Wszystko jest trucizną, decyduje tylko dawka.

Wszystko jest trucizną, decyduje tylko dawka.Phillippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim (Paracelsus)

LEKOOPORNOŚĆmolekularne mechanizmy

Oporność bakterii na antybiotyki

Oporność bakterii

Oporność – zdolność drobnoustroju do przeciwstawienia się antybiotykowi

Tolerancja na lek – bakteria nie ginie lecz trwa nie rosnąc nie dzieli się (bakteriostaza)

wiąże się ze stanem fizjologicznym bakterii (np. głodzenie spowalnia wzrost – większa tolerancja) oraz miejscem infekcji (trudno dostępne tkanki jak kość czy zastawki sercowe – bakterie rosną wolno i tolerują β-laktamy)

Oporność bakterii

Oporność wrodzona – stała cecha gatunku, szczepu lub grupy bakterii (np. penicylina działa na Gram +, a nie działa na Gram -)

Oporność nabyta – początkowo wrażliwe bakterie nabywają oporność na skutek mutacji lub nabycia genu/genów oporności od innych bakterii; zmiana ta staje się dziedziczna

Oporność krzyżowa – rozwój jednej oporności pociąga za sobą oporność na leki tej samej grupy

Oporność równoległa – rozwój jednej oporności pociąga za sobą oporność na leki o podobnym schemacie działania

Oporność bakterii

WyleczenieEfekt paradoksalny – niskie stężenie antybiotyku zabija całą populację a w wysokich stężeniach bakterie stają się oporne (np. stosowanie cefalosporyn na Proteus vulgaris)Przetrwanie części populacji bakteryjnej mimo stosowania antybiotyku (bakterie wytwarzające glikokaliks, który utrudnia penetrację leku oraz fakt, że bakterie na powierzchni chronię te rezydujące głębiej)Zależność bakterii od antybiotyku – powstaje na skutek mutacji, np. szczepy prątków gruźlicy mające mutacje genów kodujących białka rybosomowe S8 i S12 (antybiotyk staje się konieczny dla składania rybosomu lub przebiegu translacji)

EFEKTY działania chemioterapiiEF

EKT

TER

API

I

0%

100%

Oporność bakterii

Podatność bakterii na chemioterapię

test dyfuzji krążkowej

Oporność bakterii

test E

MIC - najmniejsze stężenie hamujące wzrost

MIC


Oporność bakterii

test rozcieńczeń

MIC


Oporność bakterii


metody molekularne

PCR – łańcuchowa reakcja polimerazy (czy jest obecny gen warunkujący oporność ?)

SSCP – analiza polimorfizmu konformacji jednoniciowego DNA (mutacja w znanym genie ?)

Oporność bakterii

Wskaźnikiem stopnia oporności jest wzrost wartości MIC

(np. MIC dla szczepów dwoinki zapalenia płuc: szczep niewrażliwy wymaga ponad 2,5 tys. razy większego

stężenia penicyliny benzylowej od szczepu wrażliwego)

Oporność bakterii

Oporność w testach a oporność in vivo

hemoglobina wiąże tetracykliny i penicylinę

niskie pH w pewnych płynach ustrojowych i moczu zmniejsza aktywność aminoglikozydów, erytromycyny, klindamycyny a zwiększa chlorotetracykliny

patogeny ulegające internalizacji (Salmonella, Mycobacterium, Chlamydia) – siła działania leku zależy od jego zdolności do wnikania do komórek eukariotycznych (β-laktamy i aminoglikozydy wnikają słabo, a makrolidy i azalidy – dobrze)

Oporność bakterii

Oporność może być przekazywana pomiędzy bakteriami

transfer pionowy – na skutek podziałów w obrębie bakterii jednego gatunku

transfer horyzontalny – pomiędzy bakteriami różnych rodzajów

odpowiedzialne są za to plazmidy R (resistance)

na drodze: koniugacji, transdukcji (przez fagi) oraz transformacji (pobieranie DNA z otoczenia)

Oporność bakterii

Geny oporności mogą być zlokalizowane w:

1. chromosomach

2. plazmidach

3. transpozonach

4. integronach

Oporność bakterii

Oporność chromosomowa

powstaje na skutek mutacji spontanicznych albo indukowanych mutagenami (UV, promienie X, azotyny)

istotna dla transferu pionowego

Przykłady:E. coli – na chromosomie wykryto geny: eryC (oporność

na erytromycynę), linB (na linkomycynę)

Gronkowiec złocisty – gen bla (na penicylinę)

Oporność bakterii

Oporność plazmidowa

najbardziej istotna z punktu widzenia medycyny

plazmid niekoniugacyjny może zostać ‘przemycony’ razem z koniugacyjnym lub ulec z nim rekombinacji

pewne plazmidy nie mogą współistnieć w jednej komórce i na tej podstawie zalicza się je do tzw. grup niezgodności (transfer horyzontalny)

wiele kopii jednego plazmidu w jednej komórce może determinować stopień oporności na dany antybiotyk

transpozaza oporność - Tet

transpozaza oporność - Amp

Oporność bakterii

Oporność warunkowana przez transpozony – mobilne fragmenty DNA

zdolności mutagenne (integracja do chromosomu lub plazmidu)

ważne źródło zmienności i nabywania oporności w tym oporności wielolekowej

Oporność bakterii

Integrony– mobilne fragmenty DNA

podobnie jak transpozony są mobilne stanowią naturalne systemy klonowania i ekspresji

kaset genowych występują w chromosomach, plazmidach i

transpozonach super-integrony i integrony oporności wielorakiej –

zawierają kilka kaset

Oporność bakterii

kaseta oporność aktywność (enzym)

blaP1, P2, P3oxa1, oxa2 itd.

β-laktamy β-laktamaza

aadA 1a, 1baadA2aadBaacA1aacA4aacC

aminoglikozydy adenylotransferaza aminoglikozydowa

acetylotransferaza aminoglikozydowa

catB2, B3, B5clmA

chloramfenikol acetylotransferaza chloramfenikolowa

dfrA1, A5, A7....dfrB1, B2, B3

trimetoprim redukataza dihydrofolianowa

sat streptotrycyna acetylotransferaza streptotrycynowa

Kasety genowe występujące najczęściej:

β-laktamaza (penicylinaza) – rozkłada wiązania β-laktamowe penicylinacetylotransferaza aminoglikozydowa (AAC) – modyfikacja grupy aminowejadenylotransferaza aminoglikozydowa (ANT) – modyfikacja grupy hydroksylowejfosfotransferaza aminoglikozydowa (APH) – modyfikacja grupy hydroksylowej

Oporność bakterii

PODSTAWOWE MECHANIZMY OPORNOŚCI:

1. modyfikacja miejsca działania (uchwytu), np. zmiana w białkach rybosomalnych, prekursorach mureiny, gyrazie)

2. inaktywacja enzymatyczna leku, np. β-laktamaza w β-laktamowych, acetylo-, adenylo- i fosfotransferazy w aminoglikozydach, esteraza w erytromycynie

3. hamowanie transportu do komórki, np. zmiany w budowie błony, pogrubienie mureiny

4. wytwarzanie alternatywnego metabolizmu omijającego hamowany przez antybiotyk proces

5. zwiększenie stężenia enzymu hamowanego przez lek, np. reduktaza dihydrofolianowa

6. pompy aktywnie usuwające leki z komórki

7. zmniejszenie aktywności enzymu przeprowadzającego aktywację leku

Oporność bakterii

MECHANIZMY OPORNOŚCI:

Antybiotyki działające na kwasy nukleinowe

Chinolony i fluorochinolony mutacje w genach kodujących topoizomerazę II (gyrazę) i IV – zmniejszenie

powinowactwa kompleksu Topo-DNA do tych leków pompy MDR (oporność wielolekowa) mutacje genu kodującego porynę OmpF – zmniejszenie wnikania

Pochodne kumarynowe (nowobiocyna, kumermycyna) substytucje lub mutacje genu gyrazy pompy - usuwanie

Ansamycyny (rifamycyny, streptowarycyny) mutacje genu podjednostki polimerazy RNA (rpoB) – hamowanie wiązania

leku do polimerazy

Oporność bakterii

Antybiotyki hamujące syntezę białek

Aminoglikozydy i aminocyklitole enzymatyczna inaktywacja lub modyfikacja leku metylacja 16S rRNA (metylazy) mutacja genu 16S rRNA zmiana przepuszczalności osłon bakteryjnych Tetracykliny enzymatyczna inaktywacja antybiotyku – znany tylko 1 gen (rzadki) aktywne usuwanie – pompy protonomotoryczne ochrona rybosomu – przez białko inaktywujące Tet przed jego reakcją z

rybosomemMakrolidy, linkozamidy i streptograminy metylacja 23S rRNA (metylazy) mutacje w białkach budujących jednostkę 50S rybosomu inaktywacja enzymatyczna - esterazy (rozszczepienie), transferazy,

fosoforylazy i hydrolazy (modyfikacja struktury) aktywne usuwanie:

transportery ABC (ATP-binding cassette) – zależne od hydrolizy ATP transportery MFS – napędzane siłą protonomotoryczną

Oporność bakterii

Oporności te mogą być razem przenoszone w jednym plazmidzie: fosofotransferaza, metylaza i pompa ABC

Chloramfenikol oporność enzymatyczna (CAT – acetylotransferaza) mutacje modyfikujące podjednostkę 50S rybosomu pompa zależna od energii

Oporność bakterii

Inhibitory syntezy mureiny

Wankomycyna – synteza zmienionych prekursorów mureiny, które mają mniejsze powinowactwo do wankomycyny

Antybiotyki β-laktamowe β-laktamazy – inaktywują antybiotyk przez hydrolizę pierścienia β-

laktamowego, gen - w chromosomalnym (np. Ampr) lub plazmidowym (np. Ap) DNA; 4 klasy molekularne: A, B, C, D na podstawie sekwencji genów, kryteriów biochemicznych i genetycznych; najpowszechniejszy gen blaTEM-1 kodujący TEM-1; występują w przestrzeni periplazmatycznej (Gram-) i uwalniane lub związane z powierzchnią komórki (Gram+)

modyfikacje poryn błony zewn. – ich brak lub zmniejszenie światła kanału zmianę powinowactwa białek wiążących penicylinę (PBP) do penicyliny,

funkcja białka w syntezie mureiny pozostaje niezmieniona

Oporność bakterii

Antymetabolity – sulfonamidy i trimetoprim

Sulfonamidy

wytwarzanie zmodyfikowanego enzymu (celu działania leku) – syntazy dihydropterynianowej (DHPS); oporny enzym – kodowany przez plazmidowe DNA, a naturalny – wrażliwy – przez chromosomalne

nadprodukcja kwasu p-aminobenzoesowego (PABA) współzawodniczącego o dostęp do centrum aktywnego DHPS

nadprodukcja DHPS

Trimetoprim nadprodukcja reduktazy dihydrofolianowej (DHFR) na skutek mutacji

promotora genu chromosomalnego enzym DHFR o mniejszym powinowactwie do trimetoprimu

Oporność wirusów

Oporność wirusów

wysoka częstość mutacji wirusowego genomu jest związana z ‘omylnością’ wirusowej polimerazy (dla HIV i grypy)

wysoki wskaźnik proliferacji tych wirusów sprawia, że

nawet u nieleczonych osób liczba odmian wirusa jest duża

oporne szczepy ujawniają się w trakcie selekcji

Oporność wirusów

HIVoporność na wszystkie chemioterapeutyki tj. analogi nukleozydów hamujące aktywność odwrotnej transkryptazy inhibitory odwrotnej transkryptazy (nienukleozydowe) inhibitory proteaz

Oporność wiąże się z mutacjami genów: transkryptazy i proteazy

Dla pojedynczo stosowanych leków jak zydowudyna, lamiwudyna oporność rozwija się w przeciągu tygodni lub miesięcy

Obecnie stosuje się kilka substancji jednocześnie – większa efektywność

wirusy Herpes oporność ogranicza się do pacjentów z obniżoną odpornością acyklowir i famcyklowir wymagają obecności kinazy tymidynowej wirusa

do swojej aktywacji (inhibicja polimerazy wirusa) większość opornych mutantów posiada zmienioną lub jest pozbawiona tej

kinazy

lekooporność nowotworów

Lekooporność a chemoterapia nowotworów

Szlaki molekularne powodujące rozwój oporności na leki:

1. hamowanie przedostawania się leków do wnętrza komórki2. zwiększenie usuwania leków z wnętrza komórki3. aktywacja systemów detoksykacyjnych4. zmiany białek, z którymi wiąże się lek5. zaburzenia procesów, związanych ze zmianami struktury DNA6. aktywacja procesów reperacji DNA7. blokowanie apoptozy


Aktywne usuwanie leków z komórki

rodzina białek transporterów ABC (ATP-binding cassette) – białka błonowe z domeną wiążącą ATP; energia hydrolizy ATP wykorzystywana do transportu; transportują wiele substancji

posiadają funkcje fizjologiczną – oczyszczanie organizmu z substancji toksycznych (nerki – podczas wytwarzania moczu, także są w jelicie grubym, wątrobie i nadnerczach)

najczęściej występują:mdr1 – koduje glikoproteinę Pmrp2, 3 i 6 – białka powiązane z opornością wielolekową – ich obecność wiąże się z opornością na winblastynę, winkrystynę, antracykliny, aktynomycynę-D i cisplatynę


Detoksykacja leków

Dwufazowa:I. hydroksylacja przy udziale cytochromu P450II. przekształcenie hydroksylowanych związków do

polarnych przez sprzęganie z glutationem – koniugaty glutationowe usuwane przez MRP

Istnieje pozytywna korelacja pomiędzy poziomem glutationu a opornością na cisplatynę i doksorubicynę


Modyfikacje topoizomerazy IIα

Topoizomeraza IIα tworzy kompleksy rozszczepialne które są stabilizowane np. przez etopozyd i antracykliny

Komórki oporne obniżają poziom ekspresji topoizomerazy IIα


Modyfikacje receptorów błonowych

nowotwory piersi i prostaty (zależne od hormonów płciowych) leczone tamoksifenem i flutamidem mogą:

zwiększyć ilość receptorów błonowych zmniejszyć próg aktywacji receptorów na skutek mutacji ulegać aktywacji agonistami-

inhibitorami (TAM i FLU)

1. „Bakterie antybiotyki lekooporność” Z. Markiewicz, Z. Kwiatkowski PWN 2001

2. Molekularne mechanizmy chemooporności w raku nerki J. Szenajch, A. Cieślak (2005) Współczesna Onkologia 9: 123-8

Wszystko jest trucizną, decyduje tylko dawka.

Documents

Transcript of Wszystko jest trucizną, decyduje tylko dawka.