Les Antibiotiques Mode d action Mécanismes de Résistance Les principales familles - b-lactamines Glycopeptides Aminosides Macrolides Quinolones

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1 Les Antibiotiques Mode d action Mécanismes de Résistance Les principales familles - b-lactamines Glycopeptides Aminosides Macrolides Quinolones Mars 2010 M. Archambaud Laboratoire Bactériologie-Hygiène CHU Rangueil Toulouse

2 Les cibles bactériennes des antibiotiques L ADN Quinolones Rifamycines Nitroimidazolés Sulfamides La paroi b-lactamines Glycopeptides Fosfomycine Les membranes Polymyxines Lipopeptides Le ribosome Aminosides Macrolides Ketolides Lincosamides Synergistines Tétracyclines Acide fusidique Phénicolés Oxazolidinone

3 Conditions d activité des ATB Mne externe Paroi ATB porine Atteindre la cible : pénétrer - membrane externe des gramporines, LPS caractère hydrophile ou hydrophobe des ATB - paroi - membrane cytoplasmique Mne cytoplasmique Gram- Persister à des concentrations suffisantes Reconnaître la cible

4 Importance de connaître le GRAM Colistine -- +

5 Pour échapper à l action létale des antibiotiques, les bactéries ont développé de très nombreux mécanismes biochimiques de résistance, associés à une grande ingéniosité génétique pour les acquérir et les diffuser. L évolution vers la résistance des bactéries aux antibiotiques caractérise la fin du XXème siècle, avec la description de BMR (bactéries multirésistantes, totorésistantes), mais cette évolution est très inégale si l on considère les différentes espèces bactériennes et les différents antibiotiques. L étude de la résistance bactérienne a permis de faire de grandes découvertes concernant l organisation de l information génétique des bactéries, le contrôle de son expression ; pour le thérapeute elle est aujourd hui indispensable à connaître pour une meilleure utilisation des antibiotiques.

6 Mécanismes de résistance des bactéries aux ATB Imperméabilité : défaut pour atteindre la cible ATB actif à des concentrations insuffisantes : - inactivation enzymatique - efflux Cible non reconnue association possible de différents mécanismes

7 Imperméabilité chez Gramnombre de porines- altération des porines Ce mécanisme rend compte de la Résistance naturelle pour ATB hydrophobes et les bacilles gram-: exemple les Entérobactéries sont R à la pénicilline G Ce mécanisme rend compte de la Résistance acquise : -les porines de certaines entérobactéries peuvent être modifiées, -une porine particulière (porine OprD2) pour P. aeruginosa

8 Inactivation enzymatique de l antibiotique b-lactamines / b-lactamases

9 Modification de cible exemples Enzymes modifiés ADN gyrase Topoisomérase PLP modifiée b-lactamines Quinolones

10 EFFLUX ACTIF b-lactamines Quinolones Macrolides Cyclines

11 Résistance des bactéries aux ATB Résistance naturelle Caractéristique propre à toutes les souches d une même espèce bactérienne : définit le phénotype sauvage Exemples : -Entérobactéries R Pénicilline G -Klebsiella R Ampicilline, Ticarcilline Importance de sa connaissance : - identification des bactéries - spectre des antibiotiques - antibiothérapie probabiliste et prophylactique

12 Résistance des bactéries aux ATB Résistance acquise Caractéristique de certaines souches d une même espèce bactérienne : définit le phénotype de résistance acquise résulte de modifications génétiques : mutation gènes endogènes acquisition de gènes exogènes Caractère évolutif de la résistance acquise Emergence de cette résistance sous la dépendance de la pression de sélection par les antibiotiques : médecine humaine, vétérinaire, agroalimentaire

13 Résistance naturelle Caractéristique propre à toutes les souches d une même espèce bactérienne : définit le phénotype sauvage Exemples : -Entérobactéries R Pénicilline G - Listeria R aux Céphalosporines -Klebsiella R Ampicilline, Ticarcilline Importance de sa connaissance : - identification des bactéries - antibiothérapie probabiliste et prophylactique

14 Résistance acquise Caractéristique de certaines souches d une même espèce bactérienne : définit le phénotype de résistance acquise résulte de modifications génétiques : mutation gènes endogènes acquisition de gènes exogènes

15 Support génétique localisation des gènes de résistance Chromosome Transposons Intégrons Plasmides Résistance stable Transmission verticale Résistance instable Transmission horizontale et verticale

16 Résistance acquise Caractère évolutif de la résistance acquise BMR.BTR Emergence de cette résistance sous la dépendance de la pression de sélection par les antibiotiques

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18 Connaissances des mécanismes de résistance Recherche de Nouvelles molécules actives Histoire des ATB Pénicillin M Inhibiteurs de b-lactamases Céphalosporines Fluoroquinolones

19 Histoire des b-lactamines Échapper aux mécanismes de R Élargir le spectre

20 Quand la prescription antibiotique est décidée 3 acteurs Agent pathogène antibiotique Hôte

21 Comment apprendre les antibiotiques Par antibiotique Par bactérie Par infection Nom molécule, Famille Mode d action Spectre activité Mécanisme de résistance Nom bactérie, Gram+ ou - Profil sauvage et Profil de Résistance acquise Nature infection : localisation Pharmacologie des antibiotiques diffusion, demi-vie, toxicité.

22 Aide à la prescription en 2010 Règles établies par experts : Consensus (SFAR, SPILF, SFM,AFSSAPS) Guide de bonne utilisation des antibiotiques Comité des antibiotiques : au sein d un hôpital Au CHU Toulouse RCP : réunion de concertation pluridisciplinaire Vidal : sur intranet Antibiogarde : sur intranet Equipe infectiologie : Clinicien-Infectiologue- Microbiologiste-Pharmacien

23 Consensus Recommandations : Site SPILF

24 Antibiogarde : par antibiotiques Fréquence de la Résistance

25 Antibiogarde : par bactéries

26 Antibiogarde : infections Endocardites

27 b-lactamines Les molécules, leur structure, leur spectre d'activité : Molécules : bactéricides, temps dépendant Noyau b-lactam : Groupe I : les penams : pénicillines, carbapénèmes, clavams Groupe II : les cephems : céphalosporines Groupe III : les monobactams : azactam (seule molécule) Le développement des molécules : élargir le spectre de la pénicilline G et résister aux mécanismes de résistance.

28 Cible des b-lactamines PLP Protéines liant les pénicillines Ces protéines correspondent aux transpeptidases, carboxypeptidases et glycosyltransférases impliquées dans la synthèse du peptidoglycane et sont insérées dans la membrane cytoplasmique en laissant leur site enzymatique dans l espace périplasmique. La fixation des b-lactamines sur ces PLP est responsable de l arrêt de la synthèse du peptidoglycane, par analogie structurale entre b-lactamine et le dipeptide d alanine. Il y a une inhibition de type compétitif : les b-lactamines agissent sur des bactéries en phase de croissance. Les PLP varient en nombre et en variété selon les espèces bactériennes Chaque b-lactamine a une affinité maximale variable pour ces différentes PLP

29 Mécanismes de résistance des b-lactamines Inactivation enzymatique Les b-lactamases :Enzymes qui hydrolysent le cycle b-lactam des b-lactamines : Première pénicillinase décrite chez S. aureus Plus de 200 b-lactamases retrouvées chez les Gram + et Gram - : Pénicillinase, Céphalosporinase, b-lactamase, b-lactamase à spectre étendu : BLSE Elles se caractérisent par leur structure de protéine : PM kda, Composition aa, Point isoélectrique, structure du site actif, et par leur propriété enzymatique : Spectre activité sur les différentes blactamines hydrolysées, Vmax, Km, Sensibilité ou Résistance aux inhibiteurs (acide clavulanique, tazobactam).

30 Exemples de b - lactamases Chez les cocci Gram+ : Staphylocoques Première b-lactamase décrite après l introduction de la PéniG en 1944 Résistance acquise plasmidique, très fréquente, (90%) Spectre d action: PéniG, Ampicilline, Sensibilité aux inhibiteurs (A. clavulanique) Chez les bacilles Gram- Les b - lactamases sont très nombreuses. Leur classification repose sur le spectre d activité pénicillinases, céphalosporinases, b - lactamases à spectre étendu (aux CIIIG): BLSE imipénémases résistance naturelle et acquise des Entérobactéries, de P. aeruginosa

31 Mécanismes de résistance des b-lactamines Modification de cible S. pneumoniae S.aureus et méthicilline PLP modifiée

32 Les b-lactamines pénicillines : G, M, A, Carboxy et Ureidopénicillines pénicillines + inhibiteurs de b-lactamases céphalosporines : 1, 2, 3, 4ème génération carbapénèmes Spectre d activité Résistance naturelle Résistance acquise pénicillinases modification cible imperméabilité

33 Pénicilline G Spectre étroit Bacilles Gram négatif Bactéries Gram+ Cocci Gram En 2010 S. pyogenes toujours S Pénicillinases (Staphylocoques) Modification PLP (S. pneumoniae)

34 Pénicilline M : oxacilline Échapper à la pénicillinase des Staphylocoques Spectre très étroit Staphylocoques Gram négatif Entérocoques Modification PLP PLP 2a, gène meca SARM = BMR R à toutes les b-lactamines Transmission manuportée Portage nasal, dépistage : Isolement «Hygis»

35 EARSS site européen % de R des souches isolées d hémoculture

36 Pénicilline A : Amoxicilline Élargir spectre à des Gram- Spectre Gram+ S. pneumoniae Streptocoques E. faecalis Listeria Gram- E. coli, P. mirabilis, Salmonella, Shigella Gram- Klebsiella, Enterobacter, Serratia P. aeruginosa, Acinetobacter Pénicillinases fréquentes E. coli (30-50% de R) S. aureus Modification PLP S. pneumoniae E. faecium S.aureus

37 Résistance E. coli à Ampicilline : pénicillinase haut niveau fréquente

38 Amoxicilline + acide clavulanique (inhibiteur de pénicillinases) Spectre Gram- E. coli, P. mirabilis, Salmonella, Shigella Klebsiella Gram+ S. pneumoniae, E. faecalis, S. aureus Anaérobies Gram Enterobacter,Serratia P. aeruginosa, Acinetobacter Pénicillinases hyperproduites E. coli, Klebsiella, P.mirabilis

39 Cefotaxime, Ceftriaxone Toutes les entérobactéries E. coli, P. mirabilis, Enterobacter, Entérocoques,Listeria, Serratia, Anaérobies Morganella P. aeruginosa, Acinetobacter Gram+ S. pneumoniae Céphalosporinase déréprimée Enterobacter, Serratia, Morganella P. aeruginosa, Acinetobacter BLSE Modification PLP S. pneumoniae

40 BLSE : b-lactamase à spectre étendu =BMR Hydrolyse des Céphalo 3 (spectre étendu) 1 ou n substitutions d aa proches du site actif de l enzyme modification de la structure quaternaire de l enzyme Décrite en France en 1984 Clermont Ferrand CTX1 =TEM3, dérive de TEM2 par 2aa Ces mutations touchent toutes les espèces Entérobactéries mais K.pneumoniae, E.coli les plus fréquemment touchées. Sous la pression de sélection par les Céphalo3 La mise en évidence au laboratoire par le phénomène de synergie entre l acide clavulanique et les Céphalo3.(bouchon de champagne) plus de 100 mutations décrites sur différentes enzymes (TEM, SHV, CTX-M)

41 b-lactamase à spectre étendu : BLSE Klebsiella pneumoniae Mise en évidence par test de synergie : disques espacés de 3cm A.clavulanique Céphalosporine 3ème génération 1983

42 EARSS resistance aux CIII G chez E. coli Nouvelle BLSE : type CTX-M de type communautaire

43 Ceftazidime Acitivité sur P. aeruginosa Toutes les entérobactéries E. coli, P. mirabilis, Enterobacter, Serratia, Morganella Entérocoques Listeria Anaérobies P. aeruginosa Céphalosporinase déréprimée Enterobacter, Serratia, Morganella P. aeruginosa, Acinetobacter BLSE

44 Imipénème, Méropénème, Doripénème Spectre très large Entérobactéries P. aeruginosa Acinetobacter Anaérobies E. faecalis Staphylocoques S. maltophilia -Imperméabilité P. aeruginosa (porine D2) -Carbapénémases P. aeruginosa Entérobactéries, Acinetobacter -Modification PLP SARM, E. faecium

45 Les glycopeptides : vancomycine teicoplanine Activité : Bactéricide, Temps dépendant. les plus grosses molécules parmi les antibiotiques

46 Cible des glycopeptides : dipeptide terminal : D-alanine-D-alanine du pentapeptide au niveau du précurseur du peptidoglycane à la surface externe de la membrane cytoplasmique.

47 Les glycopeptides : Vancomycine, Teicoplanine Spectre étroit Gram+ Staphylocoques Entérocoques Corynebactéries Gram- Modification cible Entérocoques phénotypes Van A, B, C Staphylocoques

48 Résistance des Entérocoques aux glycopeptides 1987 : ERV= BMR Epidémies en France 2008 : alerte Remplacement D-Ala par D-Lac

49 E. faecium et Glycopeptides en Europe

50 Aminosides Gentamicine Netilmicine Tobramycine Amikacine Antibiotiques bactéricides et concentration dépendant

51 Cible des aminosides : la sous-unité 30 S du ribosome Ils se fixent de façon irréversible sur le ribosome et inhibent la traduction en provoquant des erreurs de lecture de l ARN messager. Ils doivent pénétrer la membrane cytoplasmique par un phénomène actif nécessitant de l énergie qui n existe pas chez les anaérobies,streptocoques, entérocoques.

52 Aminosides Gentamicine Netilmicine Tobramycine Amikacine Spectre large Bacilles gram- Staphylocoques Streptocoques Entérocoques Anaérobies Inactivation enzymatique Cible non atteinte

53 Mécanismes de résistance des aminosides Le mécanisme le plus fréquent est une inactivation enzymatique des aminosides résistance acquise des Staphylocoques, Bacilles Gram-. Ces bactéries peuvent synthétiser des enzymes qui vont modifier la structure de l'aminoside : par phosphorylation, nucléotidylation d un groupement OH ou acétylation d un groupement NH2 Inactivation enzymatique APH ANT Aminosides AAC Enzymes modificatrices : APH : phosphotransférase ANT : nucléotidyltransférase AAC : acétyltransférase

54 treptocoques, Entérocoques Anaérobies Résistance naturelle Aminosides ne traversent pas la membrane cytoplasmique La cible n est pas atteinte

55 Streptocoques, Entérocoques Par contre possible Synergie avec b-lactamines qui désorganisent les membranes Traitement infections sévères par amoxicilline + gentamicine Mais si souche avec inactivation enzymatique : Résistante dite de haut niveau = perte de la synergie avec b-lactamines

56 Les Quinolones /Fluoroquinolones 1ère génération : Acide nalidixique, spectre : entérobactéries, infection urinaire 2ème génération : Fluoroquinolones Norfloxacine, Ofloxacine, Ciprofloxacine spectre s'étend à d'autres bacilles gram- (P.aeruginosa), aux Staphylocoques, aux Legionella, Haemophilus, intracellulaires : Chlamydia,Rickettsies Mycobactéries, Activité meilleure : CMI plus basse sur les Entérobactéries Amélioration des caractères pharmacocinétiques 3ème génération : Lévofloxacine, Moxifloxacine, Elargissement du spectre vers les streptocoques (S. pneumoniae) ATB bactéricides

57 Les quinolones Cible des quinolones : les topoisomérases Les topoisomérases (ADN gyrase, Topoisomérase IV) enzymes qui interviennent dans le maintien de la bonne conformation de l ADN. Mécanismes de résistance Les mécanismes résultent de mutations chromosomiques - Modification de cible Les topoisomérases sont modifiées La résistance est croisée avec l ensemble des quinolones mais avec une augmentation des CMI différentes pour les quinolones de 1ère génération et les fluoroquinolones - Efflux La résistance par efflux actif touche d avantage les molécules hydrophiles (Ciprofloxacine)

58 Fluoroquinolones Ofloxacine, Ciprofloxacine Levofloxacine, Moxifloxacine Spectre large -Bacilles gram- Pour P. aeruginosa : Cipro Staphylocoques -Bactéries intracellulaires Legionella, Chlamydia -Levofloxacine, Moxifloxacine S. pneumoniae Streptocoques Entérocoques Anaérobies Modification de cible Résistance croisée chromosomique par mutations

59 Résistance aux fluoroquinolones des Entérobactéries : EARSS

60 Les macrolides Le spectre des macrolides est étroit Cocci Gram+ et Gram- Bactéries à multiplication intracellulaire : Legionella, Chlamydia, Campylobacter Mycoplasmes Les kétolides nouvelles molécules, la télithromycine Activité sur : S.pneumoniae Erythro R H. influenzae,.