Antibiyotiklerindirencmekanizmalari

Mehmet YANAR
201194913
MOLEKÜLER BİYOLOJİ DERS ÖDEVİ
ANTİBİYOTİKLERİN DİRENÇ MEKANİZMALARI
Antibiyotikler çeşitleriyle farklı etkinliklere sahiptirler ve farklı dirençlerle
karşılaşırlar. bunlar;
I. Bakteriyostatikler
Bakteri lerin gelişmesini veya üremesini önlerler.
Gelişmesi ve üremesi duran bakteriler, savunma mekanizmaları tarafından
kolaylıkla yok edilirler.
Bakteriyostatik etki gücünün göstergesi “Minimum inhibitör Konsantrasyon =
MİK”dur.
 Tetrasiklinler
 Makrolitler
 Sülfonamidler
 Linkozamidler
 Metronidazol
II. Bakterisidler
Bunlar bakteri hücresini dolaysız olarak yok ederler.
Bakterisid etki gücünün göstergesi “Minimum Bakterisid Konsantrasyon
=MBK”dur.
1)Beta-Laktamlar:
• Penisilinler
• Sefalosporinler
• Monobaktamlar
• Karbapenemler
• Beta-laktamaz inhibitörleri
♦ Sulbaktam
♦ Tazobaktam
♦ Klavulanik Asid
2)Florokinolonlar
3)Vankomisin
4)Rifampisin
5)Teikoplanin
1. Akciğer dokusuna girişi iyi olan antibiyotikler
Penisilin G, Ampisilin
Tetrasiklin
Eritromisin, Spiramisin
Florokinolonlar
2. Kemik dokusuna girişi iyi olan antibiyotikler
Metisilin
Sefazolin
Klindamisin, Linkomisin
1
3. İntraselüler penetrasyonu iyi olan antibiyotikler
Tetrasiklinler
Makrolitler
Etambutol
Kloramfenikol
Rifampisin
Florokinolonlar
Klindamisin
Trimetoprim
4. Barsaklardan emilmeyen ve mide sıvısında parçalanmayan antibiyotikler
Aminoglikozidler: Kanamisin, Neomisin, Paromomisin
Kolistin, Polimiksin B
Vankomisin
5. Kan-beyin engelini aşabilen antibiyotikler
Kolay Aşabilenler
Kloramfenikol
Ko-trimaksazol
3. Kuşak Sefalosporinler
Florokinolonlar
Yüksek Dozda Aşabilenler
Penisilinler, Ampisilin
Gentamisin
Tüberküloz Menenjitte Kullanılanlar
Rifampisin
İzoniazid
Streptomisin
6. İdrarla aktif şekilde atılanlar:
Ampisilinler
Sefalosporinler
Aminoglikozidler
Kolistin, Polimiksin B
Ko-trimoksazol
Kinolonlar
7. Safradan aktif şekilde atılanlar:
Ampisilin
Makrolitler
Linkomisin
Tetrasiklin
Tiamfenikol
Yeni Antibiyotikler
 Oksazolidinonlar (Linezolid)
 Streptograminler (Kinupristin/Dalfopristin)
 Ketolidler (Telitromisin ve Ketromisin)
2









Lipopeptidler (Daptomisin)
Yeni Glikopeptidler (Dalbavansin,Oritavansin)
Karbapenemler (Ertapenem)
Glikolipodepsipeptidler (Ramoplanin)
Peptit Deformilaz (PDF) İnhibitörleri
Vikuron (LBM-415)
Kinolonlar (WCK-771)
Dihidrofolat Redüktaz İnhibitörleri (Iklaprim)
Tetrasiklinler (Tigesiklin
ANTİMİKROBİKLERİN BAŞLICA ETKİ MEKANİZMALARI
1.Hücre duvarı sentezinin önlenmesi
2.Hücre membranına etki
3.Protein metabolizmasına etki
4.DNA oluşumunun engellenmesi
1-Hücre Duvarı sentezinin önlenmesi
Penisilinler
Sefalosporinler
Karbapenemler
Monobaktamlar
Mikoplazmalar hariç tüm bakterilerin hücre duvarında mükopeptid veya mürein
denilen PEPTİDOGLİKAN tabaka vardır.
Peptidoglikan zincirleri ardarda yer alan N-asetilglukozamin ve N-asetilmuramik
asit ünitelerinden oluşur.
Peptidoglikan sentezinin oluşumu üç enzim sistemini gerektirir
Transpeptidaz
Karboksipeptidaz
Endopeptidaz
Beta laktam Antibiyotikler bu enzim aktivitelerini bloke ederler
DNA OLUŞUMUNU ENGELLEYEREK ETKİ
Sulfanamidler
Bazı bakteriler ihtiyacı olan folik asidi sentezlemek zorundadır. Bunun için
prekürsör PABA alır.
PABA’yı dihidropteridin ile birleştirerek, folik aside dönüştürürler.
Sulfanamidlerin yapısı PABA’ya benzemektedir. Aradaki kimyasal rekabet sonucu
folik asit sentezi inhibe olur. Dolaylı olarak DNA sentezi bozulur.
Rifampisin
DNA’ya bağımlı RNA polimeraz enziminin beta subünitesini inhibe ederek mRNA sentezini bozar ve transkripsiyon önlenir.
Kinolonlar
DNA GYRASE kromozomal veya kromozom dışı çok uzun DNA’nın bakteri
içine sığınabilmesi için bükülmesini ve fazla kıvrımlı hale gelmesini ATP yardımı ile
çembersel DNA’nın açılıp kapanmasını
DNA gyrase’ın aktivitelerinden herhangi birinin blokajı DNA sentezini önler.
Bakteri bölünemez, çok uzar ve ölür.
3
HÜCRE MEMBRANINI ETKİLEYENLER
Polimiksinler
Polyen antibiyotikler
Stoplazmik zarın fonksiyonel bütünlüğünü bozup purin ve primidin nükleotidleri
ile proteinlerin hücre dışına çıkmasına ve bakterinin zarar görmesine - ölmesine neden olurlar.
PROTEİN METABOLİZMASINA VE SENTEZİNE ETKİ YAPAN
ANTİBİYOTİKLER
Ribozomların 30S birimine bağlanarak protein sentezini önleyen antibiyotikler
Aminoglikozitler
Tetrasiklinler
Ribozomlerın 50S birimine bağlanarak protein sentezini önleyen antibiyotikler
Kloramfenikol
Makrolidler
Azalidler
Linkozamidler
BAKTERİLERDE ANTİBİYOTİKLERE DİRENÇ GELİŞME
MEKANİZMALARI
Bir mikroorganizmanın antibiyotiğin öldürücü (Bakterisid) veya çoğalmasını
önleyici (Bakteriyostatik) etkisinden korunabilme kapasitesine direnç denir.
Direnç mekanizmaları
• Doğal direnç (intrinsik direnç)
• Primer direnç
• Sekonder direnç (Kazanılmış direnç)
Doğal Direnç (intrinsik direnç)
Kromozomal genler tarafından eksprese edilir. Bir bakteri türünün
tüm hücrelerinde görülür
 P.aeruginosa’nın Penisilin direnci
 Gram negatif Vankomisin direnci
 Elektron transport sistemi bulunmayan anaeropların
Aminoglikozid direnci
 Rifampisin ve MLS grubu antibiyotikler hidrofobik
olduklarından gram (-) duvarı geçemez ve doğal direnç
ortaya çıkar
Primer Direnç
Uzun yıllar kullanılan antibiyotik sonucu dirençli türlerin
ortaya çıkmasını ifade eder
4
Bir mikroorganizma türünün bir kısmının bazı
antibiyotiklere dirençli, bir kısmının duyarlı olmasını gösterir
Sekonder Direnç (Kazanılmış Direnç)
Belirli tedaviler sırasında seleksiyon veya spontan
mutasyonlarla bakterinin eskiden duyarlı olduğu bir antibiyotiğe
dirençli hale gelmesidir.
Kromozomal, plazmid, transpozon aracılı olabilir
Bakterilerde antibiyotik direncinin oluşumunda;
A. Antibiyotiği inaktive eden plazmid genleri tarafından kodlanan
enzimler geliştirmesi
B. Antibiyotiğin hedeflediği yapının değişikliğe uğraması ve/veya
hedefin aşırı üretimi
C. Farklı metabolik yolların geliştirilmesi
- Bozulmuş uptake - Aktif efluks
D. Antibiyotiğin kimyasal yapısının modifikasyonu
E. Antibiyotiğin kimyasal yapısının modifikasyonu
Enzimatik Direnç
Betalaktam anitibiyotiklere direnç
Enzimatik inaktivasyon (Betalaktamazlar)
 Gram (+) bakterilerin betalaktamazları ekzoenzimlerdir
Antibiyotikleri dış ortamda hidroliz ederler
 Gram (-) betalaktamazları ise periplazmik bölgede etkin olurlar.
Porlardan geçen antibiyotiği inaktive ederek etki gösterir
Enzimler
Kromozomal veya Plazmid orjinli olabilir
Kromozomal betalaktamazlar Konstitütif enzimlerdir.
Yani yapısaldır. Penisilinaz, sefalosporinaz ve geniş
spektrumlu betalaktamazlar bu grup enzimlerdir.
Ortamda betalaktam bulunmadığı zamanda sentez edilir.
 Plazmidler tarafından kodlanan betalaktamazlar
TEM-1, TEM-2, TEM-3
OXA-2, OXA-3
5
SHV, SHVI
PSE-1, PSE-2, PSE-3 ve PSE-4…………..
 Tüm bu enzimleri %75’i TEM-1 orjinlidir.
 Bu enzimleri kodlayan genlerde oluşan nokta mutasyonları
sonucu genişlemiş spektrumlu (ESBL) betalaktamazlar ortaya
çıkmıştır.
 Neisseria gonorrhoeae’ de penisilin direnci
 Plazmid aracılı betalaktamaz üretimine
 Kromozomal aracılı permeabilite değişikliği ile meydana
gelmektedir
 Bakterilerin kloramfenikol direncide enzimatikdir
 Gram (+) ve Gram (-) bakterilerde intraselüler olarak
oluşturulan Kloramfenikol asetiltransferaz enzimi ile hidroksil grubu
asetillenen kloramfenikol 50S alt birimine bağlanamaz.
ANTİBİYOTİĞİN KİMYASAL YAPISININ MODİFİKASYONU
 Antibiyotiğin birleştiği molekül kromozomal mutasyonla
veya plazmid aracılığı ile değişikliğe uğradığı zaman molekülün
antibiyotiğe afinitesi azalmakta veya kaybolmaktadır.
BAKTERİDE ANTİBİYOTİĞİN HEDEF ALDIĞI
MOLEKÜLÜN DEĞİŞİKLİĞE UĞRAMASI
S. aureus
 Direnç gelişimi, PBP-2’nin hemen altında PBP-2a gibi
düşük afiniteli PBP’lerin üretimi sözkonusudur. Bu protein
kromozomal gen MecA tarafından kodlanır.
 Bu suşlarda Klindamisin, eritromisin, tetrasiklin ve TMPSXT direnci de gözlenmektedir.
 Bakteride metisilin direncinin ortaya çıkabilmesi için mecA
ekspresyonu gerekir.
 MecA geni taşıdığı halde metisiline duyarlı stafilokoklar
olabilmektedir.
 MecA geninin varlığı metisilin direnci için mutlak gerekli, ancak
yeterli değildir
 Muhtemelen mecA geninin ekspresyonunu kontrol eden mecRI
ve mecI gibi başka bazı genler direnç oluşumunda etkilidir.
6
 Beta-laktamaz negatif olup; mecA geni taşımadıkları halde
metisiline direnç gösteren stafilokoklar da vardı
 Bu grupda PBP’lerin beta-laktam antibiyotiklere
duyarlılıklarının azaldığı (PBP2a üretimi gibi nedenlerle)
gösterilmiştir.
 Sınırda direnç “border-line” denen düşük düzeyde dirence neden
olurlar
 Streptococcus pneumoniae’de penisilin direnci
Bakteri hücre duvarında 1a, 1b, 2a, 2b, 2x ve 3 PBP olmak üzere
6 PBP bulunur.
Düşük molekül ağırlıklı olanlar Karboksipeptidaz
Yüksek molekül ağırlıklı olanlar Transpeptidaz
 Bu proteinlerdeki örneğin PBP2b deki çok küçük bir değişiklik
penisilin direnci ile sonuçlanır.
 Geniş spektrumlu penisilinlerde ise PBP1a ve PBP2x ‘e afinite
daha fazladır.
 Ribozomal Hedefin Değişmesi
Streptomisin ribozomun 30S alt ünitesindeki S12 proteinine bağlanır.
Dolaysıyla protein sentezini translasyon aşamasında önler. Ancak S12
de bir aminoasit değişikliği dirence yol açar. 50S alt ünitesinde
değişiklik kloramfenikol direncine yol açar. Makrolid, Linkozamidler
ve Streptogramin B MLS grubu antibiyotiklerin 50S ribozomuna
bağlanmasını önleyen erm genleri ile metilasyon yoluyla direnç
gelişir.
 23S rRNA metilasyonu
Metilasyona neden olan enzim eritromisinle indüklenebilir ve diğer
antibiyotiklere çapraz direnç oluşur.
 DNA giraz enziminin gyr A ve gyr B genleri tarafından
kodlanan ikişer subüniti vardır.
 gyr A ve gyr B subüniti lokusunda meydana gelen spontan
mutasyonlar direnç gelişimine neden olurlar.
 Enterokoklardaki intrinsik penisilin direnci, beta-laktam
antibiyotiklere düşük bağlanma afinitesi gösteren PBP 5
enziminin varlığına bağlıdır.
 PBP 5 tüm beta-laktam antibiyotiklere düşük afinite gösterdiği
için enterokoklar tüm beta-laktam antibiyotiklere tolerandır.
7
 Bu enzim Solomon adalarında izole edilmiş ve hiçbir
antibiyotikle karşılaşmamış enterokok suşlarında bile tespit
edilmiştir.
 Vankomisin dirençli enterokoklarda Van A, Van B, Van C, Van
D ve Van E tipi dirençler bildirilmiştir.
 Vankomisine direncin bakterinin yeni bir D-Ala-D-Ala ligase
enzimi aracılığıyla D-Alanin-D- ala distal ucunun yapısını
değiştirerek , ilacın buraya bağlanamaması ile meydana geldiği
sanılmaktadır.
 Değişen D-Alanin-D-…… dipeptidinin glikopeptidlere afinitesi
azalmış olup;dolaysıyle glikopeptid varlığında hücre duvarı
sentezi devam eder.
Genetiğe Bağlı Direnç Aktarımı
 Transdüksiyon
Bakteri fajlarının kullanılması yoluyla gen
rekombinasyonunun sağlandığı bir işlemdir.
 Transformasyon
Genler bir hücreden diğerine sadece çıplak DNA(çift iplikli)
parçalarının taşınması yoluyla geçmektedir.
 Konjugasyon
İki canlı hücre arasında ilişki kurulması zorunlu olup;
konjugasyona giren hücreler arasında F plazmidi (fertility plasmid) adı
verilen bir plazmidin belirlediği iki ayrı seks özelliği gereklidir.
8