Klinická mikrobiologieAntibiotika – mechanizmy

účinku a rezistenceMUDr. Pavel Čermák, CSc.

Cíl = likvidace „nebezpečných“mikroorganismů

Prostředky: všechny účinné a dostupné

fyzikálníchemickéhistorický vývoj

Teplo - oheň, pára, suché teplo,UV záření, ionizující zářenímechanické odstranění - filtrace

Fenol- denaturace proteinů,oxidující látky, kyseliny a louhy,halogeny, těžké kovy,alkylující látky (etylenoxid),aldehydy, alkoholy,povrchově aktivní látky,chemoterapeutika, antibiotika

účinek x toxicita !!

DefiniceSterilizace - zničení všech mikrobiálních forem včetně

bakteriálních sporDezinfekce - zničení většiny mikrobiálních forem, bakter. spory,

mykobakterie, některé viry a plísně mohou přežítnízký - střední - vysoký stupeň

Antisepse - inhibice nebo eliminace mikrobů z kůže a tkání, nenísporocidní

Germicidní - schopné zabít mikroby, spory přežívajíSporocidní - zabíjí i sporySanitární - proces omezující kontaminaci povrchů na bezpečnou

míru (uklízení a mytí)

Přehled účinků ATB a chemoterapeutik

30 50

SyntSyntSyntSyntééééza b.stza b.stza b.stza b.stěěěěny:ny:ny:ny: beta-laktamy,vankomycin,bacitracin,INH,ethambutol,ethionamid DNADNADNADNA replikace

chinolonymetronidazolRNARNARNARNAsyntézarifampicin

SyntSyntSyntSyntééééza proteinza proteinza proteinza proteinůůůů 30S 30S 30S 30S ribribribrib. 50S 50S 50S 50S ribribribrib....aminoglykosidy makrolidytetracykliny chloramfenikol,

klindamycin, linkomycin

BuBuBuBuňňňň.membr.membr.membr.membráááánanananakolistinantimykotika

AntimetabolityAntimetabolityAntimetabolityAntimetabolitysulfonamidytrimetoprimPAS

Inhibice syntézy buněčné stěnyBeta-laktamy = peniciliny, cefalosporiny,karbapenemy,monobaktamy,sulbaktam

Porinové trimery

fosfolipidy

Lipopolysacharid

lipoproteinpeptidoglykan

PBPpenicillin-binding protein

betalaktamázy

G-

cytoplasmat. membránaPeriplsmat. prostor

Buněčnástěna

Inhibice syntézy buněčné stěnyPBP = enzym syntetizující příčné a zkřížené řetězce peptidoglykanu

(3-8 druhů podle typu mikroba)

Beta-laktamy - vazba na PBP - inaktivace PBP, neschopnost tvorby b.stěny- možnost tvorby L forem- inaktivace betalaktamázami

Glykopeptidy - interakce s D-alaninem při syntéze můstků peptidoglykanu.Neúčinné u G- bakt. - neprojdou vnější membránou (vankomycin, teikoplanin)

Bacitracin - inhibuje přenos pentapeptidu do stěny. Rezistence = chybav penetraci do buňky

Antituberkulotika - INH, ethionamid, ethambutol - inhibice syntézy mykol.kyselin a enzymů syntet. buněčnou stěnu

Porušení buněčné membrányPolypeptidy - kolistin, polymyxin - detergence fosfolipidů buň.

membrány. Málo selektivní - působí na buňky tubulárníhoaparátu ledvin

Polyeny - amfotericin B, nystatin - vazba na steroly v membráně huba kvasinek - detergentní účinky

Imidazoly - mikonazol, flukonazol, itrakonazol - inhibice syntézy sterolův membráně hub a kvasinek. Kombinace s polyeny je zbytečná,nesyntetizuje se sterol pro jejich vazbu !!!

Účinek na nukleové kyselinyAntimetabolity

Replikace DNA - chinolony - vazba na enzym gyrázu - zabráněníreplikace bakt. chromozomu. Působí na dělící sebuňku.

Transkripce RNA - rifampicin - zabraňuje syntéze m-RNA polymerázy,vysoká frekvence rezistentních mutant.

Antimetabolity - kompetitivní inhibice přeměny kys. Para-aminobenzoovéna dihydroxylistovou /viz biochemie/

Zábrana syntézy bílkovin30S podjednotka ribosomu - tetracyklinytetracyklinytetracyklinytetracykliny - interferují s t-RNA a zabraňují

její vazbě na ribosom = nejsou aminokyseliny pro syntézu,reverzibilní vazbaaminoglykosidyaminoglykosidyaminoglykosidyaminoglykosidy - způsobují produkci aberantních proteinů -

1. chybnou četbou kódu mRNA2. předčasným odloučením ribosomu od mRNAireversibilní vazba, rezistence mutací vazebných míst, omezením průniku do b., enzymatické rozložení

50S podjednotka ribosomu - chloramfenikol chloramfenikol chloramfenikol chloramfenikol - zabraňuje transpeptidaci,reverzibilní, rezistence alterací porinových proteinůmakrolidymakrolidymakrolidymakrolidy - zabraňují posuvu 70S podjednotky po mRNA,v nízkých konc. bakteriostatické, rezistence změnou ribosomu,aktivním effluxemklindamycinklindamycinklindamycinklindamycin, , , , linkomycinlinkomycinlinkomycinlinkomycin - kompetit. inhibice peptidyltransferázy

Mechanismy rezistenceAntibiotika a chemoterapeutika G-

2. Zm2. Zm2. Zm2. Změěěěnanananaccccíííílovlovlovlovééééhohohohoreceptorureceptorureceptorureceptoru

3. Produkce3. Produkce3. Produkce3. Produkceinaktivainaktivainaktivainaktivaččččnnnnííííchchchchenzymenzymenzymenzymůůůů

1. Nepropustnost1. Nepropustnost1. Nepropustnost1. Nepropustnost

4. 4. 4. 4. EfluxEfluxEfluxEflux ATB ATB ATB ATB ---- aktivnaktivnaktivnaktivníííí vyluvyluvyluvyluččččovovovováááánnnníííí

Mechanismy rezistence

1. Nepropustnost - glykopeptidy, aminoglykosidy, TET, CHLMF2. Změna cílové struktury - makrolidy, linkosamidy, aminoglykosidy

intrinsic rezistence - chromosomem kódovaný enzym je citlivý, plazmidem kódovaný je necitlivý

3. Produkce inaktivačních enzymů - téměř u všech ATB,intra i extracelulárně

chromosomálníextrachromosomální = R plasmidy, transposomy

/lineární DNA, přenos mezi nepříbuznými plasmidy/4. Eflux - aktivní vyloučení ATB /chinolony u Pseudomonas aeruginosa,

aminogykosidy/

fenotypická adaptace x genomové změny

Beta- laktamázy

4 t4 t4 t4 třřřříííídy /dy /dy /dy /AmblerAmblerAmblerAmbler/:/:/:/:AAAA. rychle hydrolyzující - produkce G+ i GG+ i GG+ i GG+ i G---- bakteriemibakteriemibakteriemibakteriemi, plasmidové

širokospektré (TEM,SVH) a od nich odvozenéESBL ESBL ESBL ESBL ---- s rozs rozs rozs rozšíšíšíšířřřřeným spektrem eným spektrem eným spektrem eným spektrem úúúúččččinku inku inku inku !!!

cefalosporiny III. A IV. gen.BBBB. metalo-beta-laktamázy - karbapenemy, peniciliny, cefalosporinyCCCC. převážně chromozomální - produkce GGGG---- bakteriemibakteriemibakteriemibakteriemi,

AmpC (aminopeniciliny, cefalospor. I. a II.gen.)DDDD. enzymy enterobakterií, účinek na oxacilin

Velké množství (200), měnící se klasifikacenejvětší problém v přenosné rezistenci

Beta- laktamázy

DDDDěěěělenlenlenleníííí dle dle dle dle BushovBushovBushovBushovéééé1. Cefalosporinázy neinhibované k.klavulonovou, většinou chromosomální2. Plasmidově kódované penicilinázy a cefalosporinázy (TEM,SHV, ESBL)3. Metalo-beta-laktamázy4. Penicilinázy produkované BurkholderiaBurkholderiaBurkholderiaBurkholderia cepaciacepaciacepaciacepacia

DDDDěěěělenlenlenleníííí dle ulodle ulodle ulodle uložžžženeneneníííí gengengengenůůůů- chromosomálně kódované - AmpC, SHV 1 (fyziologická ochrana bakterií)- plasmidově kódované - pravděpodobně chromosomální původ (TEM, ESBL)

Beta- laktamázy

NejNejNejNejččččastastastastěěěěji se vyskytujji se vyskytujji se vyskytujji se vyskytujííííccccíííí pasmidovpasmidovpasmidovpasmidovéééé::::TEM 1 - 20 až 60% enterobakteriíTEM 2, SHV 1 - enterobakteriePSE 1, PSE 4 - PseudomonasPseudomonasPseudomonasPseudomonas aeruginosaaeruginosaaeruginosaaeruginosa

ESBLESBLESBLESBL - enterobakterie (KlebsiellaKlebsiellaKlebsiellaKlebsiella pneumoniaepneumoniaepneumoniaepneumoniae, , , , EnterobacterEnterobacterEnterobacterEnterobacter cloacaecloacaecloacaecloacae,,,,CitrobacterCitrobacterCitrobacterCitrobacter freundifreundifreundifreundi), AcinetobacterAcinetobacterAcinetobacterAcinetobacter calcoaceticuscalcoaceticuscalcoaceticuscalcoaceticus

!!! Skupina beta-laktamáz, většinou mutanty TEM 1, TEM 2, SHV 1 !!!

Beta- laktamázy v klinické praxiAmpCAmpCAmpCAmpC producenti:producenti:producenti:producenti:rezistence na peniciliny, zachována citlivost na cefalosporiny IV.generacenebezpečí indukované ireverzibilní nadprodukce

ESBL producenti:ESBL producenti:ESBL producenti:ESBL producenti:rezistence k cefalosporinům I., II., III. generace, aztreonamu, častokombinace s rezistencí k aminoglykosidůmMRSAMRSAMRSAMRSAmeticilin rezist. Staph.aureus, většinou spojeno s rezistencí na aminoglykosidya další skupiny ATB, jižní krajeVREVREVREVRE - vankomycin (glykopeptidy) rezistentní enterokokyMLS MLS MLS MLS - makrolidy linkosamidy rezistentní StreprococcusStreprococcusStreprococcusStreprococcus pyogenespyogenespyogenespyogenes

Kombinace ATB a chemoterapeutikZáklad 1. dvojnásobná inhibice endogenních dějů /kotrimoxazol/

2. blokáda enzymů destruujících ATB /inhibitory betalaktamáz/(3. účinek na vazebné proteiny /beta-laktamová ATB/)4. z4. z4. z4. záááásah na rsah na rsah na rsah na růůůůzných mzných mzných mzných míííístech stech stech stech baktbaktbaktbakt. Bu. Bu. Bu. Buňňňňky ky ky ky ---- vyplývvyplývvyplývvyplýváááá z mech.z mech.z mech.z mech.úúúúččččinku inku inku inku antimikobnantimikobnantimikobnantimikobnííííchchchch lllláááátek.tek.tek.tek.

1.- 2. - řešeno kombinacemi ve firemních preparátech3.- 4. - záležitost správné indikace ATB !3. - kombinace některých beta-laktamů může být antagonistická !!Kombinace musí být podložena zkušenostmi, nejlépevědeckými studiemi - racionálnější je vystačit pouze

s monoterapimonoterapimonoterapimonoterapiíííí !!!

Kombinace ATB a chemoterapeutikVhodné a osvědčené kombinace1. Synt. buněčné stěny + cidní účinek na metabolismus

peniciliny, cefalosporiny + aminoglykosidy2. Synt. buěčné stěny + účinek na buněčnou membránu

peniciliny, cefalosporiny + kolistin3. Synt. buněčné stěny + DNA replikace

peniciliny, cefalosporiny + chinolony4. Zásah na různých místech metabolismu

klindamycin, linkomycin + aminoglykosidy, 5. Zásah na různých místech syntézy buněčné stěny

peniciliny, cefalosporiny + glykopeptidy.

Kombinace ATB a chemoterapeutik

Nepřípustné kombinace1. Synt. buněčné stěny + statické inhibitory metabolismu

beta-laktamy, glykopeptidy + makrolidy, tetracykliny, chloramfenikolbakt. buňka neroste, nesyntetizuje buněčnou stěnu, betalaktamy nemohou účinkovat

2. Antimetabolity + statické inhibitory metabolismusulfonamidy + makrolidy, teteracykliny, chloramfenikol

3. Cidní inhib.metab.,buň. memb. + statické inhib. metab., antimetabolityaminoglykosidy, polypeptidy + makrolidy, tetracykliny, chloramfenikol

Kombinace ATB a chemoterapeutikNepřípustné kombinace4. Kombinace toxických prepar4. Kombinace toxických prepar4. Kombinace toxických prepar4. Kombinace toxických preparááááttttůůůů (zejm(zejm(zejm(zejmééééna na na na nefrotoxicitanefrotoxicitanefrotoxicitanefrotoxicita))))

jakékoliv kombinace těchto preparátů:aminoglykosidy, glykopeptidy /vankomycin, teikoplanin/, polypeptidy/kolistin/, polyeny /amfotericin B/.

Terapie toxickým preparátem pouze 7 dní, maximálně 10 !!!Důležité je dobré zavodnění pacienta - nefrotox. aminoglyk.Při delší terapii nutná výměna za netoxický.

! dobr! dobr! dobr! dobráááá ATB strategie !ATB strategie !ATB strategie !ATB strategie !

MRSA –meticilin rezistentní S. aureus

mecA gen – změna PBPnosičství – kůže, nossepse, pneumonienosokomiální infekce

Methicillin resistance in Staphylococcus aureus

In-Patients

Total isolates

% MR

60 -

55 -

50 -

45 -

40 -

35 -

30 -

25 -

20 -

15 -

10 -

5 -

0 -

- 5000

- 4500

- 4000

- 3500

- 3000

- 2500

- 2000

- 1500

- 1000

- 500

-

1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999

% n

Isolates of the same species

from the same pat ient within365 days were considered

duplicates (and excludedfrom the analysis) unless

the susceptibility patternwas dif ferent. G.French, GUY“s & S.Hospital, London

QQUIP.QQUIP.QQUIP.QQUIP.212.72.48.4/QQUIP/index.212.72.48.4/QQUIP/index.212.72.48.4/QQUIP/index.212.72.48.4/QQUIP/index.aspxaspxaspxaspx????ChapterIDChapterIDChapterIDChapterID=19720=19720=19720=19720

incidence MRSA ve skandinávských zemích

Skov R. MRSA infections increasing in the Nordic countries. Eurosurveillance 2005;10(8):050804

Proportion of invasive S. aureus isolates resistant to oxacillin(or equivalents), EARSS, 2004

Distribuce pacientDistribuce pacientůů s s invazivninvazivníímimi MRSA MRSA v v ČČR 3Q 2000R 3Q 2000--3Q 2001 (n=69) 3Q 2001 (n=69)

3536

37

CZCZ--EARSS 2000EARSS 2000--20020011

Prvotní záchyt

41%

44%

15%

imunokompomit.pac.

chron.pacienti

Dýchací cestyKůže apodkoží

ATB profily (HK 2003)

mak.+lin.fl.chinol. chloramf.aminogl. tetracyk.

R

R

R

R

R

R

C

C

R R R C

R

R

C

C

C

R

C

C R C

R

C

R

C

R

C

C

C

C

C

R

C

C

R

C

C

C

C 4

2

2

3

8

1

1

1

Všechny kmeny citlivé na glykopeptidy a cotrioxazol,

rezistentní na potencované aminopeniciliny.

Některé kmenymají : málo pigmentu

slabou hemolýzu

ORSAB – chromogenní půdaOxoid

substrátchromogen

enzym47,-Kč/miska

hotové médium

New patients with MRSA: Surgical Ward, 1998-9

0

2

4

6

8

10

12

14

J F M A M J J A S O N D J F M A M19981998 19991999

HygieneHygiene

ScreenScreen

ClinicalClinical

ScreenScreen

výskyt ESBL pozitivních kmenů

Pujol, M.The Role of Multi-Antibiotic Resistant Gram-Negative Bacteria (ESBLs) in Serious Hospital Infectionsand Interventions to Manage This GrowingProblem: The European Experience

incidence K. pneumoniae ESBL v závislosti na používání cefalosporinů

InfectionInfectionInfectionInfection ControlControlControlControl ImplicationsImplicationsImplicationsImplications ofofofof ESBL ESBL ESBL ESBL ProducingProducingProducingProducing OrganismsOrganismsOrganismsOrganismsPresented by Dr. David Pattersonfor TIBDN Spring Educational DayMarch 7, 2003

Spotřeba ATB a rezistence respiračních patogenů v České republice

spotřeba makrolidů

0

0,5

1

1,5

2

2,5

89 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00

DD

D/1

00

0/d

en

0

2

4

6

8

10

12

14

16

96 97 98 99 200

rez

iste

nc

e (

%)

S.pyogenes - ERY - R

S.pneumoniae - ERY - R

Rezistence S.pneumoniae(2001)

rezistence (%) spot. ATB ambul.

(DDD/1000/den)

Holandsko 2 8

Německo 4 12

Česká republika 9 19

Francie 48 35

Praktičtí lékaři a ambulantníspecialisté Hradec Králové

Rezistence H.influenzae na

cotrimoxazol - krk

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

% cotrimoxazol