Mécanismesd actions des antibiotiques Associations Etude de la sensibilité
I-GENERALITES Historique Pénicilline G Fleming en 1928 Penicillinum notatum Usage clinique : 1938-1942 Streptomycine: 1943 Streptomyces griseus Sulfamides: 1932 Sulfamidochrysoïdine: Prontosil Activitéantibactérienne des colorants azoïques
Définitions Antibiotiques = agents strictement anti-bactériens Toxicité sélective liée à un mode d action spécifique Effet lent (qqheures) Concentrations faibles (mg/l) Administration par voie générale => traitement des infections systémiques Antiseptiques : usage local Désinfectants : surfaces et matériel inertes
Modalités d action Bactériostase : ralentissement ou arrêt de la croissance bactérienne quantifiable par la CMI (mg/l).
Modalités d action Bactéricidie : mort bactérienne quantifiable par la CMB (mg/l). 1 ATB est considérécomme bactéricide àcondition que sa CMI et sa CMBsoient proches l'une de l'autre vis-à-vis d une souche donnée.
Bactéricidie et bactériostase Antibiotiques bactéricides : CMI et CMB sont proches : CMB/CMI <4 Ex : β-lactamines, aminosides, FQ, glycopeptide, synergistines, rifampcine, fosfomycine Antibiotiques bactériostatiques : CMI et CMB sont éloignés: CMB/CMI>8 Macrolides, cyclines, ac fucidique
ATB concentration-dépendant : activité fonction de la concentration. L augmentation de la concentration s accompagne d un accroissement de la bactéricidie en clinique, pics de concentration élevés. ex : aminosides, fluoroquinolones Craig et al. J AntimicrobChemother; 1991
ATB temps-dépendant : activité bactéricide très influencée par le temps d action. Elle augmente peu ou pas avec la concentration d ATB dès que celle-ci est bactéricide en clinique, perfusion en continue. ex : β-lactamines, glycopeptides (vancomycine)
Spectre d activité large : action sur la majorité des G+ et G- très étroit : antistaphylococciques, antituberculeux Il dépend : - R naturelles des espèces - R acquises qui limitent le spectre initial
Classification Critère = structure chimique 12 familles + 5 antibiotiques isolés (± subdivision : spectre, pharmacologie, indications) ß-Lactamines Tétracyclines Quinolones Glycopeptides Aminosides Sulfamides±TMP Phénicolés Nitro-imidazoles MLS Polypeptides Rifamycines Nitrofuranes Fosfomycine, Ac. fusidique, Linézolide, Mupirocine, Daptomycine Anti-tuberculeux, antibiotique macrocyclique
Modes d action Fidaxomicine
II-MÉCANISMES D ACTION ATB inhibant la biosynthèse de la paroi bactérienne Rappel sur la paroi bactérienne Peptidoglycane, spécifique au monde bactérien forme et rigidité.
La synthèse du peptidoglycane (PG) PG=structure tridimensionnelle, réticulée constituée de chaînes polyosidiques (glycane) reliée entre elles par de courtes chaînes peptidiques (tétrapeptides) 3 étapes, cytoplasmique, membranaire, pariétale différentes enzymes : glycosyltransférases transpeptidases, carboxypeptidases PLP Autolysines(glycosidases, amidases, endopeptidases)
β-lactamines S S Groupe I : cycle β-lactame + cycle à 5 sommets (thiazolidine) * Pénames(S en 1) = pénicillines * Oxapénames= Clavames(O en 1) = ac. clavulanique * Carbapénèmes(C en 1, = en 2-3) = imipénème, méropénème, ertapénème Groupe II : cycle β-lactame + cycle à 6 sommets (Di-hydrothiazine) * Céphèmes(S en 1, = en 3-4) = céphalosporines (céphamycines: αoch3 en 7) Groupe III : cycle β-lactame * Monobactames(azétidinones) : aztréonam Ceftaroline: nouvelle céphalosporine active sur les SARM
β-lactamines Pénicillines : * G(spectre étroit : G+ et CG-, S/P ases ) * M(spectre étroit : G+ et CG-, R/P ases des staphylocoques) * A(spectre large : G+, CG-et BG-). aminopénicillines(s/ Pases ±C ases ). carboxy-et uréido-pénicillines (S/P ases, R/C ases )
β-lactamines Céphalosporines(spectre large : G+, CG-et BG-, S/C ases ): * C1G activité parentérales * C2G * C3G sur BG- orales
β-lactamines Les associations inhibiteurs de β-lactamases + β-lactamines -squelette dérivé des pénicillines -activité antibactérienne très faible, mais forte affinité pour les β-lactamases => inhibe leur activité (leurre). Les monobactams aztréonam : spectre limité aux BGN aérobies Les carbapénèmes spectre le plus large parmi les β lactamines, très stable vis-à-vis des β-lactamases
Mode d action β-lactamines Entrée : ME = pore Cibles: PLP (variable en nombre et en nature selon les espèces) complexes covalents par analogie structurale inhibition l étape terminale de la synthèse du PG (inhibition compétitive des transpeptidases(+++) et DD-carboxypeptidases) bactériostase: formation de sphéroplastes, de filaments avec arrêt de la croissance bactérienne bactéricidie: mise en jeu et activation des autolysines
β-lactamines Mode d action (conséquences morphologiques)
Ceftaroline(Zinforo ) Nouvelle céphalosporine Bactéricide Spectre : G+ et G- Actif sur S. aureus meti-r et S. pneumoniae PSDP Inactif sur les entérobactéries BLSE, productrices de céphalosporinase ou de carbapénémase Administration par voie systémique
Glycopeptides Core aglycone = heptapeptide linéaire Sucresàl extérieur de la molécule. Vancomycine et Teicoplanine antibiotiques naturels : produits de fermentation d Actinomycètes
Mode d action Glycopeptides Entrée : ME = 0 MC = 0 Cible : fixation sur un motif terminal : dipeptide D-Ala-D-Ala inhibition par encombrement stérique des transglycosylases et des transpeptidases.
Glycopeptides ATB lentement bactéricides sur les bactéries à Gram +. Inactifs sur les BGN (molécules hydrophiles trop volumineuses pour traverser les porines de la mb externe imperméabilité). Infections sévères à staphylocoques méti-r et entérocoques. Non résorbé par voie orale infections à C. difficile
Fosfomycine ATB naturel à large spectre. bactéricide MC : transport actif. Mode d action : inhibition d une enzyme initiale de la synthèse du précurseur dans le cytoplasme : la pyruvyl-transférase. Fort taux de mutation toujours en association
Modes d action
ATB actifs sur les membranes Polymyxines : colistine Cible = mb lipidiques (mb externe et cytoplasmique) détergent désorganisation des structures membranaires mort rapide des bactéries = bactéricidie Actif sur bactéries en repos (phase stationnaire), sur les BGN
Lipopeptide : daptomycine (Cubicin ) = lipopeptide naturel cyclique (Streptomyces roseosporus) Liaison aux membranes bactériennes sous dépendance du Ca 2+ formation canaux ioniques dépolarisation mort bactérienne Spectre : Bactéries à Gram positif (Staph, Strepto, ana Gram +) Bactéricide, concentration dépendant
Modes d action
ATB inhibant la synthèse des protéines s/u 30S : aminosides, tétracyclines s/u 50S : MLSK, chloramphénicol, oxazolidinones s/u 70S : acide fusidique mupirocine
Aminosides -molécules volumineuses -très hydrophiles -sulfates : activité> àph alcalin -stable à température ambiante -Inactivés par l anaériobiose -noyau central aminocyclitol -1 ou plusieurs sucres, dont au moins 1 aminé Molécules naturelles, produites par : Streptomyces: streptomycine, néomycine, kanamycine, tobramycine Micromonospora: gentamicine, sisomicine. Produits semi-synthétiques : amikacine, isépamicine, nétilmicine
Aminosides - Entrée: 3 phases 1 passive : déplacement des Ca ++ /Mg ++ 2 énergie-dépendantes : force proton motrice généré par le métabolisme oxydatif Bactéricidie -Cible : inhibition de la synthèse protéique fixation sur la sous unité30s du ribosome bactérien, ARNr16S (1 ou N sites) : site A erreurs de lecture, synthèse de protéines anormales Spectre large
Tétracyclines Tétracycline Doxycycline Minocycline Tigécycline Glycylcyclines
Cible : Inhibition de la synthèse protéique : - fixation sur la sous unité 30S du ribosome, site A de l ARNr 16S => empêche fixation ARNt-AA - inhibition de l élongation Bactériostatiques Tétracyclines Entrée ME : chélation des Mg2+ et passage par porines OmpF et OmpC MC : transport actif (force proton motrice) Spectre large : nombreuses espèces G+, G- mycoplasmes, Chlamydiae, Gonocoque Tigécycline : SARM, streptocoques, entérocoques, entérobactéries, anaérobies (Bacteroides). Inactif sur P. aeruginosa
Macrolides, lincosamides, streptogramines, kétolides = MLSK Structure différente pour les différentes familles mais mécanisme d action et propriétés similaires Macrolides:Aglycone : grand cycle lactone à14 15 ou 16 chainons + 1 ou plusieurs sucres Erythromycine
Macrolides, lincosamides, streptogramines, kétolides = MLSK Kétolides : dérivés de l érythromycine : télithromycine
Macrolides, lincosamides, streptogramines, kétolides = MLSK Lincosamides: lincomycine, clindamycine Synergistines, Streptogramines: pristinamycine quinupristine-dalfopristine(synercid ) Association de 2 molécules agissant en synergie: streptograminea (lactone macrocyclique) et streptogramine B (peptide cyclique).
Macrolides, lincosamides, streptogramines, kétolides = MLSK Entrée : ME = 0 MC = diffusion passive Cible : inhibition de la synthèse protéique Fixation à la sous-unité 50S, ARNr 23S Bactériostatiques sauf streptogramines Spectre : actifs sur les BGP mais pas sur les BGN. actifs sur les germes atypiques : mycoplasmes, chlamydiae, Campylobacter, Legionella + télithromycine: pneumocoque R aux macrolides
Chloramphénicol Autres ATB inhibant la synthèse des protéines Fixation s/u 50S inhibe synthèse protéines Bactériostatique, large spectre Acide fusidique Inhibe la phase d'élongation Antistaphylococcique Oxazolidinones Linézolide (Zyvoxid ) Fixation s/u 50S Inhibe formation du complexe d'initiation Spectre: Gram + (entérocoques vanco R)
Modes d action
ATB inhibant la biosynthèse ou les fonctions des acides nucléiques Quinolones Site de fixation Pénétration pariétale ADN gyrase Cycle pyridine
Quinolones Mode d action Inhibition de la synthèse de l ADN bactérien Action sur : ADN gyraseet ADN topoisoméraseiv ADN gyrase: introduction de super-tours négatifs en amont de la fourche de réplication ADN topoisoméraseiv: décaténation(séparation) des chromosomes-fils Antibiotiques bactéricides D après J Blondeau 2004
Quinolones 1 ère génération: traitement des infections urinaires de l adulte à entérobactéries sensibles 2 ème génération: fluoroquinolones meilleure activitésur Gram -, staphylocoques, germes intracellulaires, bacille pyocyanique 1962 1978 Isomère L 3 ème génération: infections respiratoires, activitésur le pneumocoque (anaérobies)
Quinolones GyrA: coupure des brins d ADN Cible principale des quinolones chez Gram - GyrB: hydrolyse de l ATP QRDR = Quinolone Resistance Determining Region Complexe ternaire : quinolones-adn-topoisomérases GyrA et ParC irréversible bloque la progression de l ADN polymérase => inhibition de la réplication = croissance bactérienne effet bactériostatique Stabilisation des coupures d ADN db: absence de religation lésions non réparables de l ADN effet bactéricide
Sulfamides et triméthoprime -R Structure générale des sulfamides Sulfaméthoxazole
Sulfamides et triméthoprime Mode d action Inhibition de la voie de synthèse des folates=> interférence avec synthèse des ac. nucléiques Sulfamides: analogues structuraux de l acide para-aminobenzoïque(paba) => inhibition compétitive de la dihydro ptéroate synthétase (DHPS) Triméthoprime: analogue structural de l acide dihydrofolique(dhf) => inhibition compétitive de la dihydro folate réductase (DHFR) Molécules seules : bactériostase Association (cotrimoxazole) : bactéricide
Nitroimidazolés Métronidazole Actifs à l état réduit : seulement chez anaérobies Fixation des dérivés réduits sur l ADN coupures des brins bactéricidie Spectre : anaérobies, G. vaginalis, H. pylori + parasites
Rifampicine Inhibition de la transcription de l ADN en ARNm par inhibition de l ARN polymérase ADN dépendante. R par mutation (rpob) utilisation en association (légionellose, brucellose, tuberculose) Bactéricide
Fidaxomicine Antibiotique macrocyclique Cible : inhibition la synthèse de l ARN par l ARN polymerase bactérienne, site distinct des rifamycines Bactéricide Spectre : Actif sur Clostridium difficile (affinité 20X supérieure pour l ARN polymérase clostridiale). Administration orale (action locale), IV uniquement si VO non utilisable Aucune résistance décrite à ce jour
Associations
Association d antibiotiques (1) Élargir le spectre - antibiothérapie probabiliste - traitement des infections poly microbiennes - justifiée avec des ATB à spectre étroit Obtenir une synergie - interaction positive entre deux ATB - non superposable entre espèces - justifiée si bactéricidie difficile à obtenir avec un seul ATB
Association d antibiotiques (2) Diminuer l émergence de mutants résistants - % de mutants varie avec l ATB et la bactérie - ATB à fort taux de mutations :. acide fusidique. rifampicine. fosfomycine - Bactéries concernées :. P.aeruginosa, Enterobacter sp. Acinetobacter baumanii. S. aureus méti-r
Association d antibiotiques (3) Diminuer l émergence de mutants résistants - 10-4 (A) x 10-6 (B) = 10-10 (A x B) - A et B non affectés par le même mécanisme - Bonne pénétration des deux aux sites de l infection - posologies suffisantes - rythmes d administration tenant compte de la pharmacodynamie des deux ATB
Association d antibiotiques (4) Règles de Jawetz (1952) - 2 ATB bactériostatiques ont en général un effet additif - 1 ATB bactériostatique + 1 ATB bactéricide ont parfois un effet antagoniste - 2 ATB bactéricides peuvent être synergiques Associations classiques - β lactamines+ aminosides - vancomycine + acide fusidique
Antibiogrammes et lecture interprétative
METHODES D ETUDE DE LA SENSIBILITE DES BACTERIES Antibiogramme : milieu gélosé Détermination : dilution en milieu solide dilution en milieu liquide E-test Automates (Phoenix, Vitek )
Définitions CMI : plus faible concentration d antibiotique (en mg/l) inhibant toute culture visible après 18h de culture à 37 C. Mesure de la bactériostase CMB : plus faible concentration d antibiotique (en mg/l) laissant moins de 0,01% de survivants de l inoculum initial après 18h de culture à 37 C. Mesure de la bactéricidie Tolérance: CMB/CMI> 32
Définition de base : la CMI CMI = plus petite concentration d antibiotique capable d inhiber toute pousse visible de la bactérie log CMI C c d D diamètre de la zone d inhibition (mm)
Antibiogramme par diffusion en milieu gélosé Réalisation : inondation de la gélose MH avec une suspension bactérienne Dépôt d'un disque imprégné d'antibiotique (AB) Gélose Müller Hinton L'AB diffuse selon un gradient de concentration diamètre d'inhibition d'autant plus grand que la bactérie est sensible à la limite : plus faible c qui inhibe la pousse de la bactérie = CMI : Concentration Minimale Inhibitrice
Exemple d'antibiogramme par diffusion en milieu gélosé
Antibiogramme par diffusion en milieu gélosé Le diamètre et la concentration d'ab sont reliés par la droite de concordance log conc CMI Diamètre d'inhibition mesuré diamètre de la zone d inhibition (mm)
Peut-on atteindre cette concentration dans l'organisme? Pour chaque AB, des concentrations critiques correspondant à des diamètres critiques ont été déterminées c: conc après 1 dose; C: conc maximale Le diamètre d'inhibition mesuré est comparé aux diamètres critiques catégorisation S, I ou R CMI R C log conc c CMI S R mesuré d D mesuré S diamètre de la zone d inhibition (mm)
Lecture de l'antibiogramme - Mesurer les diamètres d'inhibition - Les comparer aux diamètres critiques, d et D d D R I S diamètre de la zone d inhibition (mm) - Donner la liste des AB actifs sur la bactérie
c C Classes thérapeutiques 1 habituellement sensibles CMI < c 2 résistants : > 50 % souches CMI > C 3 modérément sensibles : 90 % souches c < CMI < C 1 3 2 c C
Catégorisation aisée? S oui c C non?? c C
Détermination des CMI par E-test Méthode de diffusion avec une bandelette (gradient discontinu de concentrations pour un antibiotique donné) Lecture : CMI lue où s arrête la zone d inhibition
Streptococcus pneumoniae CMI
Avant : CMI milieu liquide
Maintenant : Phoenix 100 places
La carte ATB Phoenix Bactéries antibiogrammées - entérobactéries et non fermentants - staphylocoques - entérocoques
Délais moyens de rendu du résultat de l ATB Phoenix Entérobactéries 8-16h Non fermentants 12-16h Staphylocoques 6-16h Streptocoques 9-16h
Synergie Ex: BLSE : synergie inhibiteur de β-lactamase / βlactamines. Aspect en bouchon de champagne
P. mirabilis producteur de BLSE AM NET GM CS DO TIC TZP CF FEP ATM CXM AN AMC CTX CIP SXT TCC PI FOS TM IMP FOX CPO OFX ISP CAZ BOITE n 1 BOITE n 2 synergie en «bouchon de champagne» CAZ/AMC (Gélose MH BioMérieux, disques I2A)
Antagonisme
Etude d association par E-test Détermination de la CMI de A et B. Superposition de bandelettes. A B CMI A= CMI B A B CMI B = CMI A
Etude d association par E-test Calculer le FIC index (fraction de concentration inhibitrice) FIC index = CMI A+B/ CMI A + CMI B+A / CMI B 0.5 synergie 0.5< FIC index 1 addition 1< FIC index < 2 indifférence FIC index 2 antagonisme