacterianas ENDOTOXINAS, constituem a estruturação das bactérias Bactericidas fazem liberar endotoxinas (PAMPs) Formação de coágulos: Mecanismos EXOTOCINAS Perturbadoras de membrana AB (dímero) Porção B apresenta afinidade com receptores de células específicas São especificas para tecidos G+ e G- Exotoxinas: neurotoxinas botulínica (bloqueia a liberação de acetilcolina, inibindo a contração) Neurotoxina tetânica(se liga a interneurônios inibitórios, impedidno a liberação de G e o relaxamento muscular) Opistótono, riso sardônico Enterotoxina colérica Superantígenos -Síndrome do choque tóxico (SCT) -Staphylococcus aureus -Streptococcus pyogenes INFECÇÕES ESTREPTÓCICAS Patógeno estreptocócico mais significativo: Streptococcus pyogenes Bacteria gram positiva, arranjo em dímero ou em cadeia Anaeróbio facultativo, encapsulado, Beta- hemolítico, catabolizam glicose, desenvolvem a 37º, colônias discoides de 1 a 2 mm EPIDEMIOLOGIA Colonização das vias aéreas superiores do himem FATORES DE VIRULÊNCIA Aderência a superfícies: fímbrias, ptn M e F CASO CLÍNICO MECANISMOS DE RESISTÊNCIA A ANTIBIÓTICOS 1) Quais os mecanismos bacterianos conhecidos que desenvolvem resistência aos antibióticos? Os principais mecanismos de resistência aos antibióticos são: 1. produção de enzimas que degradam ou modificam antibióticos: Enzimas que degradam antibióticos inativam esses antimicrobianos pela catálise hidrolítica das moléculas dessas drogas. As principais enzimas que degradam antibióticos são denominadas beta- lactamases, e como o próprio nome diz, atuam catalisando a hidrólise do anel beta- lactâmico, levando à perda da ação do antimicrobiano sobre a bactéria que continua fazendo a biossíntese de sua parede celular. Existem enzimas que modificam antibióticos por transferência de grupo(s) químico(s) (acil, fosfato, nucleotidil ou ribitoil) para a molécula da droga, inativando aminoglicosídeos (amicacina, gentamicina), fenicóis (cloranfenicol) e macrolídeos (eritromicina, azitromicina e claritromicina). As principais enzimas que modificam antibióticos são as enzimas modificadoras de aminoglicosídeos (AME), que alteram a estrutura química destes antibióticos, inativando a sua ligação com as subunidades do ribossomo, que são o alvo deste antimicrobiano na bactéria. Existem diferentes AMEs que conferem resistência aos principais aminoglicosídeos: amicacina, gentamicina, tobramicina e kanamicina. 2. redução da permeabilidade da membrana externa: As bactérias gram-negativas são intrinsecamente menos permeáveis a muitos antibióticos por possuírem membrana externa na constituição de sua parede celular, o que não existe na parede celular de bactérias gram-positivas. Dessa forma, a redução da permeabilidade da membrana externa é um mecanismo deresistência exclusivo de bactérias gram- negativas. Para atingir o alvo e agir no meio intracelular (periplasma ou citoplasma), os antibióticos devem ultrapassar a membrana externa ou toda a parede celular. Antibióticos hidrofílicos (geralmente moléculas pequenas) devem atravessar a membrana externa por difusão passiva através de proteínas de membrana externa denominadas porinas. A redução da permeabilidade da membrana externa pode ocorre por alterações na estrutura das porinas ou mesmo pela perda da porina, respectivamente, resultando em permeabilidade mais seletiva ou até mesmo impermeabilidade às drogas. Este mecanismo pode afetar principalmente a entrada de antibióticos beta-lactâmicos e de fluoroquinolonas. 3. sistemas de efluxo hiperexpressos: São mecanismos naturais de excreção de substâncias tóxicas resultantes do metabolismo bacteriano, que se localizam na parede celular das bactérias e, geralmente, são codificados por genes no cromossomo. Nas bactérias gram-negativas, por conta da presença de membrana externa, o sistema de efluxo é geralmente composto por uma proteína transmembrana interna (que é uma bomba de efluxo), uma proteína transmembrana externa (que é uma porina) e uma proteína que faz a ligação dessas duas proteínas transmembrana e que compõe o sistema de efluxo da bactéria gram-negativa, geralmente chamado sistema tripartido ou multicomponente. Em bactérias gram-positivas, que não têm a membrana externa, o sistema de efluxo é a própria bomba de efluxo, sistema de componente simples. A atividade dos sistemas de efluxo pode ser inespecífica e excretar diferentes antibióticos, de diferentes classes ou subclasses, ou pode ser uma atividade específica para uma droga, classe e subclasse de antibiótico. Existem também mecanismos de efluxo adquiridos por plasmídeos, que geralmente não dependem de hiperexpressão. 4. alteração do sítio alvo (de ligação) do antibiótico: Um dos principais exemplos são as mutações cromossômicas em regiões determinantes de resistência às quinolonas. Mutações nos genes gyrA e/ou parC (mais comuns) alteram as enzimas topoisomerase IV e/ou DNA gyrase que atuam na duplicação do DNA bacteriano e são os alvos das quinolonas. Com estas alterações as bactérias escapam da ação das quinolonas, já que a duplicação do DNA ocorre normalmente.Alterações de sítio alvo podem também ter origem na aquisição de um elemento genético denominado SCCmec (do inglês Staphylococcal Cassette Chromosome mec), que carrega o gene mecA que codifica uma PBP alterada (PBP 2A), que está presente no S. aureus resistente à meticilina (MRSA). 5. bloqueio ou proteção do sítio alvo do antibiótico: A proteção ou bloqueio pode funcionar pela produção de enzimas ou presença de estruturas celulares bacterianas que impedem a ligação do antibiótico ao sítio alvo. 2) O que é resistência natural ou inerente e o que é resistência adquirida? As bactérias podem expressar resistência intrínseca (inerente), ou seja, mecanismos de resistência naturais de um gênero ou espécie bacteriana, ou podem expressar resistência adquirida, ou seja, aquela originada a partir de mutações nos próprios genes ou pela aquisição dos genes de resistência de outras bactérias (conjugação: plasmideo, transposon), via bacteriófago (transdução) ou via ambiente (transformação). 3) Quais os mecanismos de transferência de DNA entre as bacterias? Explique. Na transformação, um segmento de DNA livre no meio oriundo de célula lizada é implantado em uma célula receptora, ocorrendo transferência de material genético. Ocorre em bactérias gram positivas e gram negativas. Haverá mudanças no envelope e aparecimento de moléculas de transporte de membrana. Algumas bactérias assimilam apenas da mesma espécie, porém outras de origem diferente. Então, a bactéria adquire um fragmento de DNA de uma bactéria que morreu, o DNA fita dupla é clivado em fita simples e incorporado ao seu DNA cromossomal. Na conjugação, uma célula adquire material genético plasmidial de uma outra bactéria viva. O mecanismo consiste na transferência de DNA por meio de um complexo multiproteico: Aparato de conjugação. Ocorre em bactérias gram positivas e gram negativas. As bactérias duplicam o material plasmidial e formam a pili sexual, que se conecta com outras, tocando membrana com membrana. Assim, elas trocam material genético plasmidial. A transdução ocorre por meio da transferência de DNA mediada por bacteriófago. Nela, o vírus transcreve fragmentos bacterianos de uma célula para outra, veiculados pelo parasita. Obs: Conjugação é mais comum de acontecer por ser o mecanismo mais fácil. 4) Explique o mecanismo de ação da betalactâmicos, aminoglicosídeos, macrolídeos, quinolonas e sulfonamidas. Os antibióticos β-lactâmicos corresponderam a 50% do total de vendas de antibióticos em 2004. São agentes antibacterianos que inibem irreversivelmente a enzima transpeptidase, que catalisa a reação de transpeptidação entre as cadeias de peptideoglicana da parede celular bacteriana. A atividade desta enzima leva à formação de ligações cruzadas entre as cadeias peptídicas da estrutura peptideoglicana, que conferem à parede celular uma estrutura rígida importante para a proteção da célula bacteriana contra as variações osmóticas do meio. Constituem a primeira classe de derivados de produtos naturais utilizados no tratamento terapêutico de infecções bacterianas. Hoje, várias décadas após a descoberta da penicilina, este grupo ainda contém os agentes mais comumente utilizados. Possuem amplo espectro de atividade antibacteriana, eficácia clínica e excelente perfil de segurança, uma vez que atuam na enzima transpeptidase, única em bactérias. Os aminoglicosídeos são agentes que possuem um grupo amino básico e uma unidade de açúcar. A estreptomicina, principal representante da classe, foi isolada em 1944 de Streptomyces griseus, um micro-organismo de solo. Os aminoglicosídeos apresentam atividade melhorada em pH levemente alcalino, em torno de 7,4, onde estão positivamente carregados, facilitando a penetração em bactérias Gram negativo. Os antibióticos aminoglicosídicos apresentam efeito bactericida por ligarem-se especificamente à subunidade 30S dos ribossomos bacterianos, impedindo o movimento do ribossomo ao longo do mRNA e, consequentemente, interrompendo a síntese de proteínas. O uso contínuo de antibióticos aminoglicosídeos deve ser cuidadosamente controlado, devido aos efeitos ototóxicos e nefrotóxicos. Esses agentes são efetivos contra bactérias Gram negativo aeróbicas, como P. aeruginosa, e apresentam efeito sinérgico com β- lactâmicos Os macrolídeos representaram cerca de 18% do total de vendas de antibióticos em 2004. Os macrolídeos naturais caracterizam-se pela presença de lactonas macrocíclicas de origem policetídica de 14 ou 16 membros, ligadas a um açúcar e um amino-açúcar. Derivados semi-sintéticos podem apresentar anel macrocíclico de 15 membros (azitromicina). A eritromicina (10), isolada pela primeira vez em 1952 de Streptomyces erythreus, é um dos mais seguros antibióticos em uso clínico. Os macrolídeos são agentes bacteriostáticos, que atuam pela ligação com o RNA ribossomal 23S da subunidade 50S, interferindo na elongação da cadeia peptídica durante a translação e bloqueando a biossíntese de proteínas bacterianas. São usados em infecções respiratórias como pneumonia, exacerbação bacteriana aguda de bronquite crônica, sinusite aguda, otites médias, tonsilites e faringites. Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Haemophilus influenzae e Moraxella catarrhalis são os patógenos predominantes envolvidos nestas doenças. As quinolonas e fluoroquinolonas são fármacos bactericidas muito utilizados no tratamento de infecções do trato urinário e também no tratamento de infecções causadas por micro-organismos resistentes aos agentes antibacterianosmais usuais. Esta classe representou 19% das vendas de antibióticos em 2004. O ácido nalidíxico, sintetizado em 1962, foi o protótipo desta classe de antibióticos. É ativo frente a bactérias Gram negativo e utilizado no tratamento de infecções do trato urinário, porém, os micro-organismos podem adquirir rápida resistência a esse antibiótico. Vários outros análogos têm sido sintetizados, com propriedades similares ao ácido nalidíxico. A enoxacina, desenvolvida em 1980, é um fármaco que apresenta elevado espectro de atividade frente a bactérias Gram positivo e Gram negativo. É também ativo frente à Pseudomonas aeruginosa, bactéria altamente resistente a antibióticos. O desenvolvimento da enoxacina foi baseado na descoberta de que um átomo de flúor na posição 6 aumenta a atividade, bem como facilita a entrada na célula bacteriana. Um anel piperazínico básico na posição 7 levou ao aumento na absorção por via oral, distribuição tecidual e estabilidade metabólica. Foi observado também um aumento no nível e espectro de atividade, particularmente frente a bactérias Gram negativo como Pseudomonas aeruginosa. Muitos desses benefícios são devidos ao substituinte básico ligado à posição 7 formar um zwitterion com o ácido carboxílico da posição 3. A introdução de um substituinte ciclopropílico na posição 1 incrementou o amplo espectro de ação, enquanto a substituição do nitrogênio da posição 8 por um carbono reduziu as reações adversas e aumentou a atividade frente a S. aureus. Estas modificações originaram a ciprofloxacina, o antibiótico mais ativo da classe das fluoroquinolonas frente a bactérias Gram negativo. Esse fármaco é amplamente utilizado em infecções do trato urinário, respiratório e gastrointestinal, além de infecções de pele, ossos e articulações. As sulfonamidas, também conhecidas como sulfas, foram testadas pela primeira vez nos anos 1930 como fármacos antibacterianos. Um exemplo de sulfa ainda utilizada na terapêutica é o sulfametoxazol, em associação com o trimetoprim, para o tratamento de pacientes com infecções no trato urinário e também para pacientes portadores do vírus HIV que apresentam infecções por Pneumocystis carinii. Cada um desses fármacos bloqueia uma etapa no metabolismo do ácido fólico O sulfametoxazol bloqueia a enzima di- hidropteroato sintetase, presente apenas nas bactérias, enquanto o trimetoprim inibe a di-hidrofolato redutase. Ambas as enzimas atuam na via de biossíntese do N5,N10-metileno-tetra-hidrofolato, importante cofator que fornece uma unidade de carbono na biossíntese de bases pirimidínicas constituintes dos ácidos nucleicos. A atuação destes fármacos é sinérgica no bloqueio de dois diferentes passos na via bioquímica de formação deste cofator essencial. As sulfonamidas são, portanto, agentes bacteriostáticos que atuam como antimetabólitos do ácido p- aminobenzoico, substrato para a di- hidropteroato sintetase bacteriana, impedindo a formação do di-hidropteroato e, consequentemente, do N5,N10-metileno- tetra-hidrofolato. 5) Qual a finalidade em se associar antibióticos com os compostos ácido clavulânico, tazobactam e sulbactam? Duas estratégias bacterianas têm sido utilizadas para superar a resistência dos beta-lactâmicos à β-lactamase. A primeira é a modificação da estrutura do antibiótico de forma que não haja mais substrato para a enzima hidrolisar, e a segunda pela inibição da enzima por um composto que seja estruturalmente relacionado ao substrato beta-lactâmico. Os inibidores de β- lactamase são estruturalmente semelhantes às penicilinas, retendo a ligação amida do grupo beta-lactâmico, mas possuem uma cadeia lateral modificada. Tais aspectos estruturais permitem aos inibidores ligar-se irreversivelmente às β- lactamases como substratos suicidas, mantendo-as inativas. Atualmente, três inibidores de β-lactamase são frequentemente usadas na clínica médica, sulbactam, tazobactam e ácido clavulânico. A combinação de um agente β-lactâmico e um inibidor de β-lactamase tem mostrado ser uma boa opção de tratamento, já que o inibidor inativará a ação da enzima permitindo que as penicilinas, as quais são eficientes e bem toleradas continuem a tratar as mais variadas infecções. 6) Explique o mecanismo de resistência intitulados KPC. A KPC é uma enzima produzida pela bactéria Klebsiella pneumoniae Carbapenemase, que confere alto grau de resistência a várias classes de importantes antimicrobianos, como betalactâmicos e carbapenêmicos, amplamente utilizados para tratamento de pacientes com variadas infecções graves. A bactéria KPC tem um gene chamado SHV-1 que a torna resistente a quase todos os tipos de antimicrobianos, inclusive os carbapenêmicos, específicos para emergências e tratamento de infecções por bactérias multiresistentes. A bactéria pode já ter no seu código genético a informação necessária para o desenvolvimento da resistência, mas este mecanismo não se expressa a não ser que a bactéria entre em contato com o antibacteriano, desencadeando todo o processo, nos casos de resistência induzida, comuns em KPC. Outro mecanismo de resistência surge, ocasionalmente, da combinação de impermeabilidade da membrana com β- lactamase cromossômicas (AmpC) ou de amplo espectro (ESBL). Entre as bactérias Gram-negativas, a produção de β- lactamases é o principal mecanismo de resistência a antibióticos β-lactamâmicos. Essas enzimas são capazes de hidrolisar tais antibióticos, gerando compostos sem atividade antimicrobiana. 7) Explique o mecanismo de resistência desenvolvido pelas bactérias que produzem ESBL. As ESBLs (do inglês Extended Spectrum Beta-Lactamases) são enzimas que possuem potencial para degradar todas as penicilinas, todas as cefalosporinas e monobactâmico (aztreonam), porém a sensibilidade às cefamicinas (ex.: cefoxitina) e carbapenêmicos geralmente é preservada. Podem degradar o anel B- lactâmico e inibidor lactamases. De certa forma essas enzimas são “cefalosporinases”, no entanto, elas têm um “espectro estendido” de degradação. A característica primária de degradar cefamicinas (ex.: cefoxitina) pertence às cefamicinases (ex.: AmpC). Contemplam o grupo de betalactamases robustas. 8) Explique o mecanismo de resistência desenvolvido pelas bactérias MRSA. As bactérias Staphylococcus aureus Meticilina resistente (MRSA) é um grupo de bactérias Staphylococcus aureus que ficaram resistentes à meticilina (oxacilina). Esse mecanismo de resistência foi desenvolvido através da mudança da molécula alvo, representada pela codificação de uma PLP (proteína ligante de penicilina) alterada, a PLP2a, que apresenta redução da afinidade não somente à meticilina, mas para todos os outros betalactâmicos, com exceção das cefalosporinas com atividade contra cepas MRSA, ceftarolina e ceftobirol. Esta PLP modificada é codificada pelo gene cromossômico mecA. O gene mecA faz parte de um elemento genômico designado cassete cromossômico estafilocócico mec (SCCmec), integrado ao cromossomo de Staphylococcus aureus. Este elemento genômico é composto do complexo do gene mec, que codifica resistência à meticilina (oxacilina), e do complexo do gene ccr, que codifica recombinases responsáveis pela sua mobilidade. 9) Explique os mecanismos de resistência desenvolvidos pelas bactérias que produzem betalactamases cromossomiais do tipo AmpC. Determinadas espécies de bactérias Gram- negativas apresentam em seu cromossomo bacteriano o gene ampC, responsável por codificar as betalactamases do tipo AmpC. Estas ocorrem em Enterobacter spp., Citrobacter freundii, Serratia spp., Morganella morganii, Providencia stuartii, Providencia rettgeri e Pseudomonas aeruginosa. Estas betalactamases hidrolisam penicilinas e cefalosporinas de primeira, segunda, terceira e quarta gerações. A atividade destas enzimas não é inibida pelos inibidores de betalactamases. A produção das betalactamasesAmpC pode ser induzida durante a exposição aos betalactâmicos. Nesta situação, a bactéria que era sensível a uma cefalosporina de terceira geração, por exemplo, passa a produzir maior quantidade de enzima que pode levar ao surgimento de resistência a esta cefalosporina durante o tratamento. A produção de enzimas pode retornar a níveis basais caso a exposição ao betalactâmico seja suspensa, ou manter altos níveis de produção destas enzimas se houver ocorrido mutações nos genes reguladores de ampC. Nesta última situação, a bactéria passará a produzir quantidades aumentadas da enzima AmpC, mesmo sem ter sido previamente exposta aos betalactâmicos. Os betalactâmicos apresentam diferentes potenciais de indução de expressão destas betalactamases, sendo que a cefoxitina e o imipeném estão entre os mais fortes indutores, enquanto o aztreonam e a ceftazidima estão entre os indutores mais fracos. Isolados de Escherichia coli e Acinetobacter spp. também apresentam o gene ampC em seus genomas. Contudo, nestas espécies, a hiperprodução de AmpC não pode ser induzida se houver betalactâmicos, pois os promotores que regulam a expressão do gene ampC são considerados fracos em ambas as espécies.
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