FEHÉRJESZINTÉZIST GÁTLÓ ANTIBAKTERIÁLIS SZEREK Tábi Tamás Gyógyszerhatástani Intézet

Bakteriális riboszóma 50 S alegység 5 S rRNS 23 S rRNS Although the overall process of translation is similar between bacteria and higher organisms, there are a number of pharmacologically exploitable differences in details of the mechanism. The number and composition of the rRNA molecules differ between bacterial and human ribosomes. Thus, bacterial ribosomes can also serve as selective targets for antibiotics. The ribosome of a representative bacterium has a sedimentation coefficient of 70S and is composed of a 30S subunit and a 50S subunit. The 30S subunit contains a single 16S rRNA molecule and 21 different proteins, while the 50S subunit contains two rRNA molecules—23S rRNA and 5S rRNA—and more than 30 different proteins. Importantly, it is the rRNA rather than the protein components of the ribosome that are responsible for the ribosome's key activities, namely, decoding the mRNA, linking together amino acids, and translocating the translation machine. The 70S ribosome contains two sites that bind tRNAs during translation: the P or “peptidyl” site, which contains the growing peptide chain, and the A or “aminoacyl” site (also known as the “acceptor” site), which binds incoming tRNA molecules carrying the various amino acids. (There is also an E or “exit” site, which binds the tRNAs that have been used during translation before they are ejected from the ribosome.) The mRNA-binding site binds a sequence near the 5 prime end of the mRNA, placing the mRNA in the proper position for the translation of its first codon. The binding sites are all located at or near the interface between the large and small subunits. The prokaryotic 70S ribosome consists of a 30S subunit and a 50S subunit. Each subunit is composed of ribosomal RNA (rRNA) and numerous proteins. The rRNAs are responsible for most of the important activities of the ribosome and are the targets of antibiotic drugs that inhibit translation. Aminoglycosides, spectinomycin, and tetracyclines bind to and inhibit the activity of 16S rRNA in the 30S subunit. Macrolides, chloramphenicol, lincosamides, streptogramins, and oxazolidinones bind to and inhibit the activity of 23S rRNA in the 50S subunit. First, translation inhibitors target either the 30S or 50S subunit of the bacterial ribosome. The second consideration concerns selectivity. In addition to their inhibitory effects on bacterial ribosomes, protein synthesis inhibitors can affect mammalian mitochondrial ribosomes, cytosolic ribosomes, or both. Inhibition of host ribosomes is one common mechanism by which these drugs cause adverse effects. For some antibiotics, such as chloramphenicol, inhibition of mammalian ribosomes represents a major drawback and can lead to serious, even lethal, adverse effects. Tetracyclines can also inhibit mammalian ribosomes in vitro; fortunately, however, this class of drugs is concentrated selectively in bacterial cells. Certain other translation inhibitors exhibit little or no inhibition of mammalian ribosomes at clinically relevant concentrations; for these agents, the dose-limiting toxicities appear to be attributable to other mechanisms. The third consideration is that complete inhibition of protein synthesis is not sufficient to kill a bacterium. Bacteria can generate a number of responses to various growth-stifling treatments that allow them to remain dormant until the treatment is removed. One of these responses permits the bacteria to survive complete inhibition of protein synthesis. As a result, most inhibitors of protein synthesis are bacteriostatic. Aminoglycosides are the major exception to this rule. 30 S alegység 16 S rRNS

Bakteriális fehérjeszintézis Ile-tRNS szintézis Mupirocin Alegységek össze-kapcsolódása oxazolidinonok AA-tRNS kötődés tetraciklinek Elongációs faktor Fusidinsav Bázispárosodás aminoglikozidok Transzlokáció makrolidok ketolidok Clindamycin streptograminok Translation can be divided into three steps: initiation, elongation and termination. Elongation involves the addition of amino acids to the carboxyl end of the growing polypeptide chain, as the ribosome moves from the 5′-end to the 3′-end of the mRNA that is being translated. tRNA molecules carrying specific amino acids (aminoacyl tRNAs) enter the ribosomal A site and base-pair to their complementary codons on the mRNA. Utilization of the correct tRNA requires not only anticodon-codon recognition between tRNA and mRNA, respectively, but also decoding functions provided by the 16S rRNA in the 30S ribosomal subunit. Peptidyl transferase, an enzyme whose activity derives from the 23S rRNA of the 50S subunit (i.e., peptidyl transferase is a ribozyme), catalyzes the formation of a peptide bond between fMet and the next amino acid. The peptide bond links fMet to the next amino acid, which, in turn, is linked to the tRNA in the A site (i.e., the tRNA in the A site has “accepted” the fMet). After the peptide bond has been formed, the ribosome advances three nucleotides toward the 3′-end of the mRNA. In the process, the tRNAf that was originally linked to the fMet is ejected from the P site (and binds to the E site), the tRNA that is now linked to two amino acids shifts from the A site to the unoccupied P site, the A site becomes available, and the growing peptide emerges from the exit tunnel of the ribosome. This process is known as translocation. In this manner, polypeptide chain elongation results from multiple cycles of aminoacyl tRNA binding to the A site, peptide bond formation, and translocation. Three general points are worth noting about bacterial translation. First, the two ribosomal subunits demonstrate segregated functions: the 30S subunit is responsible for faithful decoding of the mRNA message, while the 50S subunit catalyzes peptide bond formation. Translocation, however, seems to involve both subunits. Second, the catalytic machinery resides in the RNA component of the ribosome, not in the ribosomal proteins. Third, inhibitors of protein synthesis block the process of translation at different steps. Pharmacologic agents that inhibit translation interfere with the activities of the prokaryotic ribosome. Aminoglycosides bind to rRNA in the 30S subunit and enable the binding of incorrect tRNAs to mRNA; tetracyclines block aminoacyl-tRNA binding to the A site; chloramphenicol and lincosamides inhibit the peptidyl transferase activity of the 50S subunit. Spectinomycin, macrolides, and streptogramins inhibit peptide translocation. The mechanism(s) of action of the oxazolidinones are uncertain, but some possible sites of action are indicated. Peptidkötés Chloramphenicol oxazolidinonok

Aminoglikozidok Hatásmechanizmus Polikationok – károsítják a Gram negatívak külső membránját, a Gram pozitívak sejtfalán nehezen penetrálnak Aktív transzport a baktériumba az elektron-transzportlánc segítségével Kötődés a 30 S alegységhez – misreading, majd az iniciációs komplex és a poliszóma képződés gátlása Irreverzibilis riboszóma károsodás A non-sense fehérjék membránpórusokat képeznek – membránkárosodás, lízis – fokozott penetráció Low concentrations of aminoglycosides induce protein misreading and abnormal proteins allow higher concentrations of aminoglycosides to enter the cell and halt protein synthesis. Initially aminoglycosides are present at low concentrations inside the bacterial cell despite therapeutic extracellular concentrations of the drug because of poor uptake across the bacterial membranes. Aminoglycosides bind to bacterial ribosomes and cause incorporation of incorrect amino acids (misreading) into nascent polypeptides. The abnormal proteins insert into the bacterial membranes forming pores and causing membrane damage. The damaged membranes allow more aminoglycoside molecules to flood into the cell. The membrane damage cannot be repaired because new proteins cannot be synthesized and cell death ensues. Polycathionic molecules – this chemical structure results in a binding both to the anionic outer bacterial membrane (and to anionic phospholipids in the cell membranes of mammalian renal proximal tubular cells). Loss of membrane integrity can be responsible for the rapid concentration dependent bactericidal effect (polycationic molecules that damage outer membrane integrity) Active transport through the cell membrane is an oxygen-dependent process, energy is supplied from the transmembrane electrochemical gradient (transport is coupled to a proton pump). Low extracellular pH and anaerobic conditions inhibit transport by reducing the gradient (often occurring in abscesses). Ribosomal destruction accounts for the long postantibiotic effect (12-20 h). New ribosomes should be synthesized. Gyors koncentrációfüggő baktericid hatás Hosszú posztantibiotikus hatás (12-20 óra)

Aminoglikozidok Rezisztencia mechanizmusok Hatóanyagok Inaktiváló enzimek (acetiláció, adeniláció, foszforiláció) Csökkent penetráció – kombináció sejtfalszintézis gátlóval Spektrum: Gram negatív aerob baktériumok beleértve a Pseudomonast is, a Gram pozitívak csak mérsékelten érzékenyek Hatóanyagok Gentamicin, Tobramycin Amikacin Streptomycin Neomycin

Aminoglikozidok Farmakokinetika Felszívódás: im. vagy iv. alkalmazás (orális GIT fertőtlenítésre). Eloszlás: extracelluláris tér, nem penetrálnak az agyba és a szekréciós terekbe Aktívan kumulálódnak a vese tubulusok epithel sejtjeiben és az otolymphában – toxicitás helyei Elimináció: gyors kiválasztás glomerulus filtrációval T1/2 a GFR-tól függ – 2-3 óra  24-48 óra

Aminoglikozidok Mellékhatások Receptor mediált endocitózissal kumulálódnak a vese tubulusok epithel sejtjeiben és a fül szőrsejteiben Lizoszóma ruptúra, ROS termelés, mitokondrium károsodás Nefrotoxicitás: vesefunkció romlás  csökkent clearance Kezdetben reverzibilis Más nefrotoxikus szerek fokozzák Oto- és vesztibuláris toxicitás: Halláskárosodás – magas hangok kiesése, fülcsengés Egyensúlyzavar, vertigo Irreverzibilis károsodás Kacsdiuretikumok, más ototoxickus szerek fokozzák Neuromuszkuláris blokád: csökkent ACh felszabadulás Anesztézia vagy myasthenia gravis esetén

} Aminoglikozidok Adagolás Napi egyszeri adagolás preferált, mert koncentrációfüggő baktericid hatás a baktericid hatás a csúcskoncentrációval arányos hosszú posztantibiotikus hatás

Aminoglikozidok

} - Aminoglikozidok Adagolás Napi egyszeri adagolás preferált, mert koncentrációfüggő baktericid hatás a baktericid hatás a csúcskoncentrációval arányos hosszú posztantibiotikus hatás - a toxicitás a tartósan magas koncentrációval arányos aktív és telíthető kumuláció a toxicitás helyén

Aminoglikozidok

} - Aminoglikozidok Adagolás Napi egyszeri adagolás preferált, mert koncentrációfüggő baktericid hatás a baktericid hatás a csúcskoncentrációval arányos hosszú posztantibiotikus hatás - a toxicitás a tartósan magas koncentrációval arányos aktív és telíthető kumuláció a toxicitás helyén A napi egyszeri adagolás hatékonyabb és kevésbé toxikus Az elimináció a vesefunkció függvénye

Aminoglikozidok

} - Aminoglikozidok Adagolás Napi egyszeri adagolás preferált, mert koncentrációfüggő baktericid hatás a baktericid hatás a csúcskoncentrációval arányos hosszú posztantibiotikus hatás - a toxicitás a tartósan magas koncentrációval arányos aktív és telíthető kumuláció a toxicitás helyén A napi egyszeri adagolás hatékonyabb és kevésbé toxikus Az elimináció a vesefunkció függvénye Adagolás testfelszín, kor, nem és GFR alapján TDM nagy kockázat esetén

Aminoglikozidok Klinikai alkalmazás Súlyos Gram negatív fertőzések: húgyúti – önállóan sepsis, endocarditis, pneumonia – sejtfalszintézis gátlóval intraabdominális fertőzések – anaerobra ható szerrel Bélflóra eradikáció műtét előtt: Neomycin (helyi) Helyi: bőr-, seb-, szem- és fülfertőzések TBC: Streptomycin, Amikacin

Tetraciklinek Hatásmechanizmus Rezisztencia mechanizmus A 30 S alegységhez kötődnek Gátolják az AA-tRNS kötődését Bakteriosztatikus Szelektív kumuláció a baktériumokban, aktív efflux az emlőssejtekben Rezisztencia mechanizmus Csökkent kumuláció – plazmid kódolt efflux transzporter Spektrum: nagyon széles; Gram pozitív és negatív baktériumok, anaerobok, spirochaeták, intracellularis baktérimok, protozoonok. A szerzett rezisztencia jelentős

Tetraciklinek Farmakokinetika Tetracyclin, Oxytetracyclin Doxycyclin Felszívódás: változó orális felszívódás Két- és háromértékű kationok rontják Eloszlás: kiváló, bejutnak az intracelluláris térbe, az agyba mérsékelten penetrálnak Elimináció: vizelettel vagy széklettel ürülnek

Tetraciklinek Mellékhatások Klinikai alkalmazás GIT zavarok: direkt irritáció és dysbacteriosis Csont- és fog rendellenességek: lerakódnak a növekvő csontban és fogban  elszíneződés, károsodás Ellenjavalltak 8 év alatt és terhesség, szoptatás során Fényérzékenység Májkárosodás, vesztibuláris zavarok, pseudotumor cerebri Klinikai alkalmazás Első választás: atípusos fertőzések, Lyme-kór, acne Helyi kezelés: bőr- és szemfertőzések Alternatíva: típusos légúti, GI fertőzések , H. pylori eradikáció, protozoon fertőzések

Glicilciklinek Tigecyclin Tetraciklin származék azonos hatásmechanizmussal Nem szubsztrátja az efflux transzporternek – hat a rezisztens törzsekre is Iv. alkalmazás – helyi mellékhatások Tetraciklinekhez hasonló mellékhatások Súlyos kórházi fertőzések kezelésére

Chloramphenicol Hatásmechanizmus Rezisztencia mechanizmus Az 50 S alegységhez kötődik Gátolja a peptidil-transzferáz lépést Bakteriosztatikus Rezisztencia mechanizmus Enzimatikus inaktiváció – plazmid kódolt acetil-transzferáz Spektrum: széles; Gram pozitív és negatív baktériumok, anaerobok, spirochaeták, intracelluláris baktériumok. Farmakokinetika Felszívódás: gyors és teljes Eloszlás: kiváló, bejut a sejtekbe, agyba, tályogokba Elimináció: glukuronidáció után a vizelettel ürül

Chloramphenicol Mellékhatások, toxicitás Klinikai alkalmazás Csontvelő-károsodás: dózisfüggő és reverzibilis, a mitokondriális fehérjeszintézis gátlása miatt Aplasticus anaemia: ritka, irreverziblis – idiosyncrasia „Szürke bébi” szindróma: kora- és újszülöttekben CYP gátló Klinikai alkalmazás Helyi: bőr- és szemfertőzések Alternatíva: agytályog, meningitis, typhus, rikettiosis

Makrolidok Hatásmechanizmus Rezisztencia mechanizmus Az 50 S alegységhez kötődnek Gátolják a transzlokációs lépést Bakteriosztatikus vagy baktericid Rezisztencia mechanizmus Riboszómális védelem – metiláz, módosítja a kötőhelyet Indukálható vagy konstitutív Teljes keresztrezisztencia a makrolidok között Részleges keresztrezisztencia más 50 S gátlókkal

Makrolidok Farmakokinetika Erythromycin, Roxithromycin, Spiramycin Clarithromycin, Azithromycin – jobb hatás Gram negatívak ellen Spektrum: Gram pozitívak, néhány Gram negatív bakt;rium, anaerobok, spirochaeták és intracellularis baktériumok, néhány Mycobacterium és protozoon Farmakokinetika Felszívódás: változó orális felszívódás Eloszlás: jó, bejutnak a sejtekbe, de az agyba nem penetrálnak Azithromycin – kumulálódik az intracelluláris térben Elimináció: metabolizmus után főleg az epén át Clarithromycin – aktív metabolit

Makrolidok Mellékhatások Klinikai alkalmazás GIT zavarok: Erythromycin – motilinszerű hatás Clarithromycin – fémes szájíz Májkárosodás: főleg Erythromycin estolat Hallászavar: átmenti, főleg parenterális adagolás esetén Kölcsönhatások: CYP 3A4 gátlás Klinikai alkalmazás Első választás: atípusos fertőzések, légúti fertőzések, H. pylori eradikáció, acne, toxoplasmosis Alternatíva: penicillin allergia, MAC fertőzés

Ketolidok Mellékhatások Klinikai alkalmazás Telithromycin Makrolid származék azonos hatásmechanizmussal, spektrummal Koncentrációfüggő baktericid hatás Posztantibiotikus hatás (1-8 óra) Hat a makrolid rezisztens törzsekre is Mellékhatások GIT zavarok Májkárosodás: ritkán súlyos májnekrózis Klinikai alkalmazás Alternatíva: légúti fertőzések

Linkózamidok Hatásmechanizmus Rezisztencia mechanizmus Clindamycin Az 50 S alegységhez kötődik Gátolja a transzlokációs lépést Bakteriosztatikus hatás Rezisztencia mechanizmus Riboszómális védelem – metiláz, módosítja a kötőhelyet Nem indukálja az enzimet Részleges keresztrezisztencia más 50 S gátlókkal Spektrum: Gram pozitív coccusok, anaerobok, néhány protozoon

Linkózamidok Farmakokinetika Mellékhatások Klinikai alkalmazás Felszívódás: jó orális felszívódás Eloszlás: jó, bejut a sejtekbe, de az agyba nem penetrál Elimináció: metabolizmus után az epén át Mellékhatások GIT zavarok: gyakori, pseudomembranous colitis előfordulhat Kiütések Klinikai alkalmazás Első választás: anaerob és kevert fertőzések (fog, csont hasi, kismedencei, aspirációs pneumonia), esetleg kombináció Toxoplasmosis, Pneumocystis carinii fertőzés Helyi: acne Alternatíva: penicillin allergia, légúti fertőzés

Sztreptograminok Hatásmechanizmus Rezisztencia mechanizmus Quinupristin (streptogramin B) Dalfopristin (streptogramin A) Hatásmechanizmus Szinergista kombináció (7+3) A Quinupristin kötődik az 50 S alegységhez és gátolja a transzlokációt A Dalfopristin fokozza a Quinupristin affinitását Baktericid, hosszú posztantibiotikus hatással (10 óra) Rezisztencia mechanizmus Riboszómális védelem – metiláz, módosítja a kötőhelyet Nem indukálja az enzimet Részleges kereszt-rezisztencia más 50 S gátlókkal Spektrum: Gram pozitív coccusok, beleértve MRSA, PRP, VRE

Sztreptograminok Farmakokinetika Mellékhatások Klinikai alkalmazás Iv., gyors májmetabolizmus, ürülés az epén át Mellékhatások Irritáció, vénagyulladás Arthralgia-myalgia szindróma Kiütések, hányinger Kölcsönhatások: CYP 3A4 gátló Klinikai alkalmazás Súlyos, rezisztens Gram pozitív fertőzések

Oxazolidinonok Hatásmechanizmus Farmakokinetika Linezolid Az 50 S alegységhez kötődik Gátolja a 70 S riboszóma kialakulását Gátolja a peptidkötés kialakulását Bakteriosztatikus vagy baktericid Spektrum: Gram pozitívak, beleértve MRSA, PRP, VRE, C. difficile Farmakokinetika Felszívódás: jó orális felszívódás, iv. is adható Eloszlás: jó, bejut a sejtekbe és az agyba Elimináció: metabolizmus után az epén át

Oxazolidinonok Mellékhatások Klinikai alkalmazás Linezolid Hányinger, kiütések Mitokondrium károsodás: csontvelő-károsodás, neuropathiák, laktát acidosis Kölcsönhatások: MAO-gátló Klinikai alkalmazás Súlyos, rezisztens Gram pozitív fertőzések

Szteroid antibiotikumok Fusidinsav Hatásmechanizmus EF-G elongációs faktorhoz kötődik Gálolja a ledisszociálását Gátolja a transzlokációt Bakteriosztatikus Rezisztencia mechanizmus Az elongációs faktor mutációja – csökkent kötődés Spektrum: Gram poztívak, beleértve MRSA, PRP, VRE

Szteroid antibiotikumok Fusidinsav Farmakokinetika Felszívódás: jó orális felszívódás, iv. is adható Eloszlás: jó, bejut a sejtekbe, de az agyba nem penetrál Elimináció: metabolizmus után az epén át Mellékhatások Irritáció, vénagyulladás GIT zavarok, kiütések Májkárosodás Klinikai alkalmazás Szisztémásan: súlyos Gram pozitív fertőzések Helyi: Szem- és bőrfertőzések

Egyéb fehérjeszintézis gátlók Mupirocin Hatásmechanizmus Gátolja az izoleucil-tRNS szintézisét Baktericid vagy bakteriosztatikus Spektrum: Gram pozitívak, beleértve az MRSA Rezisztencia mechanizmus Az izoleucil-tRNS szintáz mutációja vagy amplifikációja Farmakokinetika A first-pass inaktiválja – csak helyi alkalmazás Klinikai alkalmazás Bőrfertőzések